大排量泵油管斷脫不壓井作業技術研究

旺建立

（中國石油大慶油田有限責任公司第二采油廠，黑龍江大慶163414）

1 問題的提出

隨著油田開發的不斷深入，對環境及油層的保護問題越來越受到重視，不壓井技術得到了很大發展，但仍存在許多不完善的地方，油管斷脫后的不壓井問題目前一直沒有很好的解決方案。統計大慶油田采油二廠薩南油田2010年檢泵作業，抽油機井共發生油管斷脫92井次，占檢泵井總數的4.92%，螺桿泵井共發生油管斷脫48井次，占檢螺桿泵作業井總數的7.45%，電泵機組發生斷脫15井次，占檢電泵總數的8.79%。當油管、井下工具斷脫時，所有的井下開關都失去了密封油管、套管的作用。2005年開始試驗應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97 井次，其中有5 口井底閥關閉不嚴，二次不壓井成功率94.8%，但三次、四次不壓井作業時，由于工具的磨損或腐蝕頻繁出現底閥關不嚴，丟手管柱下滑、上移、掉井和生產井自動關井等技術問題。針對上述問題，2011年開展了與空心橋塞配套的大排量泵油管斷脫不壓井作業技術研究，現場實際應用取得了良好效果。

2 原不放噴工藝管柱原理及存在問題

大排量泵不壓井工藝技術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題，主要應用在日產液在80 t以上，井噴、井涌及預測以后會井噴的抽油機井、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用工藝管柱，管柱結構如圖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 油管聯接空心橋塞、防噴底閥下井到設計位置，向油管內注水打壓，當壓力達到18～22 MPa，即可實現丟手，如果未丟手，穩壓25 MPa上提管柱即可丟開，完成座封座卡。提出送封工具，用油管聯接捅桿、抽油泵形成的采油工藝管柱下入到底閥內腔頂開滑套開關，油管與油層連通，油井正常生產。二次作業起泵時捅桿強制提回防噴底閥滑套，底閥關閉封隔油層，實現大排量泵井全程不壓井作業。解封時用油管聯接專用打撈錨，下井至空心橋塞位置抓鎖魚頂，上提即可解封。

2.2 存在不足

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

（1）功能單一。當油管、井下工具斷脫時，防噴底閥的滑套開關無法關閉，空心橋塞不放噴工藝管柱失去了密封油管、套管的作用；在二次不壓井作業時如果空心橋塞底閥關閉不嚴，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，因大排量泵井產量高，井底壓力大、管柱所受扭力大，在生產過程中易出現丟手管柱下滑、上移、掉井和生產井自動關井等技術問題。

3 不放噴管柱結構及主要配套工具設計

3.1 油管斷脫不放噴工藝管柱結構

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，隨作業下入井內，油管斷脫時靠油管的重力和慣性力使工具實現關閥。

3.2 主要配套工具設計

3.2.1 空心橋塞

（1）空心橋塞主要結構如圖2所示。

圖2 空心橋塞結構示意圖

（2）改進之處。一是根據三點確定一平面的幾何原理，把原工具上、下錐體的四個卡瓦片改為三個，并將卡瓦片的軸向交叉分布變為軸向對稱分布，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構的錨定力。二是為解決生產過程中出現的丟手管柱下滑、上移、掉井和自動關井等技術問題，在空心橋塞內部設計一套步進鎖定機構取代以往靠錐體自鎖角保證座封效果的辦法，該機構只能單向鎖定，在鎖死后只有在解封銷釘剪斷后，步進鎖定機構的限位裝置打開才能解鎖，有效解決了工具座封座卡不嚴的問題。三是在空心橋塞和底閥之間連接一個1 m 長的密封短接，短接內徑與捅桿中部密封膠圈組成的密封段配合，當捅桿插入底閥頂開滑套打開閥孔，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設計深度，向油管內打壓，液壓通過中心管上的傳壓孔進入密封機構的活塞腔，并推動活塞下行壓縮膠筒使膠筒徑向擴張，密封油套管環形空間。同時，錨定機構的定位銷釘在膠筒下壓力的作用下被剪斷，錨定機構的上錐體右行，將卡瓦脹出，卡瓦錨定于套管內壁，膠筒壓縮封隔環腔，當壓力達到16 MPa時，卡瓦錨定牢固，膠筒脹封完成，步進鎖定機構鎖住。當壓力達到18～22 MPa時，座封剪釘剪斷，送封工具與工具丟開。

