带压作业工艺技术的研究及应用

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目前西南地区页岩气开发是压裂、试气后由带压作业下入完井管柱后投产，井口压力高（20MPa以上），施工难度大，风险高，国内没有成熟施工技术和经验。

通过引进HRS-225K独立式带压作业设备，开展页岩气井完井技术研究，优化了带压作业设备配套，研发了具备自主知识产权的关键设备部件及井下工具、开发了带压作业模拟软件及仿真培训系统，制定了带压作业技术标准和操作规范，建立了带压作业安全评价方法，形成了一整套完善的高压气井带压作业配套技术，满足高压气井带压作业完井技术要求，填补了中石化该项技术空白。

1 页岩气井带压作业工艺技术研究1.1 带压作业力学分析方法研究
对带压作业进行管柱力学研究，分析计算有效控制举升机液压压力范围安全值，从而做到防止因升降机主液压系统压力不确定而造成管柱无法推入井内或下推力太大造成管柱发生弯曲变形等事故的发生，为带压起下管柱作业奠定安全保障。

1.1.1 管柱在举升机作用下下入井内的受力分析
当管柱刚开始下入井内时，直至到达平衡点之前下推力F S 与重力W（流体中浮力抵消后的重力）的合
力始终等于摩擦力F f 与上顶力F W 的合力，受力分析。

 
 管柱下行时所受的下压力为：F s =F w +F f -W
其中管柱截面受力计算：F w =0.7854×D 2×P
式中：F w ：管柱的截面受力，单位kN； D：防喷器密封油管的外径，单位mm； P：井口压力，单位psi。

油管通过防喷器时所受的摩擦力大小与防喷器类型、井内温度、井内液体及井口压力油管有关，根据经验通常取井内压力对管柱上顶力的20%-30﹪为摩擦力，这里取30%，所以F f =0.3× F w ，则F s =1.3F w -W。

重力作用在管柱上时，表现为对管柱向井筒内的下推力，当第一根管柱被下推进井筒内时，管柱的重量可以忽略不计。

此时，在油管刚进入井筒的情况下下推力有最大值：F S =F W +F f =1.3F w 。

当管柱下入一定深度时，管柱在井筒内的自重等于作用在管柱截面上的压力，该
1.1.2 管柱下推举升时举升机所需液压动力分析
举升机通过作用在液压缸上的液压动力实现对管柱的举升和下推，当下推管柱时，液压动力作用在液缸的活塞杆一侧；当起出管柱时，液压动力作用在另外一侧。

计算举升机下推管柱所需要的液压压力，首选要
计算举升机在液压压力下的有效作用面积A 下推，知A 下推=0.7854×（液缸内径2-活塞杆直径2）×工作液缸数量
同理，计算举升机举升管柱所需的举升力，要先计算举升机在液压压力下的有效作用面积A 举升，知A 举升=π/4×液缸内径2×工作液缸数量。

由此，可以计算出举升机所需的下推压力和举升压力分别为：
所需下推液压压力=F 下推/A 下推；所需举升液压压力=F 举升/A 举升。

1.2 带压作业防喷器组合优化研究
根据西南区块带压下管柱工具串的特点，经过不断实践摸索，改进了带压作业设备的组合形式，最终在下工作防喷器和上安全防喷器之间增加1根1m升高短节，在最底部安全防喷器上部安装了四通及平板阀组合。

1.2.1 旁通泄压机构优化
在环形防喷器与上部工作防喷器之间增加三通、高压管线并与防喷管线相连，防止环形防喷器胶芯因压力增大无法密封，可通过底部的高压管线可快速释放压力，确保施工安全。

1.2.2 升高短接的优化
增大工作防喷器与全封/剪切防喷器之间的距离，当发生意外情况需起出工具时，可以将工具提至全封/剪切防喷器上部，关闭全封/剪切防喷器，顺利起出工具。

1.2.3 悬挂座封安全机构优化
在安装全封/剪切防喷器与底部安全防喷器之间增加钻井四通及平板阀组合，方便在压力平衡和坐悬挂器时的安全便捷操作；将安全防喷器安装在升高短节下，在设备的拆装方面也起到了便捷的作用。

1.3 带压作业关键工具的研制
1.3.1 带压作业卡瓦总成的研制
双向承载卡瓦是带压作业的关键装备，作用是在作业过程中夹紧管柱，防止管柱掉入井内或从井中飞出，保证整个作业过程安全可靠，通过研制出KW110型带压作业卡瓦，实现带压作业关键工具的国产化，填补国内技术空白。

结合国外带压作业装备液压卡瓦的设计理念，通过三维模拟软件建模，对卡瓦关键部位及整体结构进行有限元受力分析，优化力学性能。

主要开展：（1）卡瓦座、卡瓦体力学性能分析；（2）卡瓦液压控制系统计算分析；（3）卡瓦牙夹持管柱表面强度分析；
带压作业工艺技术的研究及应用
卢云霄 胡尊敬 李勇 范玉斌
胜利石油工程有限公司井下作业公司 山东 东营 257064
摘要：随着西南页岩气田大规模商业化开发，与之相配套的完井技术仍未成熟。

为了最大限度发挥页岩气井开发潜力，保护和维持地层的原始产能，避免产层污染，引进高压带压作业设备，优化配套装备及研制关键工具、研究带压作业工艺技术、开发模拟软件和仿真培训系统，满足井口压力35MPa以下气井带压作业完井技术的要求；建立带压作业安全评价方法，形成了技术规范。

