萬宏春，李艷飛，孫 旭

（1. 中海油能源發(fā)展股份有限公司上海工程技術公司 上海 200335；2. 中海石油（中國）有限公司上海分公司，上海 200335）

采油樹背壓閥通過送取工具被安裝在油管掛中[1]，將整個流通通道截斷，達到安全控制油管內(nèi)流體壓力的目的。背壓閥通?？捎糜诓捎蜆湔w試壓、臨時封井、更換采油樹閥門等工作。

目前，背壓閥取送工具分為帶壓取送工具和不帶壓取送工具兩種[2]。根據(jù)現(xiàn)場使用經(jīng)驗總結，常規(guī)背壓閥帶壓取送工具存在以下兩大缺點。

一是：常規(guī)帶壓取送工具結構設計操作窗，在操作窗內(nèi)使用摩擦扳手對提升桿進行轉(zhuǎn)動，由于操作窗空間狹小，提升桿屬于特殊材質(zhì)，外表面為光滑密封面，采用摩擦扳手對提升桿進行轉(zhuǎn)動時，常出現(xiàn)摩擦扳手打滑、操作不便等現(xiàn)象，僅靠摩擦扳手無法實現(xiàn)大扭矩的傳遞，耗時費力；若遇背壓閥與油管掛螺紋連接較緊的情況，甚至造成摩擦扳手斷裂的情況發(fā)生。且因常規(guī)帶壓取送工具設計了操作窗，工具長度較長，導致操作窗離地面位置較高，不方便工作人員操作，存在安全隱患。

二是：常規(guī)背壓閥取送工具頭分別設置，都是相互獨立的兩個部件，取送背壓閥時需要更換不同的工具，尤其當新人操作時，容易將送入和取出工具頭混淆。送入背壓閥時采用送入頭，背壓閥送入安裝完成后，需要拆卸送入頭，更換為取出頭，才能再次取出背壓閥，現(xiàn)場拆卸安裝極不方便，影響現(xiàn)場作業(yè)進度。且常規(guī)背壓閥送入頭只依靠兩個彈珠和背壓閥固定，下放過程中可能會出現(xiàn)背壓閥脫落的情況，極大增加井控風險。

1 新型帶壓取送一體化工具結構及工作原理

針對常規(guī)背壓閥帶壓取送工具在實際使用過程中出現(xiàn)的一些問題，設計了一套新型帶壓取送一體化工具[3]，主要包括新型帶壓取送裝置及取送一體工具。

1.1 新型帶壓取送裝置結構及原理

新型背壓閥帶壓取送裝置主要包括：防噴盒堵頭、進壓管線、防噴管、限位鍵、提升桿、手輪、旋轉(zhuǎn)頭、密封單元、壓力監(jiān)測表、轉(zhuǎn)換接頭和背壓閥取送頭（圖1）。

該工具結構原理為：通過轉(zhuǎn)換接頭與采油樹帽相連接，采用手壓泵對防噴管頂端進壓管線打壓，在壓差作用下，提升桿向下伸出，提升桿靠限位鍵與防噴管內(nèi)凹槽滑動連接，打壓將提升桿送至油管掛底端之后。手輪轉(zhuǎn)動防噴管，防噴管連接提升桿，帶動提升桿一起旋轉(zhuǎn)，從而帶動下部取送一體工具及背壓閥跟著轉(zhuǎn)動，對背壓閥進行取送。

新型帶壓取送裝置旋轉(zhuǎn)頭與轉(zhuǎn)換接頭采用軸承進行連接[4]，旋轉(zhuǎn)頭帶動防噴管可在轉(zhuǎn)換接頭內(nèi)自由旋轉(zhuǎn)。通過采用兩組密封單元將旋轉(zhuǎn)頭旋轉(zhuǎn)機構進行壓力隔絕，保證提升桿在上下移動時壓力不竄至旋轉(zhuǎn)頭內(nèi)部。設計上下兩組壓力表，用以觀察井內(nèi)壓力及防噴管內(nèi)壓力，確保在帶壓作業(yè)過程中上下壓力平衡。

