可旋转油管连接头在换套工艺中的研制与应用

徐东,聂柳军,魏建江

摘 要：八面河油田位于东营凹陷南斜坡东段，于1986年投入开发，随着30多年的开发，部分油水井因地表下陷导致油水井套管抬升。为保证油水井正常生产，近年来采油厂通过换套工艺实施降井口工作，在换套工艺实施过程中，通过研制可旋转油管连接头与换套工艺管柱配套使用，很好的完成采油厂降井口工作。本文通过可旋转油管连接头研制及应用效果进行论述，对需要实现井下部分管柱或作业工具在任意位置上转动的要求的工艺具有一定的指导意义。

关键词： 连接头；旋转；换套

１问题的提出

八面河油田经过30多年的开发，部分油水井因地面采卤水引起地表下陷或者环形钢板断裂等诸多问题，导致油水井井口抬升，有些油水井抬升高度达到2米以上，对油水井日常管理及作业施工影响很大，为此采油厂在近几年实施降井口专项工作。在实施降井口工艺中采用倒装式液压钳及其配套工具串，要求第二根套管节箍承力不转，第一根套管随倒装式液压钳及其配套工具串转动进行旋转并拆卸第一根套管。这就要求第一根套管内封隔上部工具串要在任意位置上实施转动，而下部固定的第二根套管不进行转动，否则若不能转动，无法用液压钳对地表第一根套管进行旋转拆卸。

为解决第一根套管内封隔器卡死固定，而封隔器上部工具串能在任意位置上实施转动，倒装式液压钳可灵活旋转第一根套管这一技术问题，让换套工艺顺利实施，我们采取攻关，研制出一种可旋转的油管连接头。

２　创新技术

2.1　技术原理

为实现封隔器上部工具串能在任意位置上实施转动的目的，同时减少封隔器损伤井下工具、套管及油管柱，缩短换套作业时间，提高一次换套成功率，研制出一种井下辅助性可旋转的油管连接头，该装置设计小巧，安装方便，可在直井、斜井中实现油管、井下工具在管柱任意位置上转动的目的，且承压、旋转性能突出。

装置主要包括上接头、固定销、连接套、限位连接环、密封槽、下接头等部分组成。其可旋转的油管连接头分为上接头与下接头，其中上、下接头均采用油管扣螺纹连接。在下接头上方位置设计一限位连接环，限位连接环可连接上接头与下接头，并让其连接套在限位连接环的限制下在其内部可做轴向旋转运动，同时连接套与上接头下部通过若干固定销连接，固定销主要用以承受上接头工具串承重。可旋转的油管连接头下接头上方设计有密封槽，达到承压效果。（图1）

1.上接头,2.定位销,3.连接套,4. 限位连接环,5. 密封槽,6.“O”型密封圈，7.下接头

图 1  可旋转的油管连接头装配图

当上接头安装旋转工具串后，倒装式液压钳进行倒装卸扣，下接头下方安装锚定器对第二根套管进行锚定，在倒装式液压钳反向卸扣过程中，上接头进行旋转，下接头在限位环的作用下，在其环内进行轴向旋转，保证上部旋转管柱进行旋转，而下方锚定器锚定的第二根套管不转动，完成第一根套管的拆卸工作。

2.2　技术方案和安装方式

2.2.1　技术方案

一种可旋转的油管连接头为保证其旋转灵活及可靠性，在各部位设计时进行技术方案论证及优化工作，具体内容如下：

（1）在下接头上方位置设计一限位连接环，限位连接环与连接套下方台阶部位相配合，当油管连接头整体承力，管柱上方需要转动时，上接头带动连接套，连接套下方卡在限位连接环内做轴向旋转运动，达到旋转目的。

（2）在下接头上方位置设计一限位连接环，限位连接环与连接套下方台阶部位相匹配合，当油管连接头下方管柱承力而油管连接头整体不承力，管柱上方需要转动时，连接套下方台阶卡在限位连接环内做轴向旋转运动，达到旋转目的。

（3）在连接套下方设计一凸口台阶，与上接头下端面、下接头限位连接环底端面进行契入配合，达到限位转动的目的。

（4）在油管连接头上接头与连接套通过若干固定销固定在上接头，实现油管连接头上、下连接形成一整体。

（5）在下接头上方设计一深度的限位连接环槽口，限位连接环槽口端面与上接头下端面共同作用，将连接套下方台阶与之相契入，达到限位功能。

（6）在下接头上方设计有密封槽口，采用“O”型密封圈，使上接头与上接头连接处密封，达到承压目的。

（7）在通径方面，可根据管柱要求上接头及下接头径可设置成异径，即上接头可连接21/2"平式油管、21/2"加大油管或者3"油管，下接头也可连接21/2"平式油管、21/2"加大油管或者3"油管，也可上接头连接21/2"平式油管或者21/2"加大油管，下接头连接3"油管。

2.2.2　安装方式

安装装置时（见图1），下接头（7）与井下工具或井下管柱丝扣连接，将 “O”型密封圈（6）装到下接头(7)密封槽（5）口处，将连接套（3）从下接头（7）上方套入限位连接环（4）端面处，再将上接头（1）插入下接头（7）与连接套（5）中间处，在将上接头（1）与连接套（3）用固定销（2）连接紧固，上接头（1）与井下工具或井下管柱丝扣连接，然后在整体下入油水井中。

2.2.3  技术参数

长度：设计长度为300mm

油管连接头通径：适用于21/2平式油管、21/2加大油管、3"油管

承重：下接头设计最大承重为10吨

承压：设计承压为15MPa

3　现场应用效果

2019年7月在北部油区广8-X19井进行实验，实验过程中，完成了倒装液压钳、配套工具串、旋转连接头及下部锚定器的连接工作，并进行了试压合格下井。倒装液压钳及配套工具串能顺利完成卸扣工作，旋转连接头下部套管不随上部套管转动面转动。工具取出后，各连接工具串完好，旋转连接头无任何损坏现象，限位连接环及固定销完好，无任何磨损问题，旋转连接部位完好。通过北部油区广8-X19井实验，较好的完成了该井的换套工作，为后续全厂推广此项工作打下坚实基础。

在2020年全厂展开降井口专项工作，截止目前清河采油厂已实施降井口工作117井次，采用该项成果后，保证井口降套工艺顺利实施，一次降井口成功率100%，解决了下井封隔器一端固定，而封隔上部工具串能在任意位置上实施转动这一技术问题。同时该项成果也在其它油水井措施工序中得到应用，实现井下部分管柱或作业工具在任意位置上转动的目的，缩短作业工序时间，减轻工人劳动强度，大幅提升作业施工效果。

4  结论

通过一种可旋转的油管连接头研制及应用有效解决了下井封隔器一端固定，而封隔上部工具串能在任意位置上实施转动这一技术问题，同时也为直井、斜井作业施工中实现油管、井下工具在管柱任意位置上转动的目的，且承压、旋转性能突出，可有效减少井下工具、套管及油管柱损伤，缩短作业工序时间，减轻工人劳动强度，大幅提升作业施工效果。

参考文献：

[1] 曹佳.油管头金属密封技术的应用现状及优缺点分析[J].机械工程师.2018第9期

作者简介：徐东（1981—），男，大专，高级技师，现从事采油现场培训、创新等工作。