CN109129284B - 采油井口螺栓的紧固方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采油井口螺栓的紧固方法及其装置，其涉及油气开发技术领域，该方法包括以下步骤：将修井机液压系统与多端口液压动力平衡分配装置相连接；在多端口液压动力平衡分配装置的每个液压端子上连接两条液压输送管线，并使其分别与液压控制扳手相连接；在井口的装配好的法兰上将螺栓与螺母装配好；将所述液压控制扳手安装在井口的螺栓上，所述螺栓的个数与液压控制扳手的个数相匹配；控制所述多端口液压动力平衡分配装置以使液压输送至所述液压控制扳手上，通过所述液压控制扳手同时对井口的法兰上的螺母进行拧紧操作。本申请能够对油井口螺栓同时进行上紧操作。

Description

采油井口螺栓的紧固方法及其装置

技术领域

本发明涉及油气开发技术领域，特别涉及一种采油井口螺栓的紧固方法及其装置。

背景技术

采油井口是油田生产领域最为常见的采油设备，一般采油井口各个部件的连接处有两种形式，第一种是卡箍卡瓦连接，第二种是法兰连接。第一种卡箍连接是采用专用的卡瓦和卡瓦螺丝配合，但因卡瓦只有两孔或者四孔，其受力不均衡，目前在现场基本不再使用。第二种法兰连接现场应用广泛，即法兰盘外径为380mm，其上部设置有12个螺孔，中间为钢圈，两个法兰之间用M46的螺栓进行连接，以起到密封作用。

目前在采油生产、修井作业过程中均需要卸掉12个螺栓，完井后再重新将12个螺栓安装好、紧固好。这样的工艺操作在采油井口会存在两处，分别是套管法兰上平面与井口大四通下平面连接、井口大四通上平面与采油王八盖法兰面连接。由于采油井口存在可燃气体、硫化氢、原油等易燃易爆物质，所有操作中不能使用接电工具进行操作，因此以上安装紧固操作均为人工操作。但是在现场施工中存在如下问题：一、井口螺栓都是一个一个人为的用扳手和铁锤砸紧的。上述操作会使得螺栓在轴向上受力是不均衡的，即一个一个螺丝上紧时经常会发生钢圈一边间隙大的问题，可能会导致发生天然气或者原油泄漏等事故，更严重时可能会发生井控险情。二、在现场常规操作时螺栓不是对角一起紧固的，每处法兰连接处的螺栓都是逐一完成的，需要反反复复操作12次，一口作业井上修前和完井后要操作4处连接，共计48个螺栓，劳动强度大。三、现场施工中没有真正实现对角螺丝同时上紧，表面上看似受力均衡，实质上完井后的法兰极可能存在一头偏的现象，只是通过肉眼在现场无法得到精准判断。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明实施例所要解决的技术问题是提供了一种采油井口螺栓的紧固方法及其装置，其能够对油井口螺栓同时进行上紧操作。

本发明实施例的具体技术方案是：

一种采油井口螺栓的紧固方法，其包括以下步骤：

将修井机液压系统与多端口液压动力平衡分配装置相连接；

在多端口液压动力平衡分配装置的每个液压端子上连接两条液压输送管线，并使其分别与液压控制扳手相连接；

在井口的装配好的法兰上将螺栓与螺母装配好；

将所述液压控制扳手安装在井口的螺栓上，所述螺栓的个数与液压控制扳手的个数相匹配；

控制所述多端口液压动力平衡分配装置以使液压输送至所述液压控制扳手上，通过所述液压控制扳手同时对井口的法兰上的螺母进行拧紧操作。

在一种优选的实施方式中，在所述将修井机液压系统与多端口液压动力平衡分配装置相连接的步骤中，在修井机液压系统中主液压分支给液压钳液压系统的分支点处设置三通控制阀，将所述三通控制阀的一端与所述多端口液压动力平衡分配装置相连接。

在一种优选的实施方式中，多端口液压动力平衡分配装置的每个液压端子上输出的压力均相等。

在一种优选的实施方式中，多端口液压动力平衡分配装置的液压端子的数量等于井口的螺栓的数量。

在一种优选的实施方式中，在所述在井口的装配好的法兰上将螺栓与螺母装配好的步骤中，用修井机吊装将法兰各个螺孔与另一个法兰螺孔对应，并在同一直线上，下放钢圈使其进入钢圈槽，将螺栓和螺母安装至法兰的螺孔中。

