不壓井作業裝置的技術分析及應用探討

寇 富

（大慶石油管理局裝備集團松原機械總廠，吉林松原 138000）

0 引言

為保證油井的正常作業要定期進行修井作業，但傳統的修井作業工藝需要對油井進行放噴作業，既會使地層壓力受到極大損失，也對環境造成極大污染。為克服上述缺點，開發出可以在帶壓情況下進行修井的修井裝置。不壓井作業裝置的研發以及在油田修井作業上的應用，不僅能最大限度地保護地層壓力以及地層結構，也對周邊環境起到了很好的保護作用。因此，不壓井作業裝置在國外發達國家的石油企業中，早就得到了應用和開發。而我國不壓井作業裝置的研發起步較晚，不壓井作業裝置的設備，以及不壓井作業修井技術，都遠落后于國外發達國家，但在經過多年研究后，目前我國已經能夠自主的生產用于修井作業的不壓井作業裝置。

1 不壓井作業裝置技術

1.1 特點及分類

（1）不壓井作業裝置在進行修井作業的時候，不需要對油井進行放噴或是壓井作業，在油井保持壓力的情況下，通過不壓井作業裝置的井口裝置對井下壓力進行密封，實現對井底壓力的控制，而油套環空和油管之間的壓力則是通過在油管內放置一個堵塞器來實現對油管內壓力的控制。與傳統的壓井修井作業相比較，不壓井作業裝置具有很多優點，例如，傳統的壓井修井作業在井底通過注入壓井液實現對井底壓力的控制，但是壓井液再注入地層后，有極大的可能會造成井壁或者地層孔隙的堵塞。在完成油井的修井作業并恢復油井的生產作業后，會對油井的出液量造成很大的影響，同時放噴作業會對環境造成很大污染。而不壓井作業裝置，不需要通過壓井，在油井帶壓的情況下就可以完成修井作業，而且不會對環境造成污染，同時現代的不壓井作業裝置在舉升力上，也比傳統的壓井作業裝置要大很多。

（2）目前國內研制的不壓井作業裝置，主要有2種形式，即輔助式不壓井作業裝置和獨立撬裝式不壓井作業裝置。輔助式的不壓井作業裝置需要通過修井機以及吊車的配合才能完成修井作業，它的作業成本較低，而且拆裝也比較方便。而獨立撬裝式不壓井作業裝置，則不需要其他輔助設備的輔助，它是將作業裝置的主體部分安裝在一個底盤車上來完成獨立移動。獨立撬裝式的不壓井作業裝置在到達修井作業現場以后，可以通過修井機的移動與井口自動進行對中，然后就可以開始進行修井作業，目前我國的修井作業行業中，獨立式的不壓井作業裝置應用比較廣泛。

1.2 裝置機構

（1）不壓井作業裝置主要由動力源、卡瓦、環形防噴器、閘板防噴器、平衡四通、液壓缸以及液壓，控制系統組成。卡瓦主要由固定卡瓦和防頂卡瓦組成，卡瓦的作用是在修井作業時卡緊油管，防止油管的上竄和下落，液壓缸的作用是為油管的舉升提供動力；環形防噴器和閘板防噴器的作用是控制井底壓力；平衡系統的作用是平衡井下壓力及進行放空作業；不壓井作業裝置的動力來源是由柴油發動機帶動的液壓泵作為動力源。

（2）不壓井作業裝置還有其他一些輔助設備，如逃生滑道、扶梯、油管滑道等，這些設備都是在不壓井作業裝置在作業時，提供安全以及輔助作用。

1.3 作業原理

（1）不壓井作業裝置作業時，首先通過在油管內下入堵塞器控制井底的壓力，防止井下壓力通過油管泄漏。然后將整個裝置的主體部分安裝在井口上，通過卡瓦和液壓缸的組合將井底的油管拔出井口。在油管的接箍通過防噴器的時候，就要先通過平衡系統的平衡閥將閘板防噴器兩側的壓力進行平衡。平衡四通的平衡閥通過平衡管路與井口連接，當平衡閥打開時井底的壓力就會通過平衡管路進入四通內，這樣閘板防噴器兩側的壓力就達到了平衡，然后再打開下閘板防噴器讓接箍順利通過，在接箍通過閘板防噴器后則關閉下閘板防噴器，然后關閉平衡四通的平衡閥，打開平衡系統的泄壓閥，將平衡四通環空內的壓力卸掉，然后打開上閘板防噴器讓油管接箍順利的通過。

（2）當液壓缸在起油管的作業過程中，液壓缸的行程達到最大的時候，首先要關閉固定卡瓦，打開游動卡瓦，然后將液壓缸下放到最小行程內，這時再關閉游動卡瓦，然后打開固定卡瓦，進行液壓缸的下一個行程作業 。一般情況下，不壓井作業裝置的液壓缸行程約3 m，因此在進行油管的起下作業時，都要通過卡瓦和液壓缸交替運行2～3次以后，才可以完成一根油管的起下作業。

