自锁式法兰扳手的设计应用

2022-09-10

油田油、气、水井常用采油 (气) 树法兰间主要依靠双头螺栓连接。当油井维修作业需拆井口时, 通常用扳手背住螺栓的一端螺母, 然后卸掉螺栓另一端的螺母后, 把螺杆从螺孔中抽出来。由于井口承压要求达到25MPa以上, 单颗螺栓的紧固力矩均超过1.5KN﹒m, 采用活动扳手无法卸开。拆螺栓时, 需2-3人同时操作, 其中一人手握活动扳手将双头螺栓的一端螺母背住, 防止扳手脱落, 另一人用榔头敲击死扳手的手柄将螺栓一端的螺母震松, 再用活动扳手将螺母卸掉。井口附近安装有生产流程、井架、抽油机等设施, 使井口操作空间变得十分狭小, 击打扳手过程中, 扳手极易被震落飞出, 增加了操作人员受伤害的几率。由于每次击打均需重新调整扳手位置, 操作过程中, 相互影响, 使劳动效率降低, 影响到后续工序的正常实施。鉴于此, 有必要对井口拆装工具重新设计, 以提高操作的安全性及施工效率。

一、KY65-25采油井口及法兰类型特点

(一) 常用采油井口类型

采油井口是闸门和配件组成的总成。目前石油矿场采油树主要型号有KY25-65采油井口、KYF25-65防盗采油井口、QKZ25/65-50注水井口、KZ35-65高压注水井口、KQ35-65采气井口、KQ35/65-SY5156型搞硫采气井口、DPSC62/30-21偏心井口等。主要作用是悬挂井内生产管柱, 控制、调节井内压力, 改变流体流动方向等作用。其中KY65-25采油井口 (图1) 应用最为广泛[2]。

(二) KY65-25采油井口法兰的特点

KY65-25采油井口符合APIspec6A及SY5127标准规范, 分上法兰和底法兰, 底法兰通过螺纹与套管相连。上法兰装置有总闸门, 并通过螺栓安装在大四通上。

KY65-25采油井口上法兰为6B法兰 (图2) , 螺孔直径33mm, 法兰孔距为Ø260mm×12均布。其作用是安装总闸门, 以控制、调节井内高压油气进入生产流程。当油井维修时, 需将上法兰及总闸门拆除, 以安装防喷器。

二、采油井口法兰拆装操作现状及存在问题

(一) KY65-25采油井口法兰紧固形式

KY65-25采油井口法兰由Ø30mm×185mm的双头螺栓紧固 (表1) , 井口上法兰与大四通间装置钢制密封圈, (图3) 。螺栓紧固力矩不少于1.2KN·m。

当需拆除或紧固法兰螺栓时, 须背住其中一端的螺母。

(二) 井口法兰拆装工具

法兰拆装和紧固工具以套筒扳手、井口死扳手和活动扳手为主。其中, 井口死扳手与榔头配合, 用于法兰螺栓的卸松和紧固, 也做打背螺母使用。活动扳手主要用于松动后的螺母预紧和卸掉。

(三) 井口法兰拆装操作存在问题

井口附近安装有生产流程、抽油机、井架等设施, 使井口操作空间变得十分狭小。而套管旁通管上面对应的4条螺栓, 不仅因为空间受限, 常规扳手无法使用。同时, 套管旁通限制了螺杆向下抽出, 只能单向拆除。拆装法兰螺栓时, 2-3人在井口狭小空间内同时操作, 其中一人用手扶住扳手将双头螺栓的一端螺母背住, 另一人用榔头敲击套筒扳手手柄将螺栓一端的螺母震松后拆除 (或砸紧) 。目前所用扳手无锁定功能, 因此, 当扳手受到击打后极易被震落飞出, 增加了操作人员受到伤害的几率。两人操作, 相互影响, 大大降低了劳动效率。

1-套筒扳手;2-手柄;3-顶丝;4-手柄螺孔;5-锁紧手柄

三、自锁式法兰扳手的设计制作

(1) 自锁式法兰扳手的结构设计。扳手设计主要解决两个问题:一是能在螺母上锁定, 防止被击打过程中飞出;二是能背住螺母, 防止拆装过程中随螺杆转动。自锁式法兰扳手包括套筒扳手、扳手手柄、顶丝和锁紧手柄四部分组成。扳手手柄内加工通孔, 孔内有锯齿开螺纹, 装置有顶丝, 顶丝的作用是通过旋动螺纹前伸, 顶在六角螺母任一立面上, 从而将套筒扳手锁定在螺母上。扳手手柄的作用是, 当扳手锁定在螺母上后, 随螺母栓轴向旋转一定角度, 靠在临近螺栓或法兰立管上, 从而自动背紧螺母, 无需人工手扶扳手及进行螺母背紧操作, 节省人工。扳手手柄长度根据套管旁通位置限定进行优化设计。锁紧手柄的作用是带动顶丝前伸或退出。 (2) 工作原理。使用时, 首先左旋扳手的顶丝手柄, 将顶丝退至螺孔内。将自锁式法兰扳手扣在预拆装螺母上, 右旋顶丝手柄, 使顶丝前伸, 直至顶住螺母立面, 此时, 扳手在螺母上实现自锁动作。用活动扳手旋动双头螺栓的另一端螺母, 从而带动螺栓及下端螺母沿螺栓轴向旋转, 自锁式法兰扳手手柄靠在临近螺栓或法兰立管上, 从而背住螺母, 即可进行螺栓的拆除或紧固操作。 (3) 自锁式法兰扳手的优点。 (1) 自锁式法兰扳手锁定可靠, 杜绝了井口拆装过程中扳手脱落飞出伤人事件; (2) 扳手适合狭小空间内操作, 适应性强, 节省了人工; (3) 改善了井口操作条件, 效率高。

四、现场应用效果

自锁式法兰扳手设计制作完成后, 先后在河口采油厂作业21队、作业15队等修井作业施工现场井口拆装操作中试用, 应用证实, 扳手锁定可靠, 背紧固牢, 达到预期设计目的。2016年4月, 自锁式法兰扳手定型批量加工, 在37个基层施工队现场配备使用, 受到一线工人好评。截止目前, 工具已在4700余井次使用, 创经济效益30余万元。此后, 自锁式扳手在技术创新交流会上被机修车间引进, 在箱体类内部零、部件的拆装等设备维修中得到拓展应用, 受到操作工人好评。

五、结论

(1) 设计应用的自锁式法兰扳手锁定可靠, 解决了井口拆装过程中因震动而松动脱落飞出伤人问题, 改善了井口操作条件, 降低了施工风险; (2) 新工具更适合狭小空间内操作, 井口操作由2-3人减为1人, 不仅节省了人工, 也提高了劳动效率。 (3) 工具改型后, 在箱体等受限空间得到更广泛应用, 推广应用前景好。

摘要：油、气、水井采油井口拆除和安装是修井作业最基本的一项施工工序。文章结合不同类型井口特点, 分析了井口法兰在拆除和安装操作过程中存在的问题, 并根据现场实际操作需求对井口法兰扳手进行了重新设计和制作, 在现场应用中取得良好的使用效果, 新工具可锁定在螺母上并将其背住, 避免了拆装螺栓过程中扳手震落飞出导致的安全隐患, 改善了井口操作条件, 节省了人工, 降低了工人劳动强度, 提高了劳动效率, 有着较高的推广应用价值。

关键词：采油井口法兰,类型,自锁式扳手设计,应用及效果