旺建立

（中國(guó)石油大慶油田有限責(zé)任公司第二采油廠(chǎng)，黑龍江大慶163414）

1 問(wèn)題的提出

隨著油田開(kāi)發(fā)的不斷深入，對(duì)環(huán)境及油層的保護(hù)問(wèn)題越來(lái)越受到重視，不壓井技術(shù)得到了很大發(fā)展，但仍存在許多不完善的地方，油管斷脫后的不壓井問(wèn)題目前一直沒(méi)有很好的解決方案。統(tǒng)計(jì)大慶油田采油二廠(chǎng)薩南油田2010年檢泵作業(yè)，抽油機(jī)井共發(fā)生油管斷脫92井次，占檢泵井總數(shù)的4.92%，螺桿泵井共發(fā)生油管斷脫48井次，占檢螺桿泵作業(yè)井總數(shù)的7.45%，電泵機(jī)組發(fā)生斷脫15井次，占檢電泵總數(shù)的8.79%。當(dāng)油管、井下工具斷脫時(shí)，所有的井下開(kāi)關(guān)都失去了密封油管、套管的作用。2005年開(kāi)始試驗(yàn)應(yīng)用空心橋塞不放噴工藝管柱676 井次，一次不壓井成功率99.4%，二次作業(yè)97 井次，其中有5 口井底閥關(guān)閉不嚴(yán)，二次不壓井成功率94.8%，但三次、四次不壓井作業(yè)時(shí)，由于工具的磨損或腐蝕頻繁出現(xiàn)底閥關(guān)不嚴(yán)，丟手管柱下滑、上移、掉井和生產(chǎn)井自動(dòng)關(guān)井等技術(shù)問(wèn)題。針對(duì)上述問(wèn)題，2011年開(kāi)展了與空心橋塞配套的大排量泵油管斷脫不壓井作業(yè)技術(shù)研究，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用取得了良好效果。

2 原不放噴工藝管柱原理及存在問(wèn)題

大排量泵不壓井工藝技術(shù)主要解決大排量泵井因井底壓力大、井口控制器易失效造成的井噴問(wèn)題，主要應(yīng)用在日產(chǎn)液在80 t以上，井噴、井涌及預(yù)測(cè)以后會(huì)井噴的抽油機(jī)井、螺桿泵井及電泵井上。不放噴工藝管柱采用空心橋塞、底閥和捅桿配套組成的專(zhuān)用工藝管柱，管柱結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 不放噴工藝管柱示意圖

2.1 工作原理

不放噴工藝管柱由空心橋塞、底閥和自扶正捅桿配套組成，用27／8TBG 油管聯(lián)接空心橋塞、防噴底閥下井到設(shè)計(jì)位置，向油管內(nèi)注水打壓，當(dāng)壓力達(dá)到18～22 MPa，即可實(shí)現(xiàn)丟手，如果未丟手，穩(wěn)壓25 MPa上提管柱即可丟開(kāi)，完成座封座卡。提出送封工具，用油管聯(lián)接捅桿、抽油泵形成的采油工藝管柱下入到底閥內(nèi)腔頂開(kāi)滑套開(kāi)關(guān)，油管與油層連通，油井正常生產(chǎn)。二次作業(yè)起泵時(shí)捅桿強(qiáng)制提回防噴底閥滑套，底閥關(guān)閉封隔油層，實(shí)現(xiàn)大排量泵井全程不壓井作業(yè)。解封時(shí)用油管聯(lián)接專(zhuān)用打撈錨，下井至空心橋塞位置抓鎖魚(yú)頂，上提即可解封。

2.2 存在不足

目前大慶油田采油二廠(chǎng)應(yīng)用的空心橋塞不放噴工藝管柱在大排量泵不壓井作業(yè)中占有較大的地位，不壓井成功率99.4%，基本能滿(mǎn)足不壓井作業(yè)的需要，但在應(yīng)用過(guò)程中暴露出一些問(wèn)題，主要有以下兩方面不足。

（1）功能單一。當(dāng)油管、井下工具斷脫時(shí)，防噴底閥的滑套開(kāi)關(guān)無(wú)法關(guān)閉，空心橋塞不放噴工藝管柱失去了密封油管、套管的作用；在二次不壓井作業(yè)時(shí)如果空心橋塞底閥關(guān)閉不嚴(yán)，不放噴工藝管柱同樣起不到密封油套空間的作用。

（2）錨定力差?？招臉蛉哪z筒、卡瓦是靠上下錐體自鎖角保證其密封和錨定效果，因大排量泵井產(chǎn)量高，井底壓力大、管柱所受扭力大，在生產(chǎn)過(guò)程中易出現(xiàn)丟手管柱下滑、上移、掉井和生產(chǎn)井自動(dòng)關(guān)井等技術(shù)問(wèn)題。