（4）主要技術參數：外徑114 mm，長度1 756 mm，內徑58 mm；座封壓力22～25 MPa，解封力60～90 kN。

3.2.2 防噴底閥

（1）防噴底閥主要結構如圖3所示。

（2）工藝原理。防噴底閥的改進之處是在上接頭和護套之間設計了密封橡膠。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，下入到防噴底閥內腔頂開滑套開關，進液通道打開，密封橡膠封住底閥中心管與捅桿之間通道，然后坐封井口，進行正常生產。當需熱洗清蠟時，可不動管柱直接反洗井即可達到熱洗的目的。當再次作業起泵時，防噴捅桿強制帶回滑套開關，底閥關閉封隔油層，實現不放噴作業施工。

（3）主要技術參數。外徑104 mm，長度776 mm，內徑54 mm，試驗壓力25 MPa。

3.2.3 防噴捅桿（油管斷脫防噴閥）

（1）結構。防噴捅桿主要結構如圖4所示。

圖3 防噴底閥結構示意圖

圖4 正常生產時捅桿工作示意圖

（2）改進之處。一是在捅桿上部設計油管斷脫防噴閥，在捅桿中部設計由密封膠圈組成的密封段。油管斷脫時靠油管的重力和慣性力實現防噴閥關閉，中部密封段封住密封短接中心管與捅桿之間通道，實現不壓井作業。二是在捅桿的油管斷脫防噴閥下面設計有防護墊，由于材質硬度不同起到了減震作用，對空心橋塞的解封頭起防護作用，并增加了捅桿主體上出液孔個數和進油通道的過流面積。

（3）工藝原理?？招臉蛉?、防噴底閥下井到設計位置，實現座封座卡丟手后，將帶有油管斷脫防噴閥的捅桿下入到防噴底閥腔內頂開滑套，（此時防噴底閥處于打開狀態，油管斷脫防噴閥處于關閉狀態。）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，壓力作用在進油管上端面，進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，此時油管與油層連通，油井正常生產。

（4）主要技術參數。剛體外徑112 mm，長度4 150 mm，內徑45 mm；開閥壓力5 MPa。3.3 技術特點

（1）空心橋塞設有抗阻機構，遇阻不座封，并設有步進鎖定機構，座封牢固可靠，可達到下壓差25 MPa，能有效防止丟手管柱下滑、上移、掉井和自動關井。

（2）針對空心橋塞的防噴工作原理和原有捅桿功能不完善的地方，重新設計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關閥，可防止油管斷脫后小修作業時井口溢流。

（3）作業時發現空心橋塞底閥關閉不嚴或誤操作發生井噴時可以先下放油管關閉油管斷脫防噴閥再進行作業施工。

（4）在上提管柱油管斷脫防噴閥打不開情況下向套管打壓可以開啟防噴閥。

4 現場應用情況

截止2011年底，油管斷脫不放噴工藝管柱共計完成10口井的可行性現場試驗，不壓井作業成功率100%。此技術于2011年3月20日首次在N6-21-P48井進行了現場試驗。首先將空心橋塞連接在丟手管柱的下部，下到設計深度，然后投放鋼球逐步打壓到22 MPa，工具完成座封座卡丟手過程，觀察套管溢流量的變化情況，套管溢流量由大到小最后停止，說明膠筒密封可靠；再次下放管柱驗證工具卡瓦錨定性能，工具無位移，說明卡瓦錨定可靠；起出丟手管柱下生產管柱，套管出現溢流，說明防噴捅桿順利捅開底閥滑套開關，下放管柱，油管溢流消失，表明油管斷脫防噴閥關閉，以上動作均一次成功。措施井投產后，日產液98 t，日產油11.3 t，工作正常。

試驗結果表明：空心橋塞的卡瓦在套管內壁的錨定力達到了設計的技術指標要求，工具在井下能夠順利完成工具錨定，膠筒密封、管柱丟手的各項規定動作，且開關動作靈活好用，下放管柱模擬油管斷脫情況，捅桿防噴閥關閉，油管無溢流，充分證明該工藝技術思路及方案是正確和可行的，該技術可在大排量泵油井大面積推廣應用。