打开文本图片集
摘要：本文介绍了井控装置一地面控制系统中储能器拆卸专用工具的研制过程，通过实际应用以及现场测试，证明所研制的地面控制系统中的储能器专用拆装工具不仅能完成拆装储能器的工作，而且使拆装工作更加安全、高效、快捷，为车间维修创造了显著的经济、社会效益，对石油钻井使用的井控装置维修单位具有借鉴和推广应用价值。
关键词：地面控制系统;储能器;拆装.装置;支架;应用
在现代石油钻井施工过程中，为确保施工安全，安装井控装置，同时必须配备迅速、安全、有效的控制操作设备一地面控制系统，因此它是钻井施工中控制防喷器开、关，保证井控安全的核心设备.控制系统重要组成部分蓄能器是为井控装置开关提供能量的关键装置，在对地面控制系统进行检查、维修作业时，均要对储能器进行拆卸与组装，以便检查和更换相关的部件。在维修控制系统拆装储能器过程中，由于没有专用的气瓶拆装工具，拆卸与组装工作困难，而且容易造成相关零部件损坏，并且在工作过程中存在较大的安全风险。为提高防喷器控制系统维修作业安全性，缩短作业时间和降低维修成本，克拉玛依钻井公司井控技术服务公司确定攻关目标，以解决目前拆装防喷器储能器困难的问题。
一、原储能器拆装方案的流程及存在的主要问题
（一）原拆装作业流程
使用管钳、扳手等工具卸松气瓶下端连接由王及密封失效部位，再用绳索抬、撬杠撬动等方式将瓶体抬起，检查并更换密封件，再放下瓶体，进行连接紧固。
（二）存在的主要问题
1.时效长：完成一只气瓶拆装，平均需要4人共同协作2小时，即8个工时。
2.作业风险大：一套控制系统在有限的空间里配置有蓄能器气瓶8-16只，数量多，作业空间狭小;瓶体圆滑，尺寸大且气瓶为钢制，自重达100-150Kg。
3.作业方式。现有方式简陋，依靠人力撬动、搬运，存在维修过程伤人的安全隐患。
二、解决存在问题的思路和方案
针对控制系统储能器拆装存在的上述问题，克拉玛依钻井公司井控技术服务公司组织相关工程技术人员讨论研究提高储能器拆装效率，降低安全风险的解决的方案、办法。通过讨论，提出的方案和优缺点可归纳为：1.使用支撑吊拆气瓶。优点：使用三脚架、吊葫芦等工具，劳动强度和效率有所降低，少量投入，成本极低;缺点：受限于空间，40%的气瓶无法使用三脚架。2.改变作业流程。优点：打开蓄能器房顶，借助起重机动力，省力，有效提高安全性;缺点：车间使用行吊，效率较低，井场维修需调遣吊车，成本高，同时难保证吊车按时到位;3.研制蓄能器气瓶拆装工具。优点：研制专用装置，满足不受气瓶规格影响，不受空间制约，省力，能有效提高安全性，使用方便，缺点：没有现成装置，需组织攻关研制。通过对上述三个方案的分析对比，最终决定研制一种高效专用装置的方案。
（一）储能器专用拆装装置方案
方案一：制作一种托举装置。装置将气瓶固定，以液压作为动力实现气瓶举升或者下放。托举装置需制作：包含卡紧和升降液缸，成本需8000元;手动液压泵采用PML型，及其液压管线购置成本4000元，共需元。特点分析：该方案1.液压作为动力，省力;2.力量可控;安全可靠;3.增设液压站;成本高;4.操作复杂;5.空间狭小;托举装置和液压站不易放置。
方案二：制作与瓶体外径一致的卡箍，杠杆和支架，利用杠杆原理，人力抬起或放下气瓶。需制作2种不同尺寸的卡箍，以适用不同规格的气瓶。特点：1.结构简单;2.操作简便;3.制作成本較低;4.不同规格气瓶需要制作不同尺寸的卡箍;5.空间制约;杠杆不能太长：6.杠杆太短，费力。
方案三：支架丝杆升降工具，充分利用现有条件，以无故障气瓶作为固定瓶支点，以故障气瓶的充气阀嘴为受力点，利用旋转升降接头的丝杆螺纹产生轴向拉力来升起或者放下气瓶。如图3示。需使用：槽钢、升降接头和固定短节的制作成本3000元。特点：1.工具尺寸小，无空间限制;2易于控制，操作简便;3.制作成本低;4.作业过程安全;5.提升丝杆会随着使用次数的增加而磨损。
经综合分析确定采用方案三为最优且最为有效方案。