在一种优选的实施方式中，还包括以下步骤：

待螺母拧紧操作完成后，采用水泥车进行井口试压，当稳压达到预设时间且压降小于0.5Mpa时，井口安装作业完成。

在一种优选的实施方式中，在井口的装配好的法兰至少包括以下之一：套管法兰与井口大四通、井口大四通与采油树上法兰。

一种如上述任一所述的采油井口螺栓的紧固方法中采用的紧固装置，包括：

修井机液压系统；与所述修井机液压系统相连接的液压钳液压系统；设置在所述修井机液压系统与所述液压钳液压系统之间的三通控制阀；与所述三通控制阀相连接的多端口液压动力平衡分配装置，所述多端口液压动力平衡分配装置上具有多个液压端子，每一个所述液压端子上连接有液压控制扳手。

在一种优选的实施方式中，所述多端口液压动力平衡分配装置上的所述液压端子输送给所述液压控制扳手的压力相等。

在一种优选的实施方式中，所述多端口液压动力平衡分配装置能够独立的控制每一个液压端子的压力输出。

本发明的技术方案具有以下显著有益效果：

一、便携性，整个装置的液压系统均为修井作业现场原车配备，无需额外增设。

二、安全性，整个方案中，充分考虑了采油作业井口的特殊性，未增设电力、火源等设备设施。

三、独立性，该申请的独特之处就是增设了多端口液压动力平衡分配装置，其可以使得每个操作下螺栓的扭矩保持均衡。

四、高适应性，本申请中的方案不同于精密仪器实验室、工厂化配备条件，全过程均可在野外现场进行操作施工，有效的解决了目前采油井口螺栓只能通过人工操作一个一个的紧固的问题。

参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本发明的实施方式包括许多改变、修改和等同。针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。

图1为本发明实施例中采油井口螺栓的紧固方法的步骤流程图。

图2为本发明实施例中采油井口螺栓的紧固方法的工艺示意图。

图3为本发明实施例中现有修井机液压系统的系统图。

具体实施方式

结合附图和本发明具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本发明的细节。但是，在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本申请的发明人发现在其它领域的现有技术中存在对螺栓进行拧紧的装置和工艺，例如柔性传动的双螺栓拧紧装置。该装置应用在工业装配过程中，关于对角螺栓的拧紧往往需要同时进行，否则会导致不同的螺栓的进给度不同，进而导致扭矩增大无法完成装配。一般常用的方法是采用对角拧紧，逐个拧紧，每次进给度为少量，因此装配效果不理想，且效率低；另一方面，在精密仪器装配时，对角拧紧的方法会因螺栓与进给方向偏差导致扭矩过大，致使仪器的损坏。该柔性传动的双螺栓拧紧装置可以解决对角螺栓逐个拧紧装配效果差、对角拧紧螺栓的进给方向偏差，拧紧效率低、双螺栓不同进给度的问题和提供将主动轴的动力柔性传动分配给从动轴和短暂的力矩超限保护功能。但是该柔性传动的双螺栓拧紧装置较为复杂、结构组成中大多为工厂化配置、多处为接电设备等，其主要应用在较大规模中的机械装配领域，属于工厂化范畴，完全不适用于采油生产现场领域。

另一种为力矩加转角的发动机连杆螺栓拧紧工艺，由于大马力电控柴油机中的连杆螺栓是发动机中的关键紧固件之一，是保证连杆可靠性的一个重要因素，它的失效直接影响到连杆的安全，从而进一步地影响发动机整机的可靠性。因此，有必要对连杆螺栓进行研究，在保证连杆螺栓疲劳强度的前提下，必须保证其装配预紧力满足设计要求。根据ISZ发动机连杆和活塞的惯性力、连杆瓦装配夹紧力和燃烧爆发压力等施加给连杆的拉伸载荷和压缩载荷等数据，确定ISZ发动机连杆螺栓预紧力设计要求是70KN±10KN,且Cpk值必须不小于1.67,综合考虑到环境、拧紧设备、连杆、连杆盖及连杆螺栓的差异性影响，需要对ISZ发动机连杆螺栓进行拧紧规范研究，验证现有的拧紧规范是否合理,如果不够合理，需要对现有拧紧规范进行调整、优化，重新开发出更加合理的拧紧规范，以更好的保证发动机连杆螺栓拧紧后产生的预紧力满足装配规范要求。在发动机开发过程中，出现了多次重大发动机捣缸失效，失效的主要原因归为两类：即连杆螺栓没有拧紧或者过拧紧。力矩加转角的发动机连杆螺栓拧紧工艺的重心在于提出了紧固步骤与工艺，但同样的其存在装置复杂、结构组成中大多为工厂化配置、实验室精密操作、存在多处接电设备等因素，使得其主要应用在汽车制造业或发动机零件装备制造业等，不适用于采油生产现场领域。