西南工区现场应用80井次，施工成功率100%。

关键词：高压页岩气井 带压作业配套技术研究 现场应用
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甲醇的含量进行控制能够有效减少甲醇的损失，同时
精馏的回收率也将明显提高。

在进行甲醇精馏生产的时候，应进行严格的把控，不仅需要对塔釜的温度进行控制，废水中甲醇的质量也应严格把控，这样能够有效减少甲醇的损失。

在进行甲醇精馏的时候，当常压塔需要给气提塔进样之前，应该适当增加蒸汽，从而使得塔内的热量平衡，避免由于温度过高，出现甲醇大量损耗的情况。

（3）保证生产质量。

甲醇进行精馏后生成的产品就是精甲醇，在保证产品质量的同时应避免出现资源浪费的情况。

在实际的生产中，只有精甲醇的质量达到产品质量标准要求，才能满足市场的需求。

所以在实际的生产中，应对生产指标与生产步骤进行严格把控，按相关操作规程、工艺卡片等技术操作指南进行生产操作，避免由于产品问题造成资源浪费的情况出现，同时在实际的生产中也可以采用定向加大或减少蒸汽加热量的方法，避免出现大幅度加减负荷的情况[5]。

（4）控制精馏系统内的压力。

甲醇原料液从预塔进入加压塔中后，其能够再次进入到精馏塔的分料阶段，通过回流泵进入到精馏塔中的甲醇液在经过加压塔加压后将重新流入到甲醇原料液中，由此可以看出，加压塔不仅可以对回流液体和蒸汽进行加压，也可为加入后的蒸汽流入到精馏塔中提供相应的热量，
若是出现蒸汽压力下降情况的时候，塔内的温度也能得到很好的控制。

而塔内的残液可通过常压塔进入到冷凝器中然后进行回流，这样就可以使回收率明显提高。

4 结束语
在甲醇进行精馏的过程中，应将精馏过程的各个环节进行完善。

同时也要求操作工人在进行甲醇精馏操作的时候认真、细心，高度负责的工作态度，对原料液与采出液的甲醇质量进行严格管控，同时对回流比及系统压力进行控制，这样在节能减排的同时企业的经济效益也将明显提高。

参考文献
[1]邢胜超，梅泽勇.甲醇精馏技术应用和节能减排[J].中小企业管理与科技（中旬刊），2019（9）：155-156.
[2]朱莉莉.甲醇精馏技术应用和节能减排[J].江西化工，2019（4）：38-39.
[3]余思凡.精馏节能技术在化工生产上的应用[J].中山大学研究生学刊（自然科学.医学版），2017，38（01）：27-40.
[4]刘坤，党鹏国.甲醇精馏过程节能降耗的研究[J].化工管理，2016（17）：262.
[5]吴玉龙，刘勇全.甲醇精馏过程节能降耗研究[J].化工管理，2015（18）：200.
[6]刘发强，夏培蓓，李玉梅，等.LC-MS 法在聚氯乙烯制品中酯类化合物迁移检测中的应用[J].合成树脂及塑料，2019，36（5）：39-42.
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（4）卡瓦牙板失效分析。

对关键承载部位及焊缝薄弱点进行设计改进、结构优化，从而确保整体结构的安全可靠性。

利用三维建模及有限元受力分析结果，选取分别满足卡瓦座、卡瓦体、卡瓦牙力学性能要求的特殊材质并进行试样拉伸、冲击等性能测试，结果满足卡瓦各部位力学性能要求，且优于国外同类产品。

1.3.2 卡瓦互锁系统研制
在带压作业设备中进行油管起、下作业时需要用到固定承重卡瓦、移动承重卡瓦、固定防顶卡瓦以及移动防顶卡瓦，其中固定承重卡瓦和移动承重卡瓦在井下压力不足以抵消油管自重的情况下配套使用（重管柱状态），固定防顶卡瓦和移动防顶卡瓦在井下压力大于油管自重时配套使用（轻管柱状态）。

卡瓦互锁装置用于承重卡瓦对和防顶卡瓦对互锁的液压系统，能有效消除目前卡瓦互锁过程中所存在的安全隐患。

卡瓦互锁安全系统装置是由一些液压阀、液压管汇、和液压管组成，可以作为功能加强组件被安装在任何带压作业机的液压系统回路里。

一旦安装之后，它便成为了带压作业机卡瓦液压控制回路的一部分，使得卡瓦液压控制阀与卡瓦液压缸之间的油路被其所控制。

通过一个液压先导阀组来实现逻辑控制功能，以控制承重卡瓦和防顶卡瓦的打开和关闭，使得在轻管柱状态下移动防顶卡瓦和固定防顶卡瓦始终有一个保持在关闭位置，在重管柱状态下移动承重卡瓦和固定承重卡瓦始终有一个保持在关闭位置。

实现对管柱上升或下降的安全控制，避免了人为误操作及由此造成的安全事故。

当施工进行到某些阶段时，需要将一个或两个卡瓦对同时打开。

这时，通过旁通控制阀，可以将卡瓦互锁功能临时解除，待施工进入正常状态时，再恢复卡瓦互锁功能。

将卡瓦互锁装置安装在主操作台下，连接在液压回路中，现场调试合格，确保管线无泄露，卡瓦开关正常。

经过80口井现场测试，设备安全可靠性达100%。

2 现场应用
截止目前，在西南页岩气田累计已完成带压完井施工80口，施工成功率100%，单井平均施工周期12天左右。

参考文献
[1] 霍丙新，刘成延，江阿明. 不压井防喷带压作业装置在长庆油田的应用[J].石油机械，2009(06)，81-83+96.。