該新型帶壓取送裝置技術特點在于采用旋轉(zhuǎn)頭及手輪代替操作窗及摩擦扳手，使用過程中手輪轉(zhuǎn)動提升桿，提升桿與手輪之間靠限位鍵來連接，靠轉(zhuǎn)動手輪可以傳遞更大的扭矩，在背壓閥與油管掛連接扣較為緊密時，取出背壓閥時效果更好。新型帶壓取送裝置取消了操作窗，工具在長度設計上進行了縮短，帶壓取送裝置連接采油樹帽之后，操作手輪離地面更近，更利于工作人員進行操作，安全性更強。

1.2 取送一體工具結構及原理

新型背壓閥取送一體工具結構主要包括：取送一體工具本體、圓柱銷、止動螺釘、螺紋滑塊、底部接頭等（圖2）。

圖2 新型背壓閥取送一體化工具頭

取送一體工具本體分為前端、中部及尾端，前端設置上接頭，前端側面設置螺紋滑塊，螺紋滑塊可在前端側面上自由滑動，在螺紋滑塊上設置鍵，鍵設置在螺紋滑塊外部邊緣，且鍵與螺紋滑塊滑動連接。上接頭套接在前端，在上接頭側面設置銷釘將上接頭與前端予以固定。在本體中部設置突出部，中部與突出部通過圓柱銷插接固定，圓柱銷與突出部通過止動螺釘固定。在前端側面前部設置垂直于其長度方向的通孔，在通孔內(nèi)設置彈珠，彈珠設置兩組，兩組彈珠之間設置彈簧，在螺紋滑塊的內(nèi)表面前部上設置凹槽，凹槽的大小與彈珠相匹配，當螺紋滑塊運動至彈珠處，彈珠卡入螺紋滑塊設置的凹槽內(nèi)，將螺紋滑塊予以固定。

該工具結構原理為：

（1）送入背壓閥時，將取送一體工具插入背壓閥，使螺紋滑塊螺紋和背壓閥內(nèi)部螺紋相連，正轉(zhuǎn)取送一體工具，螺紋滑塊螺紋旋入背壓閥內(nèi)螺紋上，當螺紋上緊后，推壓取送一體工具或背壓閥，選擇最佳位置，將螺紋滑塊和取送一體工具本體上的彈珠固定，并且使取送一體工具圓銷柱插入背壓閥本體的U 型槽中，這樣轉(zhuǎn)動取送一體工具就可以帶動背壓閥一起旋轉(zhuǎn)，將背壓閥安裝到油管掛內(nèi)。

（2）取出背壓閥時，無需更換工具接頭，將取送一體工具插入背壓閥，順時針旋轉(zhuǎn)新型帶壓取送裝置手輪，由于背壓閥外螺紋為反扣，繼續(xù)正轉(zhuǎn)取出背壓閥。

該取送一體工具將常規(guī)背壓閥取、送工具頭集成一體，既可用于背壓閥的送入，也可用于背壓閥的取出。在整個送入、取出背壓閥作業(yè)過程中，現(xiàn)場只需一次安裝，無需拆卸更換，減少現(xiàn)場工作量，加快現(xiàn)場作業(yè)進度。且在背壓閥送入時，取送一體工具和背壓閥通過螺紋連接，避免背壓閥在取送過程中脫落的風險，增加井控安全。

2 室內(nèi)性能評價測試

測試新型帶壓取送裝置與采油樹帽連接匹配良好，取送一體化工具與背壓閥連接匹配可靠，銷釘安裝準確；測量帶壓取送裝置、提升桿、取送一體工具內(nèi)外徑、長度等關鍵數(shù)據(jù)。室內(nèi)進行新型帶壓取送裝置上下密封單元壓力測試試驗、提升桿伸縮試驗、帶壓工況下背壓閥送入和取出試驗。

2.1 新型帶壓取送裝置壓力測試試驗

試驗流程：將新型帶壓取送裝置一端轉(zhuǎn)化接頭與盲板進行連接，同時在盲板法蘭另一端連接6.35 mm 液壓控制管線，液壓控制管線和68.95 MPa 手壓泵進行連接（圖3）。

圖3 壓力測試示例圖

試驗步驟：通過手壓泵進行打壓，在壓力3.45、6.89、20.68、34.47 MPa 工況下，關閉截止閥，觀察2 號、3 號壓力監(jiān)測表壓力變化及工具外端有無氣體泄漏現(xiàn)象。

