泄油式油管補償器的研制與應用*

張 威

中國石化中原油田分公司濮東采油廠

0 引言

油管補償器的主要作用是頂封油井在抽油過程中可以抵消油管的蠕動伸縮［1］，防止油管變形引起的油管和抽油桿之間發生偏磨［2］，降低偏磨導致躺井的幾率，減少作業成本。但現用的油管補償器［3］存在一些不足：當修井作業起油管時，油管補償器上部的油液還存留在油管內，油管起出后補償器上部的油液就會灑落在地面造成環境污染。為此，借鑒目前油管補償器的技術現狀，結合油田的生產實際，開展了滿足現場生產及環保要求的泄油式油管補償器研究與應用。

1 泄油式油管補償器設計

1.1 技術方案

泄油式油管補償器包括外管和一端插入外管內孔的內管，外管上部限位環與內管下部限位結構限位配合，內管外壁與限位環內壁形成周向密封，內管下部與外管管壁通過剪切銷釘固定連接［4］，內管插入外管的部分與外管內壁形成環空，環空有與內管內孔連通的通道，內管上部的上接頭外徑小于內管外徑。內管管壁能夠與外管限位環相對滑動，起到補償油管蠕動伸縮的作用，當修井作業起油管時，下放油管使與上接頭下端低于限位環下端面，內管與外管之間的環空、限位環與上接頭之間的環空相連，由于內管與外管之間的環空與外管內部相通，油管內的油液就能夠泄入油管與套管之間的空間，解決了泄油裝置與補償器之間油液污染地面的問題。

1.2 泄油式油管補償器結構設計

泄油式油管補償器主要是由上接頭、接頭外螺紋、卡件、滑塊、內管、泄油孔、限位臺、花鍵、外管、限位環、剪切銷釘及外管內螺紋組成，結構見圖1。

圖1 泄油式油管補償器結構

外管下部有外管內螺紋，外管上部有向外管內孔凸出的限位環，外管下端通過外管內螺紋與柱塞泵泵筒相連。

內管下部插入外管上部，內管的外徑與限位環的內徑相等且二者能形成間隙配合［5］，間隙配合范圍是0.02～0.07 mm，內管相對外管能夠上下移動起到補償油管蠕動伸縮的作用，內管還能與限位環形成軸向密封保證正常抽油生產時油管的密封。

內管下部外管管壁上有限位臺，限位臺能夠與限位環下端面形成擋止配合，防止內管脫出外管。限位臺與外管內壁通過剪切銷釘固定在一起，油管坐封時在剪切銷釘的作用下內管和外管不發生相對移動，因此可以傳遞坐封時的軸向載荷，當坐封完成后剪斷剪切銷釘，內管相對于外管能夠上下移動。

內管限位臺上設計有花鍵，防止內管與外管發生相對的軸向旋轉。內管在限位臺上部的管壁上還開設有用于連通內管內外空間的連通通道，通道為泄油孔［6］。內管上部還通過螺紋連接有外徑小于內管外徑的上接頭，上接頭上端有接頭外螺紋與補償器上部的油管相連。由于限位環凸出外管的內壁，且內管的外徑與限位環的內徑相等，因此內管與限位環下部的外管內壁之間形成環空；當上接頭下端低于限位環下端面時，上接頭與限位環之間也能夠形成環空，此時內管內部的油液可以沿著泄油孔進入內管外部的環空，隨后沿著上接頭與限位環之間的環空流到油管外部的空間，形成了由外管內部到油管外部的泄油通道，根據連通器的原理泄掉外管上部的油。

上接頭設置有能向下通過限位環的倒刺結構，該倒刺結構具有斜面結構的滑塊［7］，通過斜面結構可以使滑塊進入外管內部，滑塊上端面為平面能夠卡在限位環下端面，這樣油管在上提的過程中泄油通道不會關閉，在上提的過程中就能泄掉油管內的油。滑塊上方還有卡件，卡件能夠卡在限位環的上端面防止上接頭完全落入外管內部，防止泄油通道的封閉，卡件與彈性滑塊的距離大于限位環的高度，保證整個泄油通道的完整。

2 泄油式油管補償器工況描述

2.1 油管坐封時

如圖1所示結構，將油管下至設計位置，旋轉下放油管加壓，內管和外管之間通過剪切銷釘傳遞軸向載荷，通過外管與限位臺的結合面傳遞扭矩，利用油管自身重力使油管坐封［8］。

2.2 正常生產過程中

如圖2所示，通過下放油管繼續加壓，剪斷剪切銷釘，內管和外管之間可以相對移動，抵消了油管生產過程中的蠕動伸縮，內管外壁與限位環內壁之間處于密封狀態保證了正常的抽油生產。

圖2 正常生產過程

2.3 修井作業泄油時

如圖3所示，下放油管帶動上接頭下移，使滑塊通過限位環，當限位環被鎖止于卡件與滑塊之間，內管外徑小于外管內徑，形成由泄油孔→內外管之間環空→上接頭與限位環間環空組成的泄油通道，外管上部的油液通過泄油通道流入油管外部。

圖3 修井作業泄油時

3 現場應用效果

H90-5井是胡90塊的一口采油井，2018年12月檢泵作業時原井管柱卡，活動40 t解卡，用油井產出水75 m3反洗井，歷時3 h，未返水，用井溫找水顯示1 237 m處套管有異常，下Y221-114封隔器，驗證在1 231～1 240 m處套管漏失，下頂封封隔套管漏失段完井生產。2019年2月份該井不出油，驗證封隔器失效，免修期52 d，分析管柱蠕動造成Y221-114封隔器自動解封失效。為了延長油井免修期，滿足清潔生產需要，技術人員經過詳細論證，決定配套應用泄油式油管補償器，減緩油管蠕動造成的封隔器解封［9］，目前該井仍然在生產，免修期長達500多天，效果明顯。截止目前，中原油田濮東采油廠共應用泄油式油管補償器18口井，平均油井免修期由原來的163 d延長至326 d，節約了作業費用的同時減少了作業占產時間，提高了油井效益，同時解決了后續施工作業中起管柱時油管補償器上部油液灑落地面造成環境污染的問題。管柱圖如圖4所示。

圖4 H90-5井完井管柱圖

4 結論

（1）泄油式油管補償器的研制與應用，滿足了油井防偏磨的同時避免了修井作業時的環境污染，滿足了石油行業清潔生產需求。

（2）泄油式油管補償器工藝結構簡單，制作成本低，具有顯著的經濟效益。

（3）目前中原油田濮東采油廠頂封油井井數占全部油井數7%以上，具有較好的推廣應用前景。