唐 凡羅有剛姚 洋劉嘉文程 顥王 茜

（1.中國石油長慶油田分公司油氣工藝研究院，陜西西安 710021；2.低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實驗室，陜西西安 710021；3.中國石油長慶油田分公司勘探開發(fā)研究院，陜西西安 710018；4.中國石油長慶油田分公司第五采油廠，陜西西安 710086）

高氣油比油井丟手式防噴管柱

唐 凡1，2羅有剛1，2姚 洋1，2劉嘉文2，3程 顥1，2王 茜4

（1.中國石油長慶油田分公司油氣工藝研究院，陜西西安 710021；2.低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實驗室，陜西西安 710021；3.中國石油長慶油田分公司勘探開發(fā)研究院，陜西西安 710018；4.中國石油長慶油田分公司第五采油廠，陜西西安 710086）

引用格式：唐凡，羅有剛，姚洋，等. 高氣油比油井丟手式防噴管柱［J］.石油鉆采工藝，2015，37（6）：119-121.

針對長慶油田高氣油比區(qū)塊油井在作業(yè)起下管柱過程中出現(xiàn)的油氣溢出井口問題，開展了高氣油比油井防噴工藝技術(shù)研究，依據(jù)井下開關(guān)閥的原理對管柱進行優(yōu)化設(shè)計。該管柱采用懸掛封隔器、旋板開關(guān)和單流密封插管等關(guān)鍵工具，檢泵作業(yè)時旋板開關(guān)關(guān)閉，將地層油氣封堵在封隔器下部，解決了起下管柱過程中油氣溢出井口無法防噴的技術(shù)難題。經(jīng)室內(nèi)測試及現(xiàn)場應(yīng)用，該管柱實現(xiàn)了起下鉆過程中防止地層油氣噴出地面的作用，達到檢泵作業(yè)時防噴的目的。

高氣油比；防噴管柱；旋板開關(guān)；單流密封插管

長慶油田三疊系油藏氣油比在80～120 m3/m3，在油井檢泵作業(yè)時，部分井出現(xiàn)油氣從油管噴出地面的現(xiàn)象，不僅造成了對周邊環(huán)境的污染，還存在一定的安全隱患［1-3］。目前在修井檢泵作業(yè)下管柱過程中主要采用防噴泄油器來防止地層油氣從油管噴出［4-6］，但在起管柱時，因泄油器已打開，與油管內(nèi)外實現(xiàn)了連通，無法再起到防噴作用；而對于地層能量較高且套返的油井進行檢泵作業(yè)時，起鉆因無法防噴，需要在井口放噴泄壓，待放噴后才能進行檢泵作業(yè)，大大影響了油井采油時率；此外，由于結(jié)蠟等原因熱洗井筒時，無洗井保護裝置，易對儲層造成傷害。鑒于此研制了具有防噴、洗井保護、泄油功能的丟手式油井防噴管柱［7-9］，防止檢泵作業(yè)起下管柱過程中油氣噴出地面污染環(huán)境，同時在洗井時防止洗井液進入地層，避免對地層的傷害。

1　油井防噴管柱

1.1管柱結(jié)構(gòu)與工作原理

油井丟手式防噴管柱主要包括管式抽油泵、篩管、單流密封插管、懸掛封隔器、旋板開關(guān)、連通閥和底部球座，如圖1所示。丟手式防噴管柱初次使用，需要兩趟管柱。首先，將球座、連通閥、懸掛封隔器和旋板開關(guān)連接成丟手管柱，將丟手管柱下到預(yù)定位置后，打壓坐封并實現(xiàn)丟手；其次連接生產(chǎn)管柱，將單流密封插管隨生產(chǎn)管柱下入，插入旋板開關(guān)中，打開旋板開關(guān)，實現(xiàn)油層段與懸掛封隔器上部的連通，可實現(xiàn)正常抽油。同時在洗井過程中，通過洗井保護閥及洗井保護皮碗，確保洗井液不會通過油管內(nèi)及插管與旋板開關(guān)間隙污染地層。檢泵作業(yè)時，上提單流密封插管，旋板開關(guān)在強制復(fù)位彈簧的作用下關(guān)閉，將封隔器下部地層油氣封堵，起到防止地層流體溢出井口的作用。

圖1　丟手式防噴管柱結(jié)構(gòu)

1.2技術(shù)指標(biāo)與技術(shù)特點

防噴管柱技術(shù)指標(biāo)：坐封壓力12～15 MPa ；工作壓力15 MPa；工作溫度120 ℃；解封負(fù)荷50～80 kN；適用套管內(nèi)徑?121～?124 mm。

