燃气动力压力焊封堵器的设计探究

高俊伟

摘要：油气套管使用年限的增加，再加上酸性物质的腐蚀作用，套管破损的现象是经常会出现的，需要通过套管修复技术补修套管，从而使燃气动力压力装置能够顺利应用。本文将要阐述的燃气动力压力焊封堵器的设计，应用的主要作用是完成井下套管补修作业，如今该项设计已经被广泛应用，并且套管修复的效果是非常良好的。

关键词：燃气；动力压力焊封堵器；设计；探究

燃气动力压力焊封堵器主要是应用于油气开采的套管修复工程当中。套管作为开采环节中非常重要的设备，如果套管出现破损问题将会严重影响油气的质量，需要及时进行修复，经过多年的研究，推出了多种套管封堵技术。燃气动力压力焊封堵器的应用原理较为简单，修复套管的效果和效率都是非常高的，因而对燃气动力压力焊封堵器设计进行研究非常有必要。

1 燃气动力压力焊封堵器设计的价值

在井下作业的过程中，需要依靠套管完成注水和开采施工，而套管破损成为影响油气开发工程质量的重要因素，人们针对这一问题展开了研究，包括对套管破损的预防技术和修复技术的研发。但是在实际的油气开发过程中预防措施的应用效果甚微，因而人们将研究的重心转向了修复技术的研究，燃气动力压力焊封堵器就是修复技术研发生成的产物。燃气动力压力焊封堵器是利用火箭固體推进剂燃烧生成的气体为动力，推动套管的补贴管，使补贴管膨胀，直至全部贴合在外层破损的套管上，从而完成套管的修复。因而燃气动力压力焊封堵器设计是具有实际的价值的。

2 燃气动力压力焊封堵器的设计

2.1 动力源设计

燃气动力压力焊封堵器设计当中动力的产生是非常关键的，动力使用不当或动力不足都会影响最终补贴管贴合的效果。对于套管的修复，补贴管需要慢慢的膨胀完成贴合操作，如果动力推动速度过快、过大很有可能造成补贴管的损坏。因而选用的动力源需要满足动力充足、释放速度较慢、稳定性强等条件。经过长期的实验研究，最终选择了火箭固体推动剂作为主要的动力源。

2.2 缓冲悬挂装置设计

燃气动力的产生是需要将推动剂点燃的，在动力发射的瞬间会有较强的冲击力，需要对冲击力进行控制，否则冲击力过大会导致补贴管有破洞出现。因而在燃气动力压力焊封堵器当中设计了缓冲悬挂装置，作用是代替补贴套管接收冲击力的力量，使动力气体能够稳定、舒缓的推动补贴管前进。该装置是由滑管和滑套组成，当冲击力出现时通过伸缩将力的作用化解掉。

2.3 动力传动装置设计

动力传动装置的作用是将动力源产生的高温高压气体转化为机械能。主药柱燃烧后产生的高能气体通过气道在活塞里运动，气体积聚膨胀，在活塞根部受阻后在反作用力的推动下对一级和二级活塞产生向上作用力，活塞向上运动，把作用力传输于中心拉杆，通过调整中心拉杆及调整套的导向作用，最后把这个力平稳的传递给拉杆，使上、下椎锚相向运动，将轴向的拉力转换成径向的压力，完成对套管的补贴，随着作用力的逐渐加大，到达设计拉力40t后，解卡释放装置中释放套的最薄弱处将被拉断，一级、二级活塞继续上行，进行到活塞泄压口处，气体压力就能够释放。

想要实现动力的有效传输，在设计的过程中需要满足以下条件：首先，要保证动力源转化生成的动力气体，推动力大于其他作用力效果，在推动补贴管的过程中其他方向的作用力也是存在的，因而主要推动力的作用必须要大于其他力的作用，才能保证整体里的作用是向着推动力方向进行的。其次，在推动力进行的过程中必须在密闭的环境中，如果气体泄漏，推动力减小，补贴管无法顺利膨胀。最后，燃气动力压力焊封堵器动力传输装置需要有耐高温的性能，火箭推动剂燃烧生成的气体温度非常高，装置需要保证在长期高温状态下正常运行。

2.4 补贴管的设计

补贴管的设计也是非常关键的，井下作业的环境非常特殊和艰巨，在油气开采的过程中，对套管施加的压力较大，井下环境当中也有强酸性的物质对套管进行腐蚀，补贴管材质的选择就尤为重要。因而补贴管需要有较高的强度，并且能够耐腐蚀，现阶段燃气动力压力焊封堵器的设计逐渐成熟，从众多符合补贴管性能的钢管材料当中选取20Cr型号作为补贴管的主材料。经过研究实验证明该型号材质钢管制成的补贴管强度和耐腐蚀性都满足井下作业对套管的要求，目前补贴管的规格为壁厚0.5cm，外直径0.59cm。

2.5 锥锚和密封结构设计

2.5.1 锥锚的设计

锥锚的设计需要保证补贴套管在力的作用下，完整的贴合到外层套管壁上，并使贴合钢管完全变形，保持固定的贴合状态，因而锥锚设计最主要的考量因素就是力的作用效果。在密闭的环境当中锥套与锚体在力的作用下会产生直接的接触，而锥锚设计要选择最适宜的角度，使两者在接触的那一刻所产生的力的方向和大小能够使钢管补贴套膨胀的方向是向着外部套管的，从而保证锥套完全固定在外层套管内壁上。

2.5.2 密封结构设计

密封结构的设计作用就是保证补贴管受动力源推动进行贴合操作期间，环境是密封的，防止气体泄漏。现阶段，燃气动力压力焊封堵器密封结构是设计在锚体和补贴管之间的，采用的是黄铜材质的密封材料，黄铜具有较强的隔离性，气体无法渗透出黄铜材料当中，从而保证了套管修复环境的密封性，目前密封结构的形式主要有阶梯型和直筒型两种，这两种应用的效果都极佳。

2.5.3 释放装置的设计

释放装置是负责在燃气动力压力焊封堵器完成补贴套贴合后，完整的将装置撤离的结构，要保证对补贴套没有任何影响的状态下将装置取出。近些年，相关专业人员经过多次研究和实验，将释放装置设计成环形的圆弧槽结构，使撤离时力的作用最小化，最大幅度的降低了释放装置期间对补贴套的影响。已经可以实现，在完全不影响补贴套贴合状态的基础上，将燃气动力压力焊封堵器完全撤离出来。

3 结语

燃气动力压力焊封堵器装置在我国油气开采套管修复施工当中应用非常的广泛，经过本文的分析与介绍，可以得知燃气动力压力焊封堵器应用的效果已经趋于成熟，各项结构的设计质量和性能都是经得起推敲的。保证了套管修复质量，从而促进油气开采工程质量与效率的提升。

参考文献：

[1]赵弘，胡浩然.管内封堵器不同封堵状态的流场分析[J].油气储运，2016，35（10）：1060-1065.

[2]张玉涛.深水管道内封堵快速回接技术研究[D].哈尔滨工程大学，2015.

（作者单位：中国市政工程工程东北设计研究总院有限公司新疆分公司）