試驗結果：通過反復三次實驗，2 號及3 號壓力表壓力穩(wěn)定，證明該帶壓取送裝置下單元密封性能可靠（表1）。

表1 壓力測試表

2.2 新型帶壓取送裝置提升桿伸縮試驗

試驗流程：將新型帶壓取送裝置用兩臺支撐架夾裝平穩(wěn)，在防噴管頂端連接6.35 mm 液壓控制管線，液壓控制管線和68.95 MPa 手壓泵進行連接（圖4）。

試驗步驟：通過手壓泵打壓，觀察提升桿從帶壓取送裝置伸出情況、提升桿推到底部后，繼續(xù)打壓至3.45、6.89、20.68、34.47 MPa 壓力下，觀察1 號、2 號壓力監(jiān)測表壓力變化情況及工具外端是否有氣體泄漏。帶壓工況下轉(zhuǎn)動手輪，觀察手輪及提升桿轉(zhuǎn)動情況。

試驗結果：

圖4 提升桿伸縮測試示例圖

（1）采用手壓泵，需要10 min 左右將防噴管充滿液壓油，繼續(xù)打壓至1.38 MPa 左右，提升桿從防噴管中開始移動，提升桿從開始移動到全部伸出累計需要5 min，提升桿從取送裝置推出的總位移為210 mm（表2）。

表2 提升桿伸縮位移測試表

（2）提升桿推至底端后，繼續(xù)打壓，壓力能夠穩(wěn)定，且在6.89、20.68、34.47 MPa 壓力工況下可以順利轉(zhuǎn)動手輪，手輪轉(zhuǎn)動期間，提升桿隨著手輪一起轉(zhuǎn)動。在全程打壓過程中，工具外端未見任何氣體泄漏。通過反復三次實驗，手輪轉(zhuǎn)動過程平穩(wěn)，新型帶壓取送裝置上密封單元能滿足34.47 MPa 壓力要求（表3）。

表3 壓力測試表

2.3 帶壓工況下送入、取出背壓閥試驗

試驗流程：將采油樹與油管四通連接[5]，油管四通底部安裝盲板法蘭，油管四通內(nèi)安裝油管掛，通過氮氣泵，向采油樹及油管四通內(nèi)注入20.68 MPa 氮氣氣壓，試壓合格（圖5）。

圖5 取送背壓閥測試示例圖

試驗步驟：

關閉采油樹清蠟閥：通過采油樹帽泄壓口卸掉清蠟閥以上壓力，拆卸采油樹帽，將新型帶壓取送裝置連接至采油樹帽，從下到上，依次為背壓閥、取送一體工具和提升桿。

送入背壓閥試驗：緩慢打開清蠟閥，充壓至新型帶壓取送裝置下部密封單元，穩(wěn)壓15 min 后，從防噴管頂部連接管線打壓至20.68 MPa，保持提升桿上下壓力平衡，繼續(xù)緩慢打壓送提升桿到油管掛內(nèi)，確認到位后，反轉(zhuǎn)帶壓取送裝置手輪，將背壓閥旋至油管掛內(nèi)上緊扣，繼續(xù)反轉(zhuǎn)退出取送一體工具。

取出背壓閥試驗：關閉清蠟閥，卸掉清蠟閥以上壓力，拆卸新型帶壓取送裝置，檢查取送一體工具，確認一切正常后，將帶壓取送裝置再次連接至采油樹帽。緩慢打開清蠟閥，充壓至新型帶壓取送裝置下部密封單元，穩(wěn)壓15 min 后，從防噴管頂部連接管線打壓至20.68 MPa，保持提升桿上下壓力平衡，繼續(xù)緩慢打壓送提升桿到油管掛內(nèi)，確認到位后，直接正轉(zhuǎn)帶壓取送裝置手輪，取出背壓閥。

試驗結果：通過反復試驗，得出以下結論。

（1）新型帶壓取送一體化工具能夠順利將背壓閥送入油管掛內(nèi)，期間帶壓取送裝置工具外端無氣體泄漏，在實際操作過程中，手輪轉(zhuǎn)動方便，且由于工具長度縮短，手輪更靠近地面，工作人員操作更加方便。