技術(shù)特點：檢泵作業(yè)時，不需動丟手管柱，上提生產(chǎn)管柱，旋板開關(guān)關(guān)閉，將油層段與懸掛封隔器上部封閉；采用機械式開啟與關(guān)閉，開關(guān)性能可靠；洗井時，通過單流密封插管可防止洗井液進入地層造成儲層污染。

1.3關(guān)鍵配套工具結(jié)構(gòu)及原理

1.3.1單流密封插管 單流密封插管主要由洗井保護閥［10］（上接頭、單流閥罩、閥球、閥座）、洗井保護皮碗（皮碗膠筒、中心管、支撐座）、導(dǎo)流插管（導(dǎo)流孔 、導(dǎo)流頂桿）組成，如圖2所示。其工作原理：單流密封插管連接在生產(chǎn)管柱最下段，將導(dǎo)流頂桿插入旋板開關(guān)內(nèi)，打開旋板開關(guān)使其與油層連通，井筒中液體通過導(dǎo)流孔進入懸掛封隔器上部油套環(huán)形空間；洗井時，由于洗井保護閥具有單向流動的特點，洗井液不能通過單向閥進入地層，同時，單流密封插管上的洗井保護皮碗起到密封作用，使洗井液無法通過單流密封插管與旋板開關(guān)之間的間隙污染地層，防止洗井液倒灌入地層。

圖2　單流密封插管結(jié)構(gòu)

1.3.2旋板開關(guān) 旋板開關(guān)主要由上接頭、固定銷座、旋轉(zhuǎn)軸、旋板機構(gòu)、推桿、強制復(fù)位彈簧、下接頭等組成，如圖3所示。其工作原理：旋板開關(guān)上端連接在懸掛封隔器上，單流密封插管中導(dǎo)流頂桿插入旋板開關(guān)內(nèi)，旋板受到導(dǎo)流頂桿的推力，以旋轉(zhuǎn)軸為軸心向下運動，并推動推桿壓縮強制復(fù)位彈簧收縮，使旋板開關(guān)處于打開狀態(tài)，與地層連通；當(dāng)單流密封插管上提起出時，依靠強制復(fù)位彈簧的彈力推動推桿使旋板機構(gòu)復(fù)位，使其處于關(guān)閉狀態(tài)，與地層封閉。

圖3　旋板開關(guān)結(jié)構(gòu)

2　室內(nèi)實驗

2.1實驗?zāi)康募斑^程

（1）旋板開關(guān)下密封性能實驗。主要是驗證旋板開關(guān)關(guān)閉狀態(tài)下，其對下部地層流體的承壓及密封性能，將試壓接頭等連接好，從套管打壓至20 MPa，并穩(wěn)壓5 min，上部篩管不出水，同時停泵后壓力穩(wěn)定不降，說明旋板開關(guān)下密封性能完好。

（2）旋板開關(guān)與單流密封插管打開、關(guān)閉實驗。主要是驗證旋板開關(guān)能否正常打開、關(guān)閉及其密封性能，連接好試壓接頭，從油管打壓15 MPa打開底部連通閥，并在單流密封插管上接小管，插入油管內(nèi)，從套管打壓5 MPa，并穩(wěn)壓不放，給單流密封插管施加下壓噸位，若油管上部小管出水且套壓下降為0，表明旋板開關(guān)打開；上提單流密封插管，將單流密封插管上部小管取出，在油管上部接打壓頭，從油管打壓10 MPa，停泵后壓力穩(wěn)定不降，表明旋板開關(guān)關(guān)閉，同時反復(fù)插拔單流密封插管，觀察彈簧抗疲勞能力。

2.2實驗結(jié)果

室內(nèi)實驗結(jié)果見表1，通過不同壓力條件下，從套管打壓5.2～20.8 MPa，停泵后5 min壓力穩(wěn)定不降，表明旋板開關(guān)下密封性能完好，達到了設(shè)計要求；同時，對單流密封插管反復(fù)進行加壓下放、上提，加壓下放單流密封插管后，單流密封插管上部能正常出水，套壓落0；上提單流密封插管后，從油管打壓10 MPa，停泵后5 min壓力穩(wěn)定不降，表明單流密封插管與旋板開關(guān)配合使用后，旋板開關(guān)打開、關(guān)閉正常可靠，密封性能良好，能夠滿足現(xiàn)場生產(chǎn)需求。

