抽油杆倒扣器的改进与应用

抽油杆倒扣器的改进与应用

徐杨

江苏油田工程技术服务中心试油三队

目前在油田修井作业中，由于出砂、结蜡和结垢等原因造成抽油杆卡死在抽油泵的工作筒中，使抽油杆无法正常起出。最初使用人工打管钳反转杆柱倒扣解卡的方式进行操作，如此容易出现人身伤害等事故。后引进倒扣器，很大程度的减少了劳动强度，提高了倒扣的效率，也降低了倒扣作业的风险。而在使用抽油杆倒扣器时存在问题,工具与杆柱仅两块牙接触咬紧，接触面小易使牙块与杆体打滑使倒扣失败。针对目前倒扣器与被倒杆柱接触面小容易使牙块与杆体打滑造成倒扣失败的问题，为提高倒扣效果，有必要对抽油杆倒扣器进行改进。

一、抽油杆倒扣器简介      

1、基本结构

卡牙（带导槽），顶丝，定位螺钉，工作筒，插销。

2、工作原理

将倒扣器卡在抽油杆的本体合适高度位置上，插好插销，并将顶丝上紧，顶丝推动卡牙咬住抽杆本体，当上述操作完成后，上提悬吊抽油杆，利用修井机液压钳进行倒扣操作。

3、技术参数

生产厂家：江苏鑫广机械制造有限公司；外形尺寸：120*350（mm）；倒扣范围：5/8、3/4、7/8、8/8的抽油杆及9/8光杆。

二、倒扣器的改进

1、现用倒扣器的弊端

作业队进行抽油杆倒扣作业时，根据查看作业小结，明确杆柱结构，计算出井内杆柱负荷。在此基数上提升设备上提再增加5-10KN，在适当位置，卡上抽油杆倒扣器，然后拴上一根麻绳在操作手柄上，在距离井口4-5米的位置拽动麻绳进行倒扣作业。往往在深井或者结蜡严重的井，扭矩传递至预卡点的速度慢、油管与抽油杆间磨阻大导致扭矩传递给预卡点的抽油杆之前，两个卡牙咬紧力不足以承担倒扣和克服摩擦阻力所需的扭矩，即反转力矩达到一定程度时，卡牙不能再限制其与抽油杆本体的相对位置，抽油杆快速回到原始状态，产生高速回转使得牙块上的牙被磨平，使倒扣失败。此时的卡牙已不能再次使用，需要换新继续操作。此步骤需要司钻配合提放液压钳、井口松开倒扣器操作、倒扣器换牙操做、井口上紧倒扣器操作、倒扣操作。这一个操作循环作耗时、费力，增加施工难度。

例如:2023年10月，陈2-1井蜡卡上作业。作业小结抽杆结构结构（自上而下）:∮28mm光杆×9.13m+∮25mm抽杆短节3m+∮25mmD级抽油杆112.5m+∮22mmd级抽油杆×754.35m+∮19mmhl级抽油杆755.03m+∮40mm加重杆×30m+∮19mm拉杆×4.02m+∮32mm柱塞×1.62m.。功图显示蜡卡，上作业检泵。-9:30续做施工准备，-11:00控制负荷在11KN以内活动出光杆，-12:00活动杆柱出井口2.3m后不再上行，也不回落。保持负荷50KN使用进行抽油杆倒扣作业。井内内衬油管较多且结蜡，在倒至10圈的时候牙打滑，立即更换卡牙，用36”管钳对称上紧压帽，二次倒扣。倒至12圈时候卡牙再次打滑，再准备换牙倒扣时井上已无卡牙，联系队部重新送牙再次倒扣。值班车辆一个来回2小时，最终在第三次换上新牙后倒扣24圈从∮22mm抽油杆处首先倒开（从上至下总第85根），起出倒出抽油杆，起出相应长度的油管，抽油杆露头再次倒扣，直至全部倒出、起出。

施工中途值班车耗时2小时，更换卡瓦牙三次共30分钟，损坏卡瓦牙4只，倒扣施工效率下降，增加施工成本，增加占井周期。

2、改进思路

根据陈2-1井的倒扣情况分析，两次都是从卡牙与杆体接触咬紧面打滑，以致倒扣失败。

受力分析：井场所用液压钳扭矩恒定，液压钳的扭矩是通过工作筒传递给井下遇卡抽杆。而工作筒与抽油杆的连接靠的是两个顶丝对向顶紧卡牙，两个力是来自一条直线方向朝向杆柱中心线的，从而卡牙紧紧夹住杆体，通过液压钳咬住筒体反向旋转将倒扣扭矩传给遇抽油杆。改进前的工具两个卡牙在同一直线，接触面也仅为两个卡牙与杆体的接触部分，液压钳扭矩恒定的情况下使每个接触面承受较大的摩擦力。增加卡牙个数使卡牙与杆体接触面积加大，扭矩恒定的情况下，减小了每个接触面所承受的摩擦力，从而使液压钳扭矩较多地通过上紧后的卡牙在克服井下杆柱反扭矩力后传递给遇卡杆柱，减少了因卡牙打滑而更换倒扣器卡牙的操作，提高倒扣效率。

三、改进方法

将倒扣器两瓣工作筒分别在从顶部往下15cm处切除，保留上部卡咬部分,将保留的卡咬部分和一新的倒扣器两瓣工作筒分别焊接牢靠，使得成型后的一瓣工作筒上有上下两个卡牙，利用一个工作筒带动四个卡牙沿以抽油杆垂直中心线为中心圆周方向转动倒扣。

四、改进后的应用

上提力的计算：上提力的计算首先假设卡点在泵筒内，倒扣位置在抽油杆与柱塞的连接位置。柱塞以上抽油杆重量计算公式F=q×L。其中:q代表每m杆的重量（N/m)，L代表井内抽杆总长度(m)，F代表上提负荷(n)。不同直径的抽油杆在井液中的q值见下表：

g=9.8N/kg,通过计算得出的数据再增加5-10KN即可倒扣。

以下为抽油杆倒扣器在两口抽油杆卡井的使用情况。

采油一厂陈堡采油班站陈3-128井2023年12月结蜡泵卡。抽油杆结构：∮28mm光杆×9.13m+∮25mm抽杆短节2.03m+∮25mmD级抽油杆250m+∮22mmhy级抽油杆×750m+∮19mmhl级抽油杆970.52m+∮40mm加重杆×30m+∮19mm拉杆×4.02m+∮32mm柱塞×1.62m.活动解卡无效进行倒扣作业。不考虑浮力，计算抽油杆在油管内的悬重为：252.03m×39.39N/m+750m×30.73N/m+750m×23.03N/m=50.25KN,在此基础上，修井机上提负荷增加5-10KN，进行倒扣作业，倒扣28圈，仅一次就倒扣成功，倒出原井抽油杆157根，收到很明显的效果。

五、结论

1.经过改进后的抽油杆倒扣器仍具有体积小，质量轻，结构简单，操作方便特点。

2.改进后的倒扣器很大程度减少了换卡瓦牙的频率，大幅度提高倒扣效率，具有较高的推广价值。

3.适合倒扣各种型号的被卡抽油杆。

六、建议

1.使用液压钳的位置不可过高，便于操作。

2.液压钳在调整好位置后用险绳固定，防止在扭矩作用下来回摆动。

3.倒扣操作时液压钳应使用慢档操作，缓慢倒扣，严禁使用快档进行倒扣操作。
 

参考文献：

《井下作业技术数据手册》，石油工业出版社，2001年1月出版。