一种利用上扣扭矩和卸扣扭矩优化油管作业的方法与流程

本发明涉及一种利用上扣扭矩和卸扣扭矩优化油管作业的方法，适用于油管检测的技术领域。

背景技术：

油管用于插入油井中以将原油(或天然气)从蓄油层中抽出。每根油管的长度通常在十米，现场作业时需要将油管连接起来使用。每根油管的两端分别设置为公扣和母接接箍的形式，两根油管连接时，将一根油管的公接头放入另一根油管的接箍中并旋紧。油管的作业环境在地下深层，其管身可能会受到腐蚀性介质、高温高压的作用，因此可能会发生损坏。而地下的腐蚀性介质和高温高压又有分层存在的可能性。

除此以外，油管的接头也是容易发生泄漏和腐蚀的地方，这是因为接头位置在连接时会发生不可避免的碰撞而受到损伤，而油井中二氧化碳和硫化氢的含量较大。一旦损伤部位暴露在腐蚀性介质中，就会加速其腐蚀，轻则使一根油管损坏，重则使整个油井报废，造成重大的经济损失。

如图1所示，在连接两根油管时，通常是利用气动卡盘400将下油管200夹持住，然后在下油管200的顶部安装卡箍300，将上油管100与下油管200的螺纹连接口对齐，并用液压钳500夹持住上油管100和下油管200。夹持下油管200的液压钳的背钳502固定不动，驱动夹持上油管100的液压钳的主钳501旋转，将两者旋接固定。卸扣时的施工过程与此相反。

现有技术中一般是根据经验对上油管施加扭矩使两者旋接，这种方法存在很大的弊端。首先，如果施加的扭矩过小，则上油管和下油管无法充分连接，容易发生掉管和泄漏的现象；其次，如果施加的扭矩过大，则容易使上油管和下油管螺纹连接的地方发生强度破坏，导致泄漏、脱落、加快腐蚀等现象的发生。对于油田作业来说，每根特殊油管的成本大约在3万元左右，而一口井少则300-700根油管，一旦发生掉管或泄漏等现象，不仅会增加维修或替换的成本，而且还可能导致整口井的报废，由此会产生几千万甚至上亿元的损失。因此，如何使得油田作业过程中施加的扭矩更加合理、如何验证一直是本领域技术人员亟待解决的问题。

申请人在申请号为201710005967.2、题名为“一种带有扭矩传感器的液压钳”的发明专利申请中提出了在上扣期间通过设置在卡瓦上的扭矩传感器来检测施加到油管上的上扣扭矩，相对于现有技术中的方法具有一定的进步性。但是缺少验证所施加的扭矩是否合理并对其进行优化找出规律的进一步措施。

另一方面，在油管入井时，可以根据下井的顺序依次对油管进行编号(采用计算机编号即可)并做好记录，相邻的两个油管之间通过液压钳进行旋接。在卸扣时，为了检测油管是否损伤以及确定哪根油管损伤，在将油管拔出油井以后，需要对油管逐一进行明确编号并挨个检测，同时统计其上扣时的超扭矩现象的比例，以及扭矩不足使得旋接台阶没有完全对顶的比例，以便更好地改进油管的材质和扣型、上扣扭矩，实现更好的密封效果。现有技术中，为了防止油管堆放混乱而无法准确确定哪根油管(进而推断出多大深度位置处)出现问题，在拔出油管以后会在油管的表面用油漆对油管逐一编号。然而，由于刚拔出的油管表面布满油污，因此油漆很难涂布在油管的表面上，即便是涂布上去，也很容易消失。由此导致油管存放混乱，无法确定井下多深位置处的油管出现了问题，无法对相应深度处油管的扣型和材料做出适应性调整。

综上，现有技术中需要一种对油管施加扭矩更加合理的技术，同时又要能够清楚、高效地对起出的油管进行编号。

技术实现要素：

本发明为了解决现有技术中的上述缺陷，提出了一种利用上扣扭矩和卸扣扭矩优化油管作业的方法。根据本发明的方法不仅在下井时检测油管旋接的扭矩，而且在出井时同样检测油管解除旋接的扭矩，将上扣扭矩与卸扣扭矩进行比较，并综合分析所有油管的上扣扭矩和卸扣扭矩以总结扭矩变化的规律，可以对上扣扭矩进行验证、找出规律并做进一步的精确修正。

根据本发明的利用上扣扭矩和卸扣扭矩优化油管作业的方法，包括以下步骤：

(1)油管入井时，根据下井的顺序依次对油管进行编号，将液压钳的主钳夹持在上油管上，背钳夹持在下油管上，驱动液压钳使上油管和下油管旋接，通过设在液压钳上的扭矩传感器测量上油管和下油管旋接时施加的上扣扭矩并做好记录；