（2）在帶壓20.68 MPa 壓力情況下，新型背壓閥取送一體化工具能夠順利將背壓閥從油管掛中取出，操作過程簡便，無異常情況發(fā)生（表4）。

表4 取送背壓閥

3 現(xiàn)場應用及效果評價

3.1 應用井基本數(shù)據(jù)

海上油氣田某區(qū)塊D6 井為一口生產(chǎn)氣井[6]，油壓20.68 MPa 左右，在油氣生產(chǎn)期間發(fā)現(xiàn)采油樹手動主閥內(nèi)漏，需要更換采油樹手動主閥，需要使用帶壓取送工具進行取送背壓閥。該生產(chǎn)井井口裝置結構如圖6 所示，為一口氣井，采油樹及油管四通壓力等級34.47 MPa，油管掛內(nèi)帶螺紋。

圖6 井口裝置示意圖

3.2 應用過程

新型帶壓取送一體化工具取送背壓閥操作程序和常規(guī)取送背壓閥操作程序基本類似。

1、背壓閥送入程序：

（1）將提升桿、取送一體工具、背壓閥自上而下依次連接；

（2）測量背壓閥工具下入、取出的行程，并做好標記；

（3）關閉采油樹清蠟閥，打開采油樹帽以上油壓表泄壓口，泄壓至0，拆卸采油樹帽；

（4）將新型帶壓取送工具連接至采油樹帽頂部，關閉帶壓取送裝置的截止閥；

（5）關閉采油樹翼閥，打開清蠟閥，向新型帶壓取送裝置上部防噴管內(nèi)緩慢打壓，推動提升桿下移，送背壓閥至油管掛內(nèi)，到位后，反轉(zhuǎn)手輪將背壓閥和油管掛上緊；

（6）繼續(xù)反轉(zhuǎn)手輪脫手取送一體化工具；

（7）確認取送一體化工具脫手成功，緩慢泄新型帶壓取送裝置上部防噴管內(nèi)壓力，回收提升桿至清蠟閥以上；

（8）關閉采油樹清蠟閥，泄壓，拆卸取送一體工具。

2、背壓閥取出程序：

（1）將提升桿、取送一體工具自上而下依次連接；（2）測量背壓閥工具下入行程，并做好標記；

（3）關閉采油樹清蠟閥，打開采油樹帽以上油壓表泄壓口，泄壓至0，拆卸采油樹帽；

（4）將新型帶壓取送工具連接至采油樹帽頂部，關閉帶壓取送裝置的截止閥；

（5）打開采油樹清蠟閥，平衡上下壓力，向新型帶壓取送裝置上部防噴管內(nèi)緩慢打壓，推提升桿下移，將取出工具與背壓閥對接，到位后，正轉(zhuǎn)手輪回收背壓閥；

（6）確認背壓閥退出油管掛，緩慢泄新型帶壓取送裝置上部防噴管內(nèi)壓力，回收提升桿至清蠟閥以上；

（7）關閉采油樹清蠟閥，泄壓，取出背壓閥，拆卸取送工具。

3.3 應用效果評價

新型背壓閥帶壓取送一體化工具能夠在帶壓20.68 MPa 的氣井中順利實現(xiàn)取送背壓閥，在作業(yè)過程中，整套系統(tǒng)無氣體泄漏，密封系統(tǒng)性能可靠，且手輪離地面高度在安全高度以內(nèi)，手輪在帶壓情況下轉(zhuǎn)動靈活。與常規(guī)帶壓取送工具相比，至少可以節(jié)約2 個小時作業(yè)時間，由于工具操作原理的改變，設計簡化了摩擦扳手，簡化了取送工具，便于工具的管理。

4 結論與建議

（1）通過室內(nèi)試驗和現(xiàn)場實踐應用，證明該新型帶壓取送一體化工具結構合理，連接簡便、操作簡單、性能可靠，且相關機構能夠在設定壓力下準確動作，滿足施工作業(yè)要求，具備現(xiàn)場應用條件。

（2）該工具在某氣田D6 井成功應用，且在施工過程中操作方便，安全高效，具備了在陸地和海上全面推廣應用的條件。