不壓井作業(yè)技術(shù)、設(shè)備及應(yīng)用

胡曉林

（大慶油田裝備制造集團特車研究所，黑龍江 大慶 163312）

1 不壓井作業(yè)技術(shù)概述

油田為了保障油水井能實現(xiàn)正常生產(chǎn)，需要針對油水井定期開展修井作業(yè)（通常為油水管的起下作業(yè)），傳統(tǒng)作業(yè)模式下需要實施壓井和放噴作業(yè)。但是，傳統(tǒng)作業(yè)模式下修井耗時過長，作業(yè)成本較高，泥漿壓井作業(yè)過程中經(jīng)常會導(dǎo)致油層污染。針對以上一些缺點，國內(nèi)外開展深入的研究不壓井作業(yè)裝置。不壓井作業(yè)主要指的是在不進行壓井、放噴作業(yè)的情況下，利用具有自密封作業(yè)的防噴器來對油水管的起下作業(yè)進行控制。不壓井作業(yè)與傳統(tǒng)修井作業(yè)相比，有很多優(yōu)點：（1）傳統(tǒng)修井采用壓井作業(yè)，壓井液會被壓入產(chǎn)層，還可能導(dǎo)致堵塞井壁，不壓井作業(yè)避免了這些缺點。（2）不需要在鉆井、修井或完井后處理壓井液。（3）與連續(xù)油管作業(yè)技術(shù)相比，不壓井作業(yè)能帶壓轉(zhuǎn)動作業(yè)管柱。（4）節(jié)約了壓井及后來排液的時間和費用。（5）與傳統(tǒng)的鉆井、修井機相比，具有超強的提升能力（型號不同，能力不同）。（6）占地面積小，海上作業(yè)時優(yōu)勢明顯。

2 不壓井作業(yè)設(shè)備分類及其結(jié)構(gòu)

不壓井設(shè)備按其作業(yè)型式可以分為輔助式和獨立式；按液壓缸行程又可以分為短沖程(1.829 ～4.267m)和長沖程(10.973 ～12.192m)；按移運方式又可以分為自走式和撬裝式。輔助式不壓井設(shè)備整體結(jié)構(gòu)如圖1 所示，圖2 是輔助式不壓井設(shè)備作業(yè)示意圖。輔助式不壓井設(shè)備的主要特點是：（1）緊湊的模塊化設(shè)計；（2）快速安裝、拆卸；（3）管柱較重時可用修井機配合作業(yè)；（4）整體成撬，方便運輸和吊裝。獨立式不壓井設(shè)備則增加了循環(huán)系統(tǒng)、提升系統(tǒng)和旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，這種設(shè)備不需要借助修井機就能獨立完成作業(yè)。舉升系統(tǒng)、井口密封系統(tǒng)級配套液壓技術(shù)是整個不壓井作業(yè)裝置的主要組成部分。液壓舉升系統(tǒng)的主要組成部分包括井架、游動和固定卡瓦、液壓缸等幾個部分，舉升系統(tǒng)的主要作用是當(dāng)井下油液壓力在油管上產(chǎn)生的上頂力超過油管自重的情況下實現(xiàn)管柱的提放，保障油管起下作業(yè)的安全性。井口密封系統(tǒng)主要組成部分為三閘板防噴器、環(huán)形防噴器、單閘板防噴器等幾個部分，其主要作用是實現(xiàn)對井口壓力的密封，確保作業(yè)中井下油液不會產(chǎn)生噴涌，保障作業(yè)的安全性。液壓控制系統(tǒng)的作用是實現(xiàn)井口防噴器的開關(guān)，以及動作過程的控制，同時，能實現(xiàn)對控制過程的檢測，接箍探測器、負荷顯示儀、小型液壓操作平臺、油箱防進水回路等共同組成。同時，該部分還實現(xiàn)了與油管堵塞器、雙向閥的實現(xiàn)安全生產(chǎn)。液壓控制系統(tǒng)主要是用來控制井口密封系統(tǒng)中各種防噴器的開關(guān)，相應(yīng)控制過程的檢測，由接箍探測器、負荷顯示儀、簡易小型液控操作臺、油箱防進水回路及各類液壓管線等組成。附屬配套技術(shù)包括油管堵塞器、雙向閥以及高壓油水井沖砂工藝技術(shù)等的結(jié)合。