(2)油管出井时，再次将液压钳的主钳夹持在上油管上，背钳夹持在下油管上，驱动液压钳使得上油管从下油管中脱离连接，并通过设置在液压钳上的扭矩传感器测量卸扣扭矩；

(3)将起出的上油管放置在油管存放区，并在每根起出的油管上绑扎条带以对其进行编号；

(4)比较上扣扭矩和卸扣扭矩的变化规律，以检测油管接头部位是否发生损伤，并对上扣扭矩和/或扣型进行优化。

优选地，油管出井时，在上油管上安装吊箍，利用起吊机将吊箍吊起，待与上油管连接的下油管离开地面一定距离时，放置气动卡盘，以将下油管夹持其中。

优选地，所述气动卡盘包括通过销轴相互枢转连接的三个结构相同的子卡盘，每个子卡盘包括卡盘体、卡瓦体和卡座，所述卡瓦体接合在所述卡盘体的内侧，所述卡座接合在所述卡瓦体的内侧，所述卡瓦体上设有轴孔，辊轴通过轴座结合到所述卡瓦体的轴孔中，所述辊轴沿卡瓦体从上到下倾斜布置，使得所述卡座围成的空腔的直径逐渐变小。

优选地，所述卡盘体上设有镶座，所述镶座内设有镶块，所述镶块通过螺栓固定在所述镶座内，从而在所述镶块的表面上形成一个可供所述辊轴在其上滚动的倾斜面。

优选地，所述倾斜面与竖直轴线之间的夹角为5-12度。更优选地，所述倾斜面与竖直轴线之间的夹角为8度。

优选地，当准备卡紧油管时，操纵气缸，通过连杆将所述卡瓦体整体提起，使得所述气动卡盘下端的开口变大，从而使得油管能够顺利通过气动卡盘；当油管上升或下降到需要卡紧的位置时，再次操纵所述气缸使得所述卡瓦体整体下降，所述辊轴沿所述镶块的倾斜表面逐渐滚下，从而将油管卡紧。

优选地，所述卡座的内侧安装有卡瓦，所述卡瓦为无压痕卡瓦。

采用本发明的利用上扣扭矩和卸扣扭矩优化油管作业的方法，能够通过对比上扣扭矩和卸扣扭矩，总结沿油井深度方向上的油管扭矩的变化规律，为后续施工提供参考；同时，通过绑扎条带对起出油管进行编号，使得编号更清楚、更快捷。本发明的检测方法对于油井作业具有巨大的经济效益，能够极大地降低作业成本，具有广阔的市场应用前景。

附图说明

图1是将两根油管连接或解除连接时的作业示意图。

图2是本发明的液压钳的外观示意图。

图3显示了本发明的气动卡盘在张开状态下的俯视图。

图4显示了本发明的气动卡盘的部分分解图。

图5显示了本发明的气动卡盘的进一步分解图。

图6显示了采用本发明的气动卡盘卡紧油管前的状态示意图。

图7显示了采用本发明的气动卡盘卡紧油管后的状态示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

根据本发明的利用上扣扭矩和卸扣扭矩优化油管作业的方法，在将油管从油井中起出过程中，通过扭矩测量仪测量将上油管从下油管中旋出过程中液压钳施加的扭矩，即卸扣扭矩。然后，将油管的卸扣扭矩和上扣扭矩进行比较，以验证上扣扭矩的合理性并对其进行优化。由于油管在井下作业会持续一定时间并且会遭遇部分压力，因此当油管起出以后，卸扣扭矩相对于上扣扭矩会发生变化。对于正常连接的部位来说，上扣扭矩和卸扣扭矩的变化会呈现规律性；但是对于油管作业过程中已经造成连接损伤的部位来说，卸扣扭矩会出现畸变。因此，通过起出过程中对卸扣扭矩进行测量能够起到检测油管接头损伤的作用，同时还能够验证上扣扭矩的合理性，以进一步调整扣型和优化上扣扭矩。如前所述，由于上扣和卸扣过程中施加的扭矩对于油井作业来说具有巨大的经济意义，因此油井作业过程中施加扭矩的精确性非常重要。

根据本发明的利用上扣扭矩和卸扣扭矩优化油管作业的方法，包括以下步骤：

(1)油管下井时，根据下井的顺序依次对油管进行编号，将液压钳的主钳夹持在上油管上，背钳夹持在下油管上，驱动液压钳使上油管和下油管旋接，通过设在液压钳上的扭矩传感器测量上油管和下油管旋接时施加的上扣扭矩并做好记录；

