井下防盜油裝置的研制

大慶油田第七采油廠 工藝QC小組

（黑龍江 大慶 163517）

井下防盜油裝置的研制

大慶油田第七采油廠 工藝QC小組

（黑龍江 大慶 163517）

小組概況

圖1為小組概況，表1為小組成員表。

選擇課題

盜放原油既給油田生產設備造成很大的破壞，又給油田造成巨大的經濟損失，同時給生產管理帶來很大的困難。大慶油田第七采油廠地處偏遠，四周村屯環繞，原油盜放現象較為嚴重。據初步調查(圖2），第七采油廠至少有300口重點盜放油井，僅2009年被上提并割斷光桿的油井就有251口，嚴重影響了原油生產。

因此，研制一種既可有效防止原油被盜，又可避免被破壞的井下防盜油裝置，對降低油田經濟損失，保證原油生產任務順利完成具有重要意義，為此小組將活動課題確定為“井下防盜油裝置的研制”。

表1 QC小組成員情況簡介

設定目標

小組成員對第七采油廠現存的幾種盜油方式進行調研，發現目前盜竊原油的方式主要分為3種。

（1）通過上提光桿、短接配電箱及加裝摩擦塊等手段，令原油采出速度小于地層溢出速度，迫使油套環空液面上升，從而打開套管閘門放油。

（2）直接從油管閘門放油。

（3）其他盜油方式。

在調研中各種盜油方式所占比例具體情況詳見圖3。從環行通道盜油占總盜油方式的91%，從油管盜油占7%，其他盜油方式占2%，其中從環行通道盜油主要有3種形式：割斷光桿方式、短接配電箱方式、加裝摩擦塊方式，所占比例分別為76%、20%、14%。

從圖3中可以看出，從環行通道盜油是目前主要的盜油方式，即通過多種方式使油套環空液面上升，然后打開套管閥門將油盜出。因此，小組成員一致認為，防盜油裝置的主要功能應該是--在井內液面上升時密封住油套環行空間。這樣可防止絕大多數抽油井原油被盜，為此，小組成員制定出本次小組活動目標：從套管盜放油量為0。

提出各種方案并確定最佳方案

1 方案的提出

針對制定的目標，小組成員從防盜油裝置所需的技術特點入手，根據油田生產實際情況，運用 “頭腦風暴法”深入研究，提出3種方案：①設計井下壓力控制開關；②設計井下溢流控制器；③設計浮力式井下防盜油裝置。

2 確定最佳方案

（1）方案1：設計井下壓力控制開關

井下壓力控制開關（圖4）計劃設計上接頭、外套、缸體、彈簧、柱塞、開關和下接頭等結構。上下接頭與外套連接，外套的內部設有一個裝有彈簧的缸體，在缸體的下端設有柱塞，柱塞的下部連接開關。

隨油井動管柱作業，壓力控制開關安裝于錨定丟手封隔器下部，錨定丟手封隔器在油層射孔段上部丟手（圖5）。隨著動液面上升，管柱內壓力開關處壓力隨之升高，柱塞帶動開關開始上行壓縮彈簧，當動液面達到一定程度(接近井口附近)，壓力控制開關自動關閉，使井筒內的液體無法從油套環形空間放出，從而達到防盜油的目的；當動液面下降時，彈簧推動柱塞帶動開關開始下行，直到動液面達到預定高度及以下時，壓力控制開關處于開啟狀態，不影響油井正常生產。

（2）方案2：設計井下溢流控制器

井下溢流控制器（圖6）計劃設計割縫管、伸縮管及裝有單流閥的封隔器等結構。割縫管連接到伸縮管的上接頭，伸縮管的下接頭連接到裝有單流閥的封隔器上。隨油井動管柱作業，下入溢流控制器，當油井沉沒度很低，套管內液柱壓力與過割縫管的壓力損失遠遠小于井底流壓，液流經過割縫管流速很快；隨著油井產量的增加，沉沒度升高，套管內液柱壓力不斷升高，過割縫管的壓力損失隨著過孔流速的降低不斷減小，當液面接近或到達井口時，液流過割縫管的流速為0或很低，使從套管內放油放不出或放的很慢，進而達到防盜油的目的。