3 國內(nèi)外不壓井作業(yè)設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀

3.1 國外不壓井設(shè)備發(fā)展情況

Otis 壓力控制公司的Herber C.Otis 在1929年提出了不壓井作業(yè)工藝概念。早期的不壓井設(shè)備是利用鉆機或修井機的絞車作為動力源，裝置本身包括鋼絲繩和滑輪系統(tǒng)，該系統(tǒng)叫作傳統(tǒng)作業(yè)機，通過上提大鉤，采用鉆機絞車提供下壓力下管柱。這項服務(wù)當(dāng)初耗時、煩瑣并易引發(fā)井噴。1980年，第一臺車載式井架輔助式不壓井機在加拿大出廠，提高了帶壓作業(yè)安全性和機動性。當(dāng)前，國外能夠生產(chǎn)制造并提供相應(yīng)服務(wù)的作業(yè)企業(yè)超過了十幾家。其中，美國的Halliburton 公司，Snubco 公司和加拿大High Arctic ISS 公司生產(chǎn)制造的不壓井設(shè)備主要為3m 行程，同時，裝置的配套工具以及產(chǎn)品系列比較完善，國外的不壓井作業(yè)裝置完全實現(xiàn)了電液遠程控制、全液壓舉升等功能；目前，不壓井技術(shù)和裝備在北美發(fā)展已非常成熟，輔助式和獨立式設(shè)備及其配套工具序列齊全，其實際的最大提升力能夠達到270t，下推力最大達115t；液缸行程以3m 居多，實際的作業(yè)壓力最大能夠達到140MPa。

3.2 國內(nèi)不壓井設(shè)備發(fā)展情況

自20 世紀(jì)60年代我國開始研究油水井的帶壓作業(yè)。新世紀(jì)以來，二次帶壓作業(yè)在油田生產(chǎn)中逐漸興起，而且在技術(shù)不斷的發(fā)展過程中，對國外的一些成熟經(jīng)驗進行了充分借鑒，液壓控制成為這一時期不壓井作用和工藝的主要方式。不壓井裝置最初是與作業(yè)車進行配套使用，與作業(yè)車共用動力系統(tǒng)，而且修井作業(yè)過程需要與作業(yè)車進行配套，因此，一旦作業(yè)車出現(xiàn)故障，會導(dǎo)致不壓井裝置則無法實現(xiàn)正常運轉(zhuǎn)。此外，由于作業(yè)車在高度上有一定的要求，這也使得不壓井裝置在實際應(yīng)用中缺乏基本的安全性以及合理性，整體的作業(yè)效率比較低。不壓井作業(yè)裝置從2003年開始進入二次改進，從而實現(xiàn)了動力源與操作套的獨立配置，裝置整體與作業(yè)車也實現(xiàn)了分離，從而使得不壓井作業(yè)裝置擺脫了傳統(tǒng)模式下作業(yè)車的限制。目前，國內(nèi)已有不少單位生產(chǎn)不壓井裝備。如華北石油榮盛機械制造有限公司生產(chǎn)的DY-12-14 帶壓作業(yè)裝置；河北省任丘鐵虎石油機械有限公司生產(chǎn)的DYZY1821/35；牡丹江市新安石油鉆采配件廠生產(chǎn)的DFP12-14 車載動密封防噴作業(yè)裝置。值得一提的是，牡丹江市新安石油鉆采配件廠正在研制JFP 系列35MPa 平衡式靜密封防噴作業(yè)裝置，使用上下兩組閘板半封環(huán)形防噴器交替抱緊油管，設(shè)備伸縮動作時的密封由一只高壓密閉伸縮節(jié)來實現(xiàn)，閘板半封前密封件與油管間無任何相對運動，為靜密封形式，密封件使用壽命較長，避免了現(xiàn)場作業(yè)過程中停機更換密封件，大大提高了設(shè)備的作業(yè)效率；密封件消耗量也降低數(shù)倍，降低了作業(yè)成本。