（3）不壓井作業裝置液壓系統的所有操作，都是通過操作平臺上的液壓操作平臺來實現的。

2 不壓井作業裝置的發展現狀

2.1 不壓井作業技術國內外的發展

（1）不壓井作業技術首先是在國外興起的，早在1929年，不壓井工藝的概念由Otis壓力控制公司的Herber C.Otis提出。早期的不壓井作業裝置需要通過鉆機和修井機來完成修井作業，修井作業裝置本身的結構只包括鋼絲繩滑輪系統，對管柱的上提和下放作業主要是通過絞車連接大鉤來完成。傳統的修井作業技術，必須再經過壓井作業后才能夠進行油管的上提和下放作業。在20世紀60年代，出現了配備液壓缸作業的不壓井作業裝置，不壓井作業人員就不用再依賴修井機來提供動力完成油管的上提和下放作業，作業的安全性和作業效率都得到極大提升，也使不壓井作業裝置在油田的修井作業領域得到了廣泛應用，20世紀80年代，出現了第一臺車載輔助式的不壓井作業裝置，極大提升了不壓井作業裝置的機動性。

（2）在我國不壓井作業裝置的研發起步較晚，不壓井作業裝置的裝備及技術水平都很落后，但經過科研人員研發后，我國在不壓井作業裝置的研發及使用上也取得了一定成績。如湖北第四石油機械廠、華北榮盛機械制造有限公司等，在不壓井作業裝置的研發及生產上都走在了國內不壓井作業裝置技術的前列。而且經過多年研究后，在不壓井作業裝置的液壓系統及液壓結構件的組合上，都取得了很大進展。例如，牡丹江市新安石油鉆采配件廠研發制造的35 MPa密封防噴作業裝置，采用了上下兩組防頂卡和固定卡瓦來交替完成抱緊油管的作業，有效防止了在不壓井作業裝置進行修井作業時油管的上竄和下落，不壓井作業裝置的安全性得到了極大提升，而且在密封防噴裝置中采用了一種高壓密封密閉伸縮節裝置來實現在起下油管作業中井下井下壓力的密封，使裝置在進行油管的起下作業時，油管與閘板防噴器閘板之間的相對運動減少，大大提高了閘板防噴器閘板的使用壽命，不僅作業效率得到極大提升，也減少了作業成本。

3 不壓井作業裝置技術使用及問題

3.1 技術問題

目前在我國的油田原油開采作業中越來越注重環境的保護，而不壓井作業裝置壓井作業的修井技術，使不壓井修井作業裝置在進行修井作業時做到了對環境的很好保護，因此，不壓井作業裝置在修井作業行業得到廣泛應用。雖然不壓井作業裝置在油田修井作業上的應用，極大提高了油田修井作業效率，也提高了油田原油開采的生產效率，但也出現了一些問題：①目前大部分不壓井作業裝置動力來源都是通過大功率柴油機帶動液壓馬達，對液壓油進行加壓來完成整個不壓井作業裝置液壓系統的壓力供應，而大功率柴油機在作業時，產生的噪聲較大，對能源消耗也較大。②不壓井作業裝置自動化程度較低，而且液壓系統的集成化程度也較低，各種閥體及液壓缸占用空間較大，不壓井作業裝置操作非常復雜。③能否有效控制井底壓力是不壓井作業裝置作業中非常關鍵的環節，而防噴器是進行井底壓力密封的主要裝置，其密封作用的安全與穩定關系著整個不壓井作業裝置作業的穩定進行，但自主研制的防噴器還有很多質量問題，如防噴器的橡膠膠芯質量較差，在進行2～3次作業后就要更換，而提高了修井作業的成本。④防噴器不能完成對井底壓力的旋轉密封，防噴器的體積較大，密封壓力較低。

3.2 應對措施

目前國內對不壓井修井作業技術的重視程度還不夠，不壓井作業裝置在結構以及液壓系統的研發上不夠完善，因此在今后的生產與研發過程中，應加大對不壓井作業裝置的宣傳力度，讓油田企業充分認識到不壓井作業裝置在修井作業行業的優勢，以及不壓井作業裝置的高效性能為油田帶來的經濟效益。同時，在不壓井作業裝置的液壓系統及結構研發上，應向著更加合理自動化智能化的方向發展。

4 結語

雖然在油田修井作業的行業中，不壓井作業裝置具有很明顯的優勢。但目前我國的不壓井作業裝置在結構，以及液壓系統的研發上還不夠完善，裝置的自動化程度也比較低，因此，應該加大對不壓井作業裝置結構以及液壓系統的研發，同時加大不壓井作業裝置的主體部件的研發力度，讓不壓井作業裝置向著集成化、自動化、智能化的方向不斷發展，這樣才能為我國的石油經濟發展做出更大的貢獻。