3 不放噴管柱結(jié)構(gòu)及主要配套工具設(shè)計(jì)

3.1 油管斷脫不放噴工藝管柱結(jié)構(gòu)

油管斷脫不放噴工藝管柱主要由空心橋塞、捅桿（油管斷脫防噴閥）、密封短接、防噴底閥組成，隨作業(yè)下入井內(nèi)，油管斷脫時(shí)靠油管的重力和慣性力使工具實(shí)現(xiàn)關(guān)閥。

3.2 主要配套工具設(shè)計(jì)

3.2.1 空心橋塞

（1）空心橋塞主要結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 空心橋塞結(jié)構(gòu)示意圖

（2）改進(jìn)之處。一是根據(jù)三點(diǎn)確定一平面的幾何原理，把原工具上、下錐體的四個(gè)卡瓦片改為三個(gè)，并將卡瓦片的軸向交叉分布變?yōu)檩S向?qū)ΨQ(chēng)分布，使其卡瓦受力均勻，增加了卡瓦片的曲率半徑，減小了卡瓦與錐體的配合錐度，使工具上、下兩組瓦片在工作過(guò)程中縱、橫向上受力更趨合理，從而提高了空心橋塞卡瓦錨定機(jī)構(gòu)的錨定力。二是為解決生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的丟手管柱下滑、上移、掉井和自動(dòng)關(guān)井等技術(shù)問(wèn)題，在空心橋塞內(nèi)部設(shè)計(jì)一套步進(jìn)鎖定機(jī)構(gòu)取代以往靠錐體自鎖角保證座封效果的辦法，該機(jī)構(gòu)只能單向鎖定，在鎖死后只有在解封銷(xiāo)釘剪斷后，步進(jìn)鎖定機(jī)構(gòu)的限位裝置打開(kāi)才能解鎖，有效解決了工具座封座卡不嚴(yán)的問(wèn)題。三是在空心橋塞和底閥之間連接一個(gè)1 m 長(zhǎng)的密封短接，短接內(nèi)徑與捅桿中部密封膠圈組成的密封段配合，當(dāng)捅桿插入底閥頂開(kāi)滑套打開(kāi)閥孔，油路暢通，密封膠圈封住短接中心管與捅桿之間通道。

（3）工藝原理。用油管將空心橋塞下到井內(nèi)設(shè)計(jì)深度，向油管內(nèi)打壓，液壓通過(guò)中心管上的傳壓孔進(jìn)入密封機(jī)構(gòu)的活塞腔，并推動(dòng)活塞下行壓縮膠筒使膠筒徑向擴(kuò)張，密封油套管環(huán)形空間。同時(shí)，錨定機(jī)構(gòu)的定位銷(xiāo)釘在膠筒下壓力的作用下被剪斷，錨定機(jī)構(gòu)的上錐體右行，將卡瓦脹出，卡瓦錨定于套管內(nèi)壁，膠筒壓縮封隔環(huán)腔，當(dāng)壓力達(dá)到16 MPa時(shí)，卡瓦錨定牢固，膠筒脹封完成，步進(jìn)鎖定機(jī)構(gòu)鎖住。當(dāng)壓力達(dá)到18～22 MPa時(shí)，座封剪釘剪斷，送封工具與工具丟開(kāi)。

（4）主要技術(shù)參數(shù)：外徑114 mm，長(zhǎng)度1 756 mm，內(nèi)徑58 mm；座封壓力22～25 MPa，解封力60～90 kN。

3.2.2 防噴底閥

（1）防噴底閥主要結(jié)構(gòu)如圖3所示。

（2）工藝原理。防噴底閥的改進(jìn)之處是在上接頭和護(hù)套之間設(shè)計(jì)了密封橡膠。起出空心橋塞送封工具后，下入由抽油泵連接防噴捅桿組成的工藝管柱，下入到防噴底閥內(nèi)腔頂開(kāi)滑套開(kāi)關(guān)，進(jìn)液通道打開(kāi)，密封橡膠封住底閥中心管與捅桿之間通道，然后坐封井口，進(jìn)行正常生產(chǎn)。當(dāng)需熱洗清蠟時(shí)，可不動(dòng)管柱直接反洗井即可達(dá)到熱洗的目的。當(dāng)再次作業(yè)起泵時(shí)，防噴捅桿強(qiáng)制帶回滑套開(kāi)關(guān)，底閥關(guān)閉封隔油層，實(shí)現(xiàn)不放噴作業(yè)施工。

（3）主要技術(shù)參數(shù)。外徑104 mm，長(zhǎng)度776 mm，內(nèi)徑54 mm，試驗(yàn)壓力25 MPa。

3.2.3 防噴捅桿（油管斷脫防噴閥）

（1）結(jié)構(gòu)。防噴捅桿主要結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖3 防噴底閥結(jié)構(gòu)示意圖