4 不壓井設(shè)備在國內(nèi)油田使用中出現(xiàn)的問題及建議

通過在各大油田的應(yīng)用，國內(nèi)不壓井作業(yè)在設(shè)備上還存在不足，主要包括：

（1）國產(chǎn)設(shè)備自動化程度低、操作復(fù)雜。國產(chǎn)設(shè)備液壓系統(tǒng)集成度較低，液壓缸、閥島體積偏大且操作較為復(fù)雜。

（2）設(shè)備故障率高，可靠性低。環(huán)形防噴器膠芯和卡瓦是不壓井的關(guān)鍵設(shè)備，國產(chǎn)設(shè)備在使用過程中發(fā)現(xiàn)膠芯使用壽命較短，需要頻繁更換；卡瓦卡緊管柱后不松開等情況。

（3）井控設(shè)備體積較大造成不壓井設(shè)備整體結(jié)構(gòu)占地面積大，對井場要求較高。各部件安裝復(fù)雜，前期準(zhǔn)備工作量大，安裝、拆卸時間長，影響施工進度。

（4）對進口不壓井設(shè)備性能挖掘不夠，施工內(nèi)容單一，主要針對注水井方面。國內(nèi)油田使用不壓井設(shè)備主要是針對注水井，除此之外，僅在個別氣井上使用過，這與國外將不壓井設(shè)備普遍應(yīng)用到油、氣、水井形成了鮮明的對比，沒有完全發(fā)揮產(chǎn)品性能。

（5）缺少專門與不壓井設(shè)備配套使用的工具。目前，還沒有形成與不壓井作業(yè)相配套的專門工具，設(shè)備的性能沒能完全發(fā)揮。

（6）缺少統(tǒng)一的不壓井設(shè)備性能和操作標(biāo)準(zhǔn)，缺少帶壓作業(yè)的施工標(biāo)準(zhǔn)。

5 發(fā)展不壓井設(shè)備的幾點建議

不壓井作業(yè)技術(shù)的應(yīng)用有效地保護了油層，減少了污染。隨著各大油田對不壓井技術(shù)的重視程度不斷增加，國內(nèi)裝備制造業(yè)的不斷進步以及對國外先進經(jīng)驗的吸收和消化，不壓井作業(yè)裝備正在各大油田廣泛推廣應(yīng)用，這項技術(shù)一定會發(fā)展成油田的主體作業(yè)技術(shù)。

（1）鑒于不壓井作業(yè)的巨大效益，應(yīng)加強不壓井作業(yè)的宣傳和培訓(xùn)力度，提高對不壓井作業(yè)的認識，在油田大力推廣不壓井作業(yè)。

（2）進一步改進與完善帶壓作業(yè)裝置結(jié)構(gòu),確保施工安全，使安裝、拆遷、操作更方便快捷。

（3）開展高溫帶壓作業(yè)技術(shù)研究，實現(xiàn)注汽井和SAGD井帶壓作業(yè)。

（4）不斷完善不壓井設(shè)備的配套工具的開發(fā)，提高該技術(shù)對復(fù)雜井況的適應(yīng)性，進一步探索擴大帶壓作業(yè)技術(shù)的應(yīng)用范圍。

（5）開展氣井帶壓作業(yè)技術(shù)研究，解決天然氣動態(tài)密封技術(shù)。

（6）開展帶壓作業(yè)井口操作機械化研究，實現(xiàn)井口遠程操作、夜間連續(xù)作業(yè)。

（7）開展海上不壓井作業(yè)技術(shù)，使不壓井作業(yè)由陸地油田向海上油田發(fā)展。

（8）制定統(tǒng)一的帶壓作業(yè)施工標(biāo)準(zhǔn)和不壓井設(shè)備操作標(biāo)準(zhǔn)，盡快提高帶壓作業(yè)隊伍的技術(shù)水平和施工能力，加大操作人員的技術(shù)培訓(xùn)。