不壓井作業(yè)用堵塞工具研制及應(yīng)用

高劍鋒，王排營，祝真真，連小櫻，李向峰，胡修權(quán)

（1.中原油田分公司采油一廠，河南濮陽 457172；2.中原油田分公司采油工程技術(shù)研究院，河南濮陽 457001）①

不壓井作業(yè)是在井口有壓力的狀態(tài)下，利用專用不壓井作業(yè)裝置和配套堵塞工具在常規(guī)作業(yè)機的配合下進行不壓井起下管柱的一種作業(yè)方法［1］。主要設(shè)備由提升系統(tǒng)、環(huán)空密封系統(tǒng)、防頂系統(tǒng)、管柱密封系統(tǒng)組成。它需要和管柱堵塞器的相互配合來實現(xiàn)帶壓環(huán)境下起下管柱作業(yè)，管柱內(nèi)的壓力依靠堵塞器來控制。由于文留油田生產(chǎn)管柱結(jié)構(gòu)復(fù)雜，現(xiàn)有的堵塞器不能滿足生產(chǎn)需要，為此，中原油田采油一廠的科技人員從2011－04開始，先后研制了滑塊式油管堵塞器、壓通式喇叭口、投撈式堵塞器、泵下壓通式閥座以及套管堵塞器，滿足了不壓井作業(yè)的需要。

1 油管堵塞工具研制

1.1 滑塊式油管堵塞器

結(jié)構(gòu)如圖1，技術(shù)參數(shù)如表1。工作時，滑塊式油管堵塞器是從井口投入，用水泥車泵送至預(yù)定位置。釋放泵送壓力，堵塞器在下部壓力推動下上行，卡瓦支撐油管內(nèi)壁坐封，密封膠皮受壓膨脹，單獨完成起泵管柱、油管輸送管柱、卡封壓裂管柱、分注管柱等有承坐位置（管柱下部某處直徑小于堵塞器外徑）的油管內(nèi)堵塞。

圖1 滑塊式油管堵塞器結(jié)構(gòu)

表1 滑塊式油管堵塞器的技術(shù)參數(shù)

1.2 壓通式喇叭口

結(jié)構(gòu)如圖2，技術(shù)參數(shù)如表2。工作時，該工具連接在施工管柱的最下部，下至設(shè)計位置，正加壓5 MPa，打掉鋁質(zhì)閥芯。單獨完成下擠堵、注灰等管柱的內(nèi)堵塞，滿足電纜過油管測試及其他工藝要求。

圖2 壓通式喇叭口結(jié)構(gòu)

表2 壓通式喇叭口的技術(shù)參數(shù)

1.3 投撈式堵塞器

結(jié)構(gòu)如圖3，技術(shù)參數(shù)如表3。投撈式堵塞器是用鋼絲輸送至預(yù)定深度，上提鋼絲，錐頭上行卡瓦張開支撐油管內(nèi)壁坐封，密封膠皮受壓膨脹，實現(xiàn)油管堵塞。再上提一定拉力鋼絲接頭（如圖4），將其與堵塞器接頭脫開，實現(xiàn)油管堵塞。投撈式堵塞器與鋼絲接頭合用完成起下無承坐管柱（光油管）的油管內(nèi)堵塞。

圖3 投撈式堵塞器結(jié)構(gòu)

圖4 鋼絲接頭

表3 投撈式堵塞器的技術(shù)參數(shù)

1.4 泵下壓通式閥座

結(jié)構(gòu)如圖5。該工具連接在泵固定球座上。壓通式閥座的閥球和固定閥球為同一球，一球兩用。下泵過程中球在上部，與上密封面是密閉的，井內(nèi)流體不能進入油管。抽油泵和抽油桿下到設(shè)計深度后，將活塞提出工作筒，連接好井口三通和放噴盒，對泵管柱正加壓6～10MPa，將固定閥推出上止點，打入密封腔固定閥球座，實現(xiàn)固定閥的抽吸功能，完井開抽生產(chǎn)。

圖5 泵下壓通式閥座結(jié)構(gòu)

2 套管堵塞器研究

作業(yè)更換井口裝置過程中，雖然在換前對井筒灌注壓井液，由于更換時間長，或因地層漏失、液面下降，極有可能發(fā)生井涌現(xiàn)象，造成環(huán)境污染。研制套管堵塞器及帶管換井口裝置技術(shù)，滿足不壓井作業(yè)需要。

2.1 結(jié)構(gòu)

套管堵塞器由上接頭、卡瓦、膠皮、扶正體等組成，結(jié)構(gòu)如圖6。

圖6 套管堵塞器結(jié)構(gòu)