圖4 正常生產(chǎn)時(shí)捅桿工作示意圖

（2）改進(jìn)之處。一是在捅桿上部設(shè)計(jì)油管斷脫防噴閥，在捅桿中部設(shè)計(jì)由密封膠圈組成的密封段。油管斷脫時(shí)靠油管的重力和慣性力實(shí)現(xiàn)防噴閥關(guān)閉，中部密封段封住密封短接中心管與捅桿之間通道，實(shí)現(xiàn)不壓井作業(yè)。二是在捅桿的油管斷脫防噴閥下面設(shè)計(jì)有防護(hù)墊，由于材質(zhì)硬度不同起到了減震作用，對(duì)空心橋塞的解封頭起防護(hù)作用，并增加了捅桿主體上出液孔個(gè)數(shù)和進(jìn)油通道的過(guò)流面積。

（3）工藝原理?？招臉蛉⒎绹姷组y下井到設(shè)計(jì)位置，實(shí)現(xiàn)座封座卡丟手后，將帶有油管斷脫防噴閥的捅桿下入到防噴底閥腔內(nèi)頂開(kāi)滑套，（此時(shí)防噴底閥處于打開(kāi)狀態(tài)，油管斷脫防噴閥處于關(guān)閉狀態(tài)。）然后上提距在200～800 mm 之間封閉井口，封油管，打套管壓1～5 MPa，壓力作用在進(jìn)油管上端面，進(jìn)油管在彈簧彈力和套壓共同作用下下行，油管斷脫防噴閥打開(kāi)，此時(shí)油管與油層連通，油井正常生產(chǎn)。

（4）主要技術(shù)參數(shù)。剛體外徑112 mm，長(zhǎng)度4 150 mm，內(nèi)徑45 mm；開(kāi)閥壓力5 MPa。3.3 技術(shù)特點(diǎn)

（1）空心橋塞設(shè)有抗阻機(jī)構(gòu)，遇阻不座封，并設(shè)有步進(jìn)鎖定機(jī)構(gòu)，座封牢固可靠，可達(dá)到下壓差25 MPa，能有效防止丟手管柱下滑、上移、掉井和自動(dòng)關(guān)井。

（2）針對(duì)空心橋塞的防噴工作原理和原有捅桿功能不完善的地方，重新設(shè)計(jì)的防噴捅桿增加了油管斷脫防噴閥，在油管重力作用下能自動(dòng)關(guān)閥，可防止油管斷脫后小修作業(yè)時(shí)井口溢流。

（3）作業(yè)時(shí)發(fā)現(xiàn)空心橋塞底閥關(guān)閉不嚴(yán)或誤操作發(fā)生井噴時(shí)可以先下放油管關(guān)閉油管斷脫防噴閥再進(jìn)行作業(yè)施工。

（4）在上提管柱油管斷脫防噴閥打不開(kāi)情況下向套管打壓可以開(kāi)啟防噴閥。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

截止2011年底，油管斷脫不放噴工藝管柱共計(jì)完成10口井的可行性現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，不壓井作業(yè)成功率100%。此技術(shù)于2011年3月20日首次在N6-21-P48井進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。首先將空心橋塞連接在丟手管柱的下部，下到設(shè)計(jì)深度，然后投放鋼球逐步打壓到22 MPa，工具完成座封座卡丟手過(guò)程，觀(guān)察套管溢流量的變化情況，套管溢流量由大到小最后停止，說(shuō)明膠筒密封可靠；再次下放管柱驗(yàn)證工具卡瓦錨定性能，工具無(wú)位移，說(shuō)明卡瓦錨定可靠；起出丟手管柱下生產(chǎn)管柱，套管出現(xiàn)溢流，說(shuō)明防噴捅桿順利捅開(kāi)底閥滑套開(kāi)關(guān)，下放管柱，油管溢流消失，表明油管斷脫防噴閥關(guān)閉，以上動(dòng)作均一次成功。措施井投產(chǎn)后，日產(chǎn)液98 t，日產(chǎn)油11.3 t，工作正常。

試驗(yàn)結(jié)果表明：空心橋塞的卡瓦在套管內(nèi)壁的錨定力達(dá)到了設(shè)計(jì)的技術(shù)指標(biāo)要求，工具在井下能夠順利完成工具錨定，膠筒密封、管柱丟手的各項(xiàng)規(guī)定動(dòng)作，且開(kāi)關(guān)動(dòng)作靈活好用，下放管柱模擬油管斷脫情況，捅桿防噴閥關(guān)閉，油管無(wú)溢流，充分證明該工藝技術(shù)思路及方案是正確和可行的，該技術(shù)可在大排量泵油井大面積推廣應(yīng)用。