(2)油管出井时，再次将液压钳的主钳夹持在上油管上，背钳夹持在下油管上，反向驱动液压钳使得上油管从下油管中脱离连接，并通过设置在液压钳上的扭矩传感器测量卸扣扭矩；

(3)将起出的上油管放置在油管存放区，并在每根起出的油管上绑扎条带以对其进行编号；

(4)比较上扣扭矩和卸扣扭矩的变化规律，以检测油管接头部位是否发生损伤，并对上扣扭矩和/或扣型进行优化。

优选地，油管出井时，可以在上油管上安装吊箍，利用起吊机将吊箍吊起，从而将上油管从油井中提出；待与上油管连接的下油管离开地面一定距离时(例如1米)，放置气动卡盘，以将下油管夹持其中。需要说明的是，本申请中的上油管和下油管只是为了说明下井和上井时露出地面的两根油管的相对位置关系。

如上所述的利用上扣扭矩和卸扣扭矩优化油管作业的方法具有以下技术优势：

1.通过在上扣和卸扣时对旋接扭矩进行测量并比较油管的上扣扭矩和卸扣扭矩，可以总结油管作业过程中沿油井深度方向上的扭矩变化规律，以为后续的施工作业提供扭矩优化和扣型的参考，使得作业过程中施加的扭矩更加精确和合理。

2.通过检测上扣扭矩和卸扣扭矩，根据扭矩发生畸变的位置来判断连接损伤部位的位置，同时还能够根据同一根油管的上扣扭矩和卸扣扭矩的变化，推断出井下作业期间对旋接扭矩的影响。

3.通过在起出油管上绑扎条带进行编号，克服了现有技术中通过油漆编号而容易消失的问题，使得参考编号能够更清楚、更快捷。在起出的油管清洗以后，如果检测发生损伤(例如腐蚀液、高温)，可以由此推断发生损伤的深度和地层的构成，并对扣型和材料做出适应性调整。

如图2所示，其中显示了根据本发明的液压钳500，其包括主钳501和背钳502，主钳501和背钳502的卡瓦座上均安装有无压痕卡瓦503。上扣和卸扣过程中，背钳502夹紧下油管并保持不动，主钳501夹紧上油管并旋转，同时通过安装在卡瓦上的扭矩传感器测量上扣扭矩和卸扣扭矩。关于液压钳的具体结构，在同一申请人的申请号为201710005984.6、题名为“一种无压痕液压钳”的发明专利申请中进行了详细的描述，其中的内容通过引用的方式全部并入本发明。

如图3所示，其中显示了本发明的气动卡盘在张开状态下的俯视图。如图4-5所示，其中显示了根据本发明的气动卡盘的分解图。本发明的气动卡盘包括通过销轴3相互枢转连接的三个结构相同的子卡盘，每个子卡盘包括卡盘体1、卡瓦体2和卡座7，卡瓦体2接合在卡盘体1的内侧，卡座7接合在卡瓦体2的内侧，卡瓦体2上设有轴孔，辊轴6通过轴座5结合到卡瓦体2的轴孔中，辊轴6沿卡瓦体2从上到下倾斜布置，使得卡座7围成的空腔的直径逐渐变小。气动卡盘将下油管夹持在空腔内。

如图4-6所示，卡盘体1上设有镶座8，镶座8内设有容纳镶块4的容纳槽40，镶块4可以通过螺栓固定在容纳槽40中，从而在镶块4的表面上形成一个可供辊轴6在其上滚动的倾斜面。卡座7安装在卡瓦体2的内侧，卡座7的内侧安装有卡瓦71，卡瓦71与油管直接接触并夹紧油管。优选地，倾斜面与竖直轴线之间的夹角为5-12度。更优选地，倾斜面与竖直轴线之间的夹角为8度。

如图6和7所示，其中显示了根据本发明的气动卡盘的半剖视图。如图所示，卡瓦体2可以借助于辊轴6沿镶块4的表面滑动。图6所示的状态为卡紧油管前的状态图。当准备卡紧油管时，操纵气缸9，通过连杆将卡瓦体2整体提起，由此使得气动卡盘下端的开口变大，从而使得油管能够顺利通过气动卡盘。当油管上升或下降到需要卡紧的位置时，再次操纵气缸9使得卡瓦体2整体下降，辊轴6沿镶块4的倾斜表面逐渐滚下，从而将油管卡紧。图7所示的状态为卡紧油管后的状态图。本发明通过辊轴和倾斜面的设计，使得油管能够被充分夹紧，稍有松动的话，辊轴就会自然下降，从而再次卡紧。