（二）支架丝杠式专用拆装工具的设计1.基础数据采集
（1）测量所有规格控制系统的气瓶尺寸、间隔尺寸。（2）测量各种气瓶充气嘴扣型及外径尺寸。（3）收集测量所有气瓶更换密封件时需要升起的最大提升力和维修时所需最小距离。（见表1）
2.结构及样式
（1）主支架——以承受弯矩最大的情况进行计算
a.气瓶间受力点（即充气嘴）越远受力越大。据表5的数据，为340mm;
b.故障气瓶在固定气瓶中间时受力小，在外侧时受力最大。
最大弯矩：Mmax=F*L=l50kg*9.8*0.34m/1000=0.4998KN.m
查阅资料，采用50槽钢，长宽为918mm*50mm
（2）升降接头一是升降气瓶的关键部件，强度要满足安全要求
a.材质35CrMo，用于升降气瓶的丝杆螺纹，综合考虑强度、操作方便因素，采用普通粗牙，M16*2.5
b.螺纹强度校核：最小拉力载荷为N，气瓶最大自重200kg*9.8=l960N，满足使用。
c.接头长度计算：维修作业需要把气瓶提升的适合高度是60-80mm，接头全长120mm。
（3）固定短节。材质35CrMo，与瓶体充气阀连接螺纹一致M14*1.5长120mm。强度校核：最小拉力载荷为N，气瓶最大自重150kg
3.图纸
根据论证的结构样式最终设计出拆装支架图纸并对工具进行了强度校核，计算出升降接头承受载荷范围。
（三）支架丝杠式专用拆装工具的制造与测试
1.專用拆装装置各零部件的加工（见图1、图2、图3、图4）
2.所加工零部件的强度测试
对加工好的关键部件升降接头进行强度试验，通过试验得到了升降接头的破断拉力为71KN，大于理论数据51.8KN，满足使用。
三、支架丝杠式专用拆装工具的现场应用
在维修检验专用维修装置时，选择40L和80L两种规格的气瓶各5只。设定故障瓶位于固定瓶中间的和外侧的各中不同位置进行试验，如图5、6顺利完成储能器气瓶拆卸工作。通过使用所研制的专用拆卸装置检验，现场检修作业人数由4人可减少到2人;由于所研制的专用装置操作简便，效率得到大幅度提高，完成气瓶拆装作业的时间由原来的4个小时缩短到目前可控制在1小时以内;且消除了检修作业的安全风险。气瓶拆装装置在克拉玛依井控技术服务公司维修车间试验成功后，为满足井场和车间维修使用，增加制作10套在井场和维修车间试验性推广使用。经两年使用拆装装置操作简便、省力，安全性等方面得到了进一步验证。
四、经济效益分析
1.制作成本：3000元
2.维修单只气瓶减少人工费用：人工成本60元/小时（8工时-1.68工时）*60-379.2元
3.每只气瓶维修材料减少损坏费用：200元
车间维修单只气瓶，节约成本（人力379.2+材料200）=579.2元
车间年维修气瓶160只，合计节约成本160*579.2元=9.27万元
现场维修井控装备将引起钻机停工，其小时成本为0.3万元/小时
4.使用拆装装置更换气瓶，钻机停工时间由以前的2小时缩短为1小时，维修单只气瓶将减少钻机停工，节约成本（2-1）*0.2万=0.2万元
5.现场维修单只气瓶，减少成本0.2万+0.356元=0.万
6.现场年维修气瓶90只，共节约90*0.=32.21万元
7.经济效益：使用该工具后车间全年合计节约成本：9.27+32.21-0.3-41.18万元
五、结论
地面控制系统储能器拆卸装置有效解决：了由于没有专用拆卸专业工具造成的检查、修理控制系统拆卸储能器气瓶效率较低，维修人员劳动强度大，而且安全风险较高的难题，为克拉玛依井控技术服务公司创造了可观的经济及社会效益，对石油钻井使用的井控装置维修单位具有借鉴和推广应用价值。
参考文献：
[1]主编：闻邦椿.《机械设计手册》（第五版）第1卷[M.机械工业出版社出版，2018.
[2]李晓斌，全国螺纹标准化技术委员会.《公制、美制和英制螺纹标准手册》（第二版）第1卷[M].中国标准出版社，2009.
查看全文
false