2.2 工作原理

專用連桿與堵塞器上接頭對接，順時針旋轉(zhuǎn)專用工具帶動中心管上行，卡瓦在錐體上升過程中與卡瓦座配合，卡瓦張開支撐在套管壁上。繼續(xù)旋轉(zhuǎn)專用工具，堵塞器下端繼續(xù)上行，此時壓縮膠筒，達到密封套管的目的。這時可進行井口裝置更換操作。井口裝置安裝完畢，需進行放壓時，順時針旋轉(zhuǎn)頂桿打開閥泄壓，逆時針旋轉(zhuǎn)專用工具，將迫使中心管下行，膠筒收縮恢復(fù)原狀，繼續(xù)下行卡瓦收縮。用吊卡將堵塞器起出。

2.3 技術(shù)參數(shù)（如表4）

表4 套管堵塞器的技術(shù)參數(shù)

3 施工步驟［2］

3.1 管柱內(nèi)堵塞

1）作業(yè)前用鋼絲或電纜下入不少于堵塞工具尺寸的通徑規(guī)，進行通管校深，中途遇阻可進行清蠟或除垢。

2）用油管、鋼絲、電纜或泵送等方式將堵塞工具投送至設(shè)計深度。

3）堵塞后觀察30min，無溢流為堵塞合格。

4）堵塞合格應(yīng)進行校深，核實堵塞工具深度。

3.2 安裝

1）在專人指揮下拆除井口大四通以上采油樹部分。安裝不壓井作業(yè)裝置，該裝置與井口保持同心，垂直度誤差不大于2°。安裝護欄、斜梯、逃生滑道、油管坡道。

2）安裝修井機控制臺，安裝剎車機構(gòu)、液壓指重表、接好控制管線，并調(diào)試合格。連接平衡泄壓系統(tǒng)的平衡及放噴管線。安裝液控管線。

3.3 試提管柱并起懸掛器

1）下入提升短節(jié)，與懸掛器連接。

2）關(guān)閉環(huán)形防噴器，關(guān)閉游動卡瓦，井口頂絲退到位。

3）用升降液缸試提，載荷不正常應(yīng)停止試提，查明原因。

4）用升降液缸上提懸掛器至半封防噴器與環(huán)形防噴器之間。

5）關(guān)閉半封防噴器。

6）打開泄壓閥，泄掉半封防噴器與環(huán)形防噴器之間的壓力。打開環(huán)形防噴器。

7）用升降液缸上提懸掛器至環(huán)形防噴器上部。

8）關(guān)閉環(huán)形防噴器。關(guān)閉泄壓閥。打開平衡閥。打開半封防噴器。

9）繼續(xù)上提懸掛器至工作面，關(guān)閉固定卡瓦，打開游動卡瓦，卸掉懸掛器。

3.4 起下管柱

1）用大鉤起管柱關(guān)閉環(huán)形防噴器，懸重顯示不小于20kN 時宜采用大鉤起管柱，控制上提速度不應(yīng)超過5m／min。

2）加壓起管柱用大鉤起管柱至懸重顯示不大于20kN 時，先關(guān)閉固定卡瓦、后關(guān)閉游動卡瓦，再打開固定卡瓦。操作升降液缸帶動管柱上行1個行程，關(guān)閉固定卡瓦，打開游動卡瓦。操作升降液缸下行1個行程回位。反復(fù)以上操作，卸扣起出1根管，直至將最后1根管尾部起至全封閘板與環(huán)形防噴器之間。關(guān)閉固定卡瓦，關(guān)閉全封閘板。打開泄壓閥，泄掉三閘板防噴器與環(huán)形防噴器之間的壓力。打開環(huán)形防噴器，打開固定卡瓦，起出最后1根管。關(guān)閉固定卡瓦，關(guān)閉游動卡瓦。

3）加壓下管柱堵塞工具應(yīng)與下井管柱相匹配，并安裝在管柱尾部。下第1根管，關(guān)閉全封閘板，關(guān)閉平衡閥。打開泄壓閥，打開全封防噴器。打開固定卡瓦，打開游動卡瓦。將第1根管尾部下入全封閘板與環(huán)形防噴器之間。關(guān)閉固定卡瓦，關(guān)閉環(huán)形防噴器，關(guān)閉泄壓閥。打開平衡閥，打開全封閘板。操作升降液缸上行1個行程，關(guān)閉游動卡瓦。打開固定卡瓦，操作升降液缸帶動管柱下行1個行程。關(guān)閉固定卡瓦，打開游動卡瓦，重復(fù)以上操作直至管柱下至工作面，接1根管，重復(fù)以上步驟步加壓下管柱。下大直徑井下工具至環(huán)形防噴器上部，關(guān)閉半封防噴器，打開泄壓閥，泄掉半封防噴器與環(huán)形防噴器之間的壓力。打開環(huán)形防噴器。大直徑井下工具下至環(huán)形防噴器與半封防噴器之間。關(guān)閉環(huán)形防噴器。關(guān)閉泄壓閥。打開平衡閥。打開半封防噴器。重復(fù)以上操作下管柱。