现有技术中均没有公开本发明的气动卡盘的上述结构，其相对于现有技术中的气动卡盘来说，具有更稳定可靠的夹持力。一旦出现松动，其能够依靠辊轮的自由下滚实现再次卡紧，从而避免了油管滑落的现象。

为了避免在油管的表面产生伤痕，本发明中液压钳和气动卡盘的卡瓦均采用无压痕卡瓦，其制备工艺如下：

(1)塑炼

将丁腈橡胶在开炼机上分段塑炼，同时加入增塑剂来加快塑炼，增塑剂的使用量为丁腈橡胶的16.5％(质量比)。在开炼机两个旋转辊筒间，凭借前后辊相对速度不同所产生的剪切力使橡胶大分子断裂,从而达到增塑的目的。塑炼温度控制在30±1℃，前后辊的速度比控制在1:1.32，辊距为1mm。

根据本发明的增塑剂的一种优选实施方式如下：

增塑剂由二乙二醇二苯甲酸酯、环氧大豆油、去离子水、双氧水、三氯甲烷按照质量比为1:0.26-0.28:0.1-0.15:0.1-0.12:0.05-0.07混合制成，其制备方法为将二乙二醇二苯甲酸酯、环氧大豆油和双氧水放在密闭容器中加热至70-75℃并密封2小时使其充分混合，然后加入去离子水搅拌并使其温度保持在50-52℃，静置1小时后放入三氯甲烷，混合均匀。

(2)混炼

将开炼机的水温控制在75-78℃，将塑炼好的胶料放在开炼机上进行混炼，并依次加入增塑剂、防老剂和硫化剂，反复薄通(即，使橡胶很薄地通过开炼机的两个辊筒)，最后出片待用。其中，加入的胶料、增塑剂(成分同上)、防老剂和硫化剂的质量比为(假设胶料的质量份数为1)1:0.08-0.12:0.06-0.08:0.05-0.06。

根据本发明的防老剂的一种优选实施方式如下：

防老剂由4,4'-二(α-甲基苄基)二苯胺、6–乙氧基–2,2,4–三甲基–1,2–二氢化喹啉、炭黑、三氧化二铝和二氧化硅按照质量比为1:0.6-0.8:0.2-0.3:0.12-0.14:0.1-0.15混合均匀制成。

更优选地，防老剂由4,4'-二(α-甲基苄基)二苯胺、6–乙氧基–2,2,4–三甲基–1,2–二氢化喹啉、炭黑、三氧化二铝和二氧化硅按照质量比为1:0.62:0.28:0.12:0.15混合均匀制成。

根据本发明的硫化剂的一种优选实施方式如下：

硫化剂由硫磺粉、酚醛树脂、氧化锌、二硫化二吗啉和二硫化二苯并噻唑按照质量比为1：0.3-0.5：0.1-0.14：0.5-0.7：0.12-0.16混合均匀制成。优选地，硫化剂由硫磺粉、酚醛树脂、氧化锌、二硫化二吗啉和二硫化二苯并噻唑按照质量比为1：0.38：0.12：0.7：0.15混合均匀制成。

(3)涂胶

将金属网格清理干净，按照尺寸裁定成型，将胶黏剂均匀涂抹在其表面待用。胶黏剂要选择适用于粘结丁腈橡胶的胶黏剂。

胶黏剂的一种优选实施方式如下：

胶黏剂由以下重量份数的组分构成：

环氧树脂 24-26份，

聚丁烯醇 12-14份，

改性聚氨酯 10-12份，

甲基丙烯酸甲酯 15-18份，

淀粉 7-11份，

滑石粉 6-9份，

碳纤维 10-15份。

其制备过程为：将环氧树脂加热到120-130℃，保温静置2小时以激活其活性，然后加入改性聚氨酯和甲基丙烯酸甲脂，搅拌均匀并加热到150-156℃，然后加入聚丁烯醇使其充分反应并混合均匀，冷却至室温后，加入淀粉、滑石粉和碳纤维。

(4)下料

将混炼后的胶料停放2天以后，按照产品的形状和尺寸下料。

(5)硫化

将涂好胶黏剂的金属网格和裁剪好的胶料分层放入模具中，锁紧模具进行硫化。硫化过程中模具的压紧力为25-27MPa，温度保持在175-180℃，压紧时间为5-6小时。硫化完成以后打开模具，取出产品。

(6)修剪，检验

产品取出以后，及时修剪成型。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。