表1　旋板開關(guān)及插管密封器性能實驗數(shù)據(jù)

3　現(xiàn)場試驗

2013年11月在合水油田某檢泵井進行了現(xiàn)場試驗，試驗井完鉆井深1 406.0 m，氣油比86.5 m3/t。該井檢泵前因地層能量高、氣油比大，井口有溢流，起管柱時有井液從油管噴出地面。在地面實施放噴泄壓后下入丟手式防噴工藝管柱，封隔器坐封完畢后驗證了該管柱的防噴效果。

在試驗過程中緩慢下放生產(chǎn)管柱，當(dāng)接近封隔器位置時，下放生產(chǎn)管柱，并從油套環(huán)空隔0.5 h測試液面變化情況，下放管柱后液面逐漸上升，表明旋板開關(guān)已打開，將地層流體與井口連通，可實現(xiàn)正常生產(chǎn)；然后上提管柱，進行起油管作業(yè)，上提管柱后，從油套環(huán)空測試液面，發(fā)現(xiàn)液面基本保持不變，表明旋板開關(guān)關(guān)閉，將地層流體與井口阻斷，同時上提油管30根，在起油管過程中觀察井口，井口無溢流，未出現(xiàn)地層流體溢出井口，起到了防噴效果。

從現(xiàn)場試驗來看，應(yīng)用丟手式油井防噴管柱后，有效解決了起下管柱過程中地層油氣溢出井口的問題，縮短了因井口泄壓造成的修井占井時間，提高了油井開井時率，避免了油氣噴出地面污染環(huán)境，產(chǎn)生了明顯的經(jīng)濟效益和社會效益，達到了預(yù)期效果。

4　結(jié)論

（1）針對高氣油比井作業(yè)存在的問題，研制了單流密封插管、旋板開關(guān)組成的丟手式防噴管柱，解決了高氣油比井檢泵作業(yè)過程中，油氣從油管噴出地面污染環(huán)境的問題。

（2）旋板開關(guān)、單流密封插管通過機械式強啟強閉結(jié)構(gòu)設(shè)計，旋板開關(guān)安全可靠，旋板開關(guān)密封性能良好。單流密封插管通過洗井保護閥及洗井保護皮碗，可以有效防止洗井液污染地層。

（3）丟手式防噴管柱對井口有溢流的檢泵井，節(jié)省了放噴泄壓時間，降低了成本。但在初次施工時，需要兩趟管柱完成，且需要動用泵車來完成懸掛封隔器的坐封，因此在高頻檢泵井使用較為經(jīng)濟。

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（修改稿收到日期 2015-11-10）

〔編輯 李春燕〕

Release-type BOP string for oil wells with high gas-oil ratio

TANG Fan1，2，LUO Yougang1，2，YAO Yang1，2，LIU Jiawen2，3，CHENG Hao1，2，WANG Qian4
（1. Oil & Gas Technology Research Institute of Changqing Oilfield Company，CNPC，Xi'an 710021，China；2. National Engineering Laboratory for Exploration and Deνelopment of Low-Permeability Oil & Gas Fields，Xi'an 710021，China；3. Research Institute of Petroleum Exploration and Deνelopment of Changqing Oilfield Company，CNPC，Xi'an 710018，China；4. NO.5 Oil Production Plant of Changqing Oilfield Company，CNPC，Xi'an 710086，China）

In view of the oil/gas flowing out of the wellhead during pipe tripping in wells in high gas-oil ratio block of Changqing Oilfield，research was conducted on blowout prevention technology for wells with high gas-oil ratio and optimization design was made to the pipe string based on the principle of down-hole switch valve. This pipe string used key tools like suspended packer，vane switch and uniflow sealing intubation. The vane switch is closed during pump inspection，which blocks off the formation oil/gas below the packer，hence solving the difficulty of oil/gas flowing out of the wellhead during pipe tripping. Lab tests and field application show that this pipe string realizes the function of preventing oil/gas from blowing out of surface and achieves the goal of blowout prevention during pump inspection.

high gas-oil ratio； blowout prevention pipe string； vane switch； uniflow sealing intubation

TE931.2

B

1000-7393（ 2015 ） 06-0119-03 doi:10.13639/j.odpt.2015.06.031

唐凡，1980生。2004年畢業(yè)于西安石油大學(xué)油氣儲運專業(yè)，現(xiàn)主要從事采油工藝方面的研究工作。E-mail：tangf_cq@ petrochina.com.cn。