水平井隔熱注采一體化管柱優(yōu)化設(shè)計

【摘 要】針對水平井隔熱注采一體化管柱存在的熱力補(bǔ)償器拉伸和注汽時套壓控制難的問題，通過力學(xué)計算和分析，設(shè)計了一種新的水平井用熱力補(bǔ)償系統(tǒng)，采用地面拉伸和井下打壓拉伸相結(jié)合的方式，確保補(bǔ)償器在水平段完全拉伸，并研制配套了油套壓力自動平衡器，通過現(xiàn)場應(yīng)用，驗證了系統(tǒng)的可行性，實現(xiàn)了熱采水平井隔熱注采一體化技術(shù)的規(guī)模應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】水平井隔熱 熱力補(bǔ)償 壓力平衡

1 目前稠油熱采水平井隔熱注汽采油管柱存在的問題

1.1熱力補(bǔ)償器拉伸問題

常見的稠油熱采直井隔熱管柱，熱力補(bǔ)償器安裝在管柱中部，依靠下部管柱自重，確保在注汽之前是補(bǔ)償器是拉伸狀態(tài)[1-2]，但是稠油熱采水平井受到水平井段長、油稠等因素影響，在下管柱過程中管柱與套管內(nèi)壁接觸產(chǎn)生摩擦、油稠遇阻（井筒內(nèi)原油粘度大）等因素，導(dǎo)致管柱受阻后將熱力補(bǔ)償器頂回至收縮狀態(tài)，造成注汽時后管柱擠壓彎曲。因此在稠油熱采水平井，只能采取下隔熱管柱注汽、下采油管柱轉(zhuǎn)抽兩次作業(yè)，不僅浪費了大量的作業(yè)成本和蒸汽熱能，而且作業(yè)轉(zhuǎn)抽時施工難度大，風(fēng)險高，極易出現(xiàn)井涌、井噴事故。

1.2注汽時套壓控制難度大

在注汽過程中，若關(guān)閉套管閘門注汽，環(huán)空液體受熱蒸發(fā)，套壓升高，導(dǎo)致管柱和套管因受壓力過高而被擠壞；若套管放壓過多，導(dǎo)致封隔器上下受力不均，蒸汽通過封隔器截面上頂管柱，造成熱力補(bǔ)償器失效，管柱彎曲，通過人工操作控制套壓存在難度大、安全性差的問題。

針對以上問題，設(shè)計一種新的水平井熱力補(bǔ)償系統(tǒng)，該系統(tǒng)能解決熱力補(bǔ)償器失效的問題，同時實現(xiàn)油套壓差自動調(diào)節(jié)，以保證合理的套壓，實現(xiàn)熱采水平井一趟管柱滿足隔熱注汽、采油兩項需要（簡稱為水平井隔熱注采一體化管柱），減少頻繁作業(yè)和熱能損失。

2 水平井隔熱注采一體化管柱優(yōu)化設(shè)計

2.1設(shè)計思路

研制適應(yīng)熱采水平井的熱力補(bǔ)償器，采用地面拉伸和井下打壓拉伸相結(jié)合的方式，確保熱力補(bǔ)償器在水平段完全打開伸長；研制油套壓力自動平衡器，實現(xiàn)套壓始終小于或等于注汽壓力，解決套壓控制問題。

2.2 結(jié)構(gòu)原理

水平井隔熱注采一體化管柱結(jié)構(gòu)如圖1所示，由隔熱油管、熱力補(bǔ)償器、油套壓力平衡器、定壓閥等組成。在下完管柱后通過井口正打壓使其完全伸出，定壓閥銷釘剪斷前使管柱形成密閉空間，補(bǔ)償器完全伸出后繼續(xù)打壓剪斷銷釘，形成注采通道。注汽過程油管受熱伸長，熱力補(bǔ)償器起補(bǔ)償作用。當(dāng)環(huán)空液體受熱蒸發(fā)膨脹，套壓大于注壓時壓力平衡器被打開，注套壓達(dá)到平衡。

注汽時，只需在地面上提抽油桿將抽油泵活塞提出工作筒，打開注汽通道實施注汽；注汽轉(zhuǎn)抽時下放抽油桿，調(diào)好防沖距即可實現(xiàn)采油，實現(xiàn)水平井隔熱注汽采油一體化。