（3）方案3：設計浮力式井下防盜油裝置

浮力式井下防盜油裝置（圖7）計劃設計油管接箍、中心管、密封座和密封滑塊等結構，在作業時，將浮力防盜油裝置安裝在井口以下，上下油管接箍與油管短接或油管相連，密封滑塊選用密度低于原油密度的耐壓、耐溫材質制成，當環套空間內的液面上升到該防盜裝置所在位置時，密封滑塊在油套環空液體的浮力作用下上升，與密封座的環形空間密封，阻止油套環形空間內的液體上返，從而實現防盜油目的。液面下降后，密封滑塊在重力作用下自動下行打開環形空間，不影響正常的洗井、液面測試等工作。

表2 方案優缺點對比表

小組成員根據設計思路，繪制方案優缺點對比表（表 2）。

從表2中可以看出，3種方案各有優、缺點，為了更準確的確定出最佳方案，小組成員運用決策樹方法對方案進行優選。通過指標系數及項目系數，得出項目評價結果（表3、表4）。

根據指標項目評價結果，繪制決策樹（圖8），計算綜合評價值Xi，選擇較大的Xi值，確定為最佳技術方案。

表3 指標系數評價表

i為方案 A、B、C

根據綜合評價值確定方案3——浮力式井下防盜油裝置為最佳方案。

制定對策

表4 項目系數評價表

根據優選的方案，小組成員通過實際考察，確定設計內容，制定出對策實施表，并做到問題清楚，目標明確，措施具體，專人負責，限期完成（表5）。

實施對策

小組成員根據所制定的對策實施表，各負其責，立即組織實施。

表5 對策實施表

1 實施1：設計壓蓋式可調結構，提高裝置適應性

因油井套管內徑受生產誤差、內壁毛刺及作業磕碰等條件的影響，套管直徑尺寸皆存在細微差別。因此，為使井下防盜油裝置可在絕大部分采油井上應用，設計了壓蓋可調結構（圖9、圖10）。

該結構由旋轉壓蓋、固定座、遇水膨脹橡膠圈及頂絲組成。在井下防盜油裝置下入前，可現場測量套管內徑后對密封座外徑進行調節。考慮到套管內徑存在的毛刺有可能在防盜油裝置下入井筒時刮壞密封圈，將密封座外徑調節至小于油井套管內徑1mm左右即可。

為保障密封座與套管之間在承壓狀態下的密封性，本小組采用遇水可膨脹式橡膠作為密封座橡膠圈。該橡膠在遇水的狀態下在6h內將體積膨脹至本體1.5倍以上，從而保證密封座與套管之間的密封可靠性。

第七采油廠共有抽油井3 735口，其中套管內徑在122～126mm之間的非定點檢測井3248口，占總井數的的86.96%，而通過壓蓋式可調結構，密封座外徑可在121～127mm之間任意調節，所以井下防盜油裝置可在全廠86.96%的抽油井上順利下入，具有較強的適應性。

2 實施2：設計環行通道，保障動液面測試的正常實施

動液面測試是使用回聲儀，通過采集經過油管接頭反射的接箍波信號和經過油層表面反射的液面波信號，找出井口位置、動液面位置和基準接箍波。然后利用公式來計算動液面深度。它是油田測試液面的常規方法，是確定油井沉沒度，確定抽油泵泵效的有效手段。因此，在正常生產時，必須在油套環形空間留有足夠空間，使聲波的上下傳遞不受干擾，從而保證動液面測試的順利實施。因此，我們在密封座上設計了環形通道，密封座與中心管通過均布的3條支撐筋連接，其余部分為中空，即形成環形通道（圖11），該通道半徑4mm，整體為環形結構，為聲波傳遞留下了足夠的空間。試驗井葡64-93井在裝置下入3天后進行測試，液面為520m，曲線清晰，測量準確，表明該結構達到了設計要求。