采油井口中的螺栓紧固从现场环境、施工条件、构件结构组成、现场操作方便性等方面，以上装置和工艺均不能实现井口螺丝的对角紧固。并且采油井口所处的现场环境是常年在野外，灵活性较强，一般一口作业井施工周期为2-3天，之后就要搬家，不能按照工厂化设计；施工条件受采油特殊性限制，不能在井口处直接接电，现场只能采用机械转动、液压驱动等安全方式实现，构件组成设计方面不能额外添加太多设备设施，否则不利于作业搬家；出于现场方便性考虑，必须优先考虑安全和便携，容易拆卸和安装等。

基于上述因素，且能够对油井口螺栓同时进行上紧操作，申请人提出了一种采油井口螺栓的紧固方法，图1为本发明实施例中采油井口螺栓的紧固方法的步骤流程图，如图1所示，该紧固方法可以包括以下步骤：

S101：将修井机液压系统与多端口液压动力平衡分配装置相连接。

图3为本发明实施例中现有修井机液压系统的系统图，如图3所示，现有的修井机车载的液压系统主要作为立放修井井架系统和井口液压钳的动力输入部分，例如XJ90型号的修井机。在修井机液压系统中主液压分支给液压钳液压系统的分支点处设置三通控制阀，将所述三通控制阀的一端与所述多端口液压动力平衡分配装置相连接，如此便于后期液压钳动力系统和多端口液压动力平衡分配装置的动力输出。

S102：在多端口液压动力平衡分配装置的每个液压端子上连接两条液压输送管线，并使其分别与液压控制扳手相连接。

图2为本发明实施例中采油井口螺栓的紧固方法的工艺示意图，如图2所示，多端口液压动力平衡分配装置上具有多个液压端子，该液压端子的数量等于井口所需上紧的螺栓的数量，多端口液压动力平衡分配装置能够向液压端子输送液压，并且多端口液压动力平衡分配装置向每个液压端子上输出的压力均相等。在本实施方式中，由于井口所需上紧的螺栓数量为12个，因此多端口液压动力平衡分配装置上的液压端子也为12个，在多端口液压动力平衡分配装置上可以具有A1B1至A6B6等操作按钮，A1B1按钮用于控制多端口液压动力平衡分配装置同时向两个液压端子输送液压，该两个液压端子分别通过两天液压输送管线与相应液压控制扳手相连接，该两个液压控制扳手分别用于控制井口法兰上相对称位置的螺栓，如此，可以使得相对位置的螺栓同时上紧。当操作按钮同时全部按下时，可以控制所有的液压控制扳手同时上紧螺栓。

S103：在井口的装配好的法兰上将螺栓与螺母装配好。

在本步骤中，可以按照油水井作业要求，清理井口各个连接体部件，保持其清洁、灵活好用。用柴油等浸泡好螺栓和螺母，再用清污布擦拭干净，同时确保法兰钢圈清洁，并涂抹好黄油。在该处井口的装配好的法兰至少包括以下之一：套管法兰与井口大四通、井口大四通与采油树上法兰。用修井机吊装将法兰各个螺孔与另一个法兰螺孔对应，并在同一直线上，下放钢圈使其进入钢圈槽，将螺栓和螺母安装至法兰的螺孔中。例如，在井口的法兰平面上安装好上述涂好黄油的钢圈，压紧保持完全进入钢圈槽并水平状态。用修井机吊装井口大四通，使得大四通下部法兰各个螺孔与套管法兰螺孔对应，并在同一直线，缓慢下放并检验钢圈是否完全入槽。完成上述操作后，安装井口螺栓与螺母，注意将螺栓安装规范标准，将两者初步简单拧入。

S104：将所述液压控制扳手安装在井口的螺栓上，所述螺栓的个数与液压控制扳手的个数相匹配。

在本步骤中，将所述液压控制扳手安装在井口的螺栓的上端，并检查其安全性与吻合度。为了防止在上紧过程中管线震动或者螺栓处崩开，可在法兰面处设计一个防脱扣固定装置，目的是在高压旋转操作中，保持人的安全。防脱扣固定装置可以是一个大号的卡瓦，其底部受力顶住多个液压控制扳手，用2条螺丝固定，目的是作为多个液压控制扳手的固定装置，同时保证液压控制扳手的旋转部件不从螺栓上滑脱下来。