1-套管；2-隔熱管；3-抽油桿；4-熱力補(bǔ)償器；5-水平泵；

6-油套壓力平衡器；7-隔熱封隔器；8-定壓閥；9-篩管；10-導(dǎo)向絲堵

2.3熱力補(bǔ)償器

熱力補(bǔ)償器結(jié)構(gòu)如圖2所示，由外套和活塞組成，采用石墨碳纖維盤根密封，耐高溫高壓、耐磨，活塞可以在外套內(nèi)伸縮滑動，通過調(diào)整盤根數(shù)量和壓緊程度調(diào)節(jié)開啟壓力。注汽時管柱伸長活塞回縮起熱補(bǔ)償作用。熱力補(bǔ)償器主要技術(shù)參數(shù)如表2。

2.4油套壓力平衡器

為簡化現(xiàn)場操作，保障現(xiàn)場人員安全，提高井下管柱安全性，設(shè)計了油套壓力平衡器，結(jié)構(gòu)如圖3所示，工作原理如下：

主要由彈簧和小球組合而成的單流閥構(gòu)成。當(dāng)套壓>油壓，單流閥被頂開，油套連通，套壓減?。划?dāng)套壓≤油壓，彈簧和蒸汽作用在單流閥上，油套連通通道關(guān)閉。油套壓力平衡器主要技術(shù)參數(shù)如表2。

2.5定壓閥

定壓閥結(jié)構(gòu)如圖4所示，包括1上接頭、2外筒、3閥罩、4限位彈簧、5閥芯、6定壓銷釘、7閥座、8下接頭。工作原理如下：

當(dāng)管柱下到設(shè)計位置后，通過油管打壓，液體通過閥罩3上面的孔進(jìn)入，壓力作用在閥芯5上面，使閥芯5座在閥座7上面并密封，管柱內(nèi)憋壓。

當(dāng)管柱內(nèi)升壓達(dá)到熱力補(bǔ)償器的開啟壓力后，熱力補(bǔ)償器開始伸出，繼續(xù)升壓（或保持壓力），熱力補(bǔ)償器完全打開伸長，同時剪斷定壓銷釘6，將閥罩3、限位彈簧4、閥芯5、定壓銷釘6、閥座7一起打掉，落入下面的導(dǎo)向絲堵中，形成注采通道。

當(dāng)下井遇阻需要反洗井時，從油套環(huán)空打壓，壓力作用在閥芯5下端面，閥芯5受到向上的壓力后離開閥座7并上頂限位彈簧4，反洗通道打開實現(xiàn)反洗井。反洗井結(jié)束后，在限位彈簧4的彈力作用下將閥芯5復(fù)位座落在閥座7上，閥芯關(guān)閉。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

熱采水平井注采一體化管柱熱力補(bǔ)償系統(tǒng)于2012年10月在樓平2、樓平3井進(jìn)行試驗， 并于2013年開始推廣應(yīng)用，截止2014年12月已累計應(yīng)用89口井，工藝成功率98%，實現(xiàn)了水平井注采一體化管柱的規(guī)模應(yīng)用。

4 結(jié)語

水平井熱力補(bǔ)償系統(tǒng)的成功，有效地解決了熱采水平注采一體化管柱井存在的問題，減少了熱采水平井作業(yè)成本和蒸汽熱損失，降低了工人操作強(qiáng)度，實現(xiàn)了水平井注采一體化管柱的規(guī)模應(yīng)用，改善了熱采油田經(jīng)濟(jì)開發(fā)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王東，陳磊.井下工具高溫試驗井系統(tǒng)[J].石油礦場機(jī)械，2009，38（7）：75-79.

[2] 李志方，高誠輝，林有希.聚四氟乙烯的摩擦學(xué)性能[J].塑料工業(yè)，2005，28（1）31-32.

[3] 李洪.實用機(jī)床設(shè)計手冊[M].遼寧：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，2005：78-79.

專利技術(shù)：國家實用新型專利 （ZL201320492307.9）

作者簡介：宋明臣（1982-），男，河南南陽人，采油工程師，主要從事石油開采與生產(chǎn)技術(shù)管理工作。