3 實施3：設計上浮式密封滑塊，實現環空開關

為使井下防盜油裝置達到正常生產時不影響洗井、動液面測試等措施的實施，在停井時密封油套環形空間，打開套管閘門無油流的目的，設計了可上下靈活運動的上浮式密封滑塊。密封滑塊采用低密度（密度為 0.37g/cm3），耐高壓（25MPa），耐高溫(160℃)材質制成，不影響油井正常的熱洗、化清等工作。根據第七采油廠原油密度0.83g/cm3，可得出計算公式為：

通過計算可以看出，浮子在平衡浮子自身重力后，仍剩余上頂力17.758N，可以實現浮力式井下防盜油裝置在液面到井口時封閉油套環空的目的，并在后續的室外試驗中得到了驗證（圖12）。

4 實施成果

浮力式井下防盜油裝置已在葡64-93及葡86-902井上成功應用，經定期動液面測試及多次現場停井放油試驗證明，該裝置正常工作。在現場作業時，該井溢流量較大，套管閘門及井口皆有液體溢出，下入浮力式井下防盜油后，套管閘門溢流立即停止。關閉所有閘門憋壓5min后，套管閘門無液體流出，說明密封滑塊與密封座之間、密封座與套管壁之間密封良好，可實現停井后，液面到井口時關閉油套環空的目的。應用后，該裝置防盜效果明顯，并且地面裝置除在下入浮力式井下防盜油裝置初期遭到2次破壞外，再無遭破壞記錄，達到了麻痹盜油份子，保護油田設施的目的，節省了大量設備維修、更換及作業費用。

效果確認

1 效果檢查

工藝QC小組通過一年來的活動，勇于創新，不斷完善,成功研制出浮力式井下防盜油裝置（圖13）。

（1）試驗后動液面測試情況

下入浮力式井下防盜油裝置2d后，小組成員即對葡64-93井進行現場動液面測試，從圖14中可看出液面測試曲線清晰，可以證明該裝置的下入，不影響抽油井動液面測試。

（2）試驗后單井放油效果及跟蹤情況

為了進一步驗證測試效果，小組成員還進行定期動液面監督測試（表6），液面測試情況穩定正常。

下入浮力式井下防盜油裝置后，小組成員將葡86-902停井6h，打開套管閘門放油量均為0（圖15）。

表6 葡64-93井下入浮力式防盜油裝置后效果跟蹤情況一覽表

小組成員進行每周抽樣調查，并及時與采油隊相關人員結合，確定該裝置工作正常，并且打開套管閘門放油量均為0，達到了防盜油目的，成功完成了小組本次活動確定的活動目標。

2 效益分析

（1）經濟效益

經對葡64-93及葡86-902井以往盜油情況的核實，兩口井年被盜放原油約100t，截至2009年12月，防盜油裝置已試驗應用3個月，累計防盜油量約為25t，按噸油效益2 000元計算，該井已獲得經濟效益5萬元，實際投入費用1.2萬元，目前已獲純經濟效益3.8萬元。若全廠大范圍推廣使用，經濟效益將更加可觀。

（2）社會效益

浮力式井下防盜油裝置可以避免在盜油過程中出現的安全隱患及環保問題，對保障順利完成原油生產任務，創建環保礦區起到了積極作用。并且該裝置可麻痹盜油份子，使其誤以為抽油井產量不高而放棄盜油，從而避免油田物資被反復破壞，降低生產管理難度。

標準化

為進一步鞏固工藝QC小組所取得的成果，制訂了以下標準化措施。

（1）編寫浮力式井下防盜油裝置操作規程，加強工人的培訓力度，杜絕違章操作現象發生。

（2）為了進一步擴大浮力式井下防盜油裝置的經濟效益和社會效益，2010年計劃在大慶油田推廣應用該裝置450口井。

總結和今后的打算

工藝QC小組通過一年來的活動，圓滿完成一個PDCA循環，成功研制出浮力式井下防盜油裝置，為保衛油田物資，打擊盜油現象作出努力。而且活動后小組成員的質量意識、團隊協作精神、分析問題、解決問題的能力都有了極大的提高。

下次活動，小組成員將針對油田經多年注水后，管網結垢、腐蝕嚴重，影響注水質量的問題，把“注水管線清洗器的研制”作為明年的活動課題。

??萍

2010-07-08