S105：控制所述多端口液压动力平衡分配装置以将液压输送至所述液压控制扳手上，通过所述液压控制扳手同时对井口的法兰上的螺母进行拧紧操作。

在本步骤中，可以依次按A1B1按钮至A6B6按钮，依次控制多端口液压动力平衡分配装置同时向两个液压端子输送液压，由于该两者液压端子连接的液压控制扳手安装在法兰上相对称的螺栓上，如此，可以使得相对位置的螺栓同时上紧，然后所有的螺栓呈对依次拧紧。还可以同时按A1B1按钮至A6B6按钮，控制所述液压钳液压系统的液压输送至所述液压控制扳手上，通过所述液压控制扳手同时对井口的法兰上的所有螺栓、螺母进行拧紧操作。

S106：待螺母拧紧操作完成后，采用水泥车进行井口试压，当稳压达到预设时间且压降小于0.5Mpa时，井口安装作业完成。

在本步骤中，采用水泥车进行井口试压，试压压力可以为10Mpa，预设时间为30min，当压降小于0.5Mpa时井口安装为合格，井口安装作业完成，再进行收尾作业。

在本申请中还提出了一种紧固装置，其包括：修井机液压系统；与所述修井机液压系统相连接的液压钳液压系统；设置在所述修井机液压系统与所述液压钳液压系统之间的三通控制阀；与所述三通控制阀相连接的多端口液压动力平衡分配装置，所述多端口液压动力平衡分配装置上具有多个液压端子，每一个所述液压端子上连接有液压控制扳手。

本申请利用了车载的修井机液压系统，在上面增加了多端口液压动力平衡分配装置，从而可以在井口人为实现采油井口法兰上多个螺栓同时紧固的操作。本申请具有如下优点：一、便携性，整个装置的液压系统均为修井作业现场原车配备，无需额外增设。二、安全性，整个方案中，充分考虑了采油作业井口的特殊性，未增设电力、火源等设备设施。三、独立性，该申请的独特之处就是增设了多端口液压动力平衡分配装置，其可以使得每个操作下螺栓的扭矩保持均衡。四、高适应性，本申请中的方案不同于精密仪器实验室、工厂化配备条件，全过程均可在野外现场进行操作施工，有效的解决了目前采油井口螺栓只能通过人工操作一个一个的紧固的难题。通过本申请中的方案对采油井口法兰上的螺栓进行拧紧，节约了施工现场劳动强度大、耗时长、井控风险大等一系列实际难题，有效保证了采油井口法兰连接处不刺不漏，安全可控。

披露的所有文章和参考资料，包括专利申请和出版物，出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种采油井口螺栓的紧固方法，其特征在于，紧固装置包括：修井机液压系统；与所述修井机液压系统相连接的液压钳液压系统；设置在所述修井机液压系统与所述液压钳液压系统之间的三通控制阀；与所述三通控制阀相连接的多端口液压动力平衡分配装置，所述多端口液压动力平衡分配装置上具有多个液压端子，每一个所述液压端子上连接有液压控制扳手；所述多端口液压动力平衡分配装置上的所述液压端子输送给所述液压控制扳手的压力相等；所述紧固装置使用过程中无需增设电力、火源设备设施；

该方法包括以下步骤：

将修井机液压系统与多端口液压动力平衡分配装置相连接，在修井机液压系统中主液压分支给液压钳液压系统的分支点处设置三通控制阀，将所述三通控制阀的一端与所述多端口液压动力平衡分配装置相连接；

在多端口液压动力平衡分配装置的每个液压端子上连接两条液压输送管线，并使其分别与液压控制扳手相连接；

在井口的装配好的法兰上将螺栓与螺母装配好，具体为用修井机吊装将法兰各个螺孔与另一个法兰螺孔对应，并在同一直线上，下放钢圈使其进入钢圈槽，将螺栓和螺母安装至法兰的螺孔中；在井口的装配好的法兰至少包括以下之一：套管法兰与井口大四通、井口大四通与采油树上法兰；

将所述液压控制扳手安装在井口的螺栓上，所述螺栓的个数与液压控制扳手的个数相匹配；

控制所述多端口液压动力平衡分配装置以使液压输送至所述液压控制扳手上，通过所述液压控制扳手同时对井口的法兰上的螺母进行拧紧操作；

待螺母拧紧操作完成后，采用水泥车进行井口试压，当稳压达到预设时间且压降小于0.5Mpa时，井口安装作业完成。

2.根据权利要求1所述的采油井口螺栓的紧固方法，其特征在于，多端口液压动力平衡分配装置的每个液压端子上输出的压力均相等。

3.根据权利要求1所述的采油井口螺栓的紧固方法，其特征在于，多端口液压动力平衡分配装置的液压端子的数量等于井口的螺栓的数量。

4.根据权利要求1所述的采油井口螺栓的紧固方法，其特征在于，所述多端口液压动力平衡分配装置能够独立的控制每一个液压端子的压力输出。

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