4）用大鉤下管柱關(guān)閉環(huán)形防噴器，加壓下管懸重顯示大于20kN 時宜改用大鉤下管柱。

5）更換井口裝置根據(jù)井內(nèi)壓力，計算最大上頂力，選擇合適堵塞工具下入井筒內(nèi)20m 以下，封堵井筒。觀察30 min，井口無溢流，確認封堵成功。拆卸不壓井作業(yè)裝置。更換井口裝置后，安裝不壓井作業(yè)裝置，根據(jù)井內(nèi)堵塞工具結(jié)構(gòu)及工作原理，解除井筒封堵。

6）裝懸掛器油管下完后用提升短節(jié)接懸掛器（裝有密封圈）至環(huán)形防噴器上部，打開環(huán)形防噴器，使懸掛器過環(huán)形防噴器，關(guān)閉環(huán)形防噴器，下入大四通并坐穩(wěn)，頂上頂絲。打開泄壓閥，打開環(huán)形防噴器，退出提升短節(jié)。

7）完井按照要求下至設(shè)計深度，根據(jù)井內(nèi)堵塞工具結(jié)構(gòu)及工作原理，用油管、鋼絲、電纜或加壓等方式解除堵塞，實現(xiàn)正常生產(chǎn)。拆卸不壓井作業(yè)裝置，安裝連接井口及生產(chǎn)流程。

4 應(yīng)用實例

2011－08－12，文留油田文13－側(cè)356井自噴轉(zhuǎn)抽施工時，油壓1.5 MPa、套壓4.5 MPa，采取油管投滑塊式油管堵塞器。2011－08－15起出射孔管柱，2011－08－16—19下?50mm 泵（下帶壓通式閥座）及油管、抽油桿。探泵后，倒扣起出1根抽油桿。拆卸不壓井裝置，裝井口及流程，下抽油桿1根，將活塞提出工作筒。2011－08－20用清水加壓6 MPa，打通壓通式閥座。并對泵及油管試壓5 MPa合格。將活塞下入工作筒探泵底，上提防沖距完井。

2011－05—12，采用不壓井作業(yè)技術(shù)共進行了油水井作業(yè)23井次，油管內(nèi)堵塞器投堵一次成功率100%。未造成環(huán)境污染，油井作業(yè)后平均縮短排液時間2d，水井作業(yè)平均每口井減少放溢流時間10 d，共節(jié)約作業(yè)費用￥355.37萬元，單井日增油4t。其中水井不壓井作業(yè)16口井，創(chuàng)效益￥61.475萬元。

5 結(jié)論

1）油管堵塞工具和套管堵塞器的研制成功，滿足了不壓井作業(yè)技術(shù)的需要，對保護油氣層、避免地層污染、增儲上產(chǎn)、提高采收率等都起到了顯著的作用。

2）不同作業(yè)工況采用不同的堵塞器，實現(xiàn)了管柱內(nèi)堵塞。密封膠皮下的卡瓦結(jié)構(gòu)使井下的高壓液體不會將堵塞器從油管頂出，確保不壓井作業(yè)順利進行。起抽油桿主要采取配套防噴短接及抽油桿防噴器技術(shù)進行起鉆，利用平衡四通閥進行放壓放噴；起原井管柱（射孔管柱、分注管柱等）主要采用鋼絲、電纜或加壓輸送油管堵塞器堵塞技術(shù)。下泵主要采用泵下接壓通式閥座堵塞技術(shù)；起下光油管及其他底部無阻擋管柱可采取下投撈式堵塞器、壓通式喇叭口等油管堵塞技術(shù)；換井口利用套管堵塞器或封隔器等方式實現(xiàn)套管堵塞工藝技術(shù)。

3）針對通井、刮削、鉆塞、沖砂等非完井管柱及帶壓起射孔槍身等作業(yè)，目前還沒有成熟的防噴技術(shù)，將作為今后的研究課題，解決結(jié)蠟、結(jié)垢油管堵塞問題，并完善投堵校深、打撈工藝技術(shù)，使不壓井作業(yè)技術(shù)日趨完善。

［1］楊永超，權(quán)培豐，崔大慶，等.ZY－1型帶壓作業(yè)裝置的研究與應(yīng)用［J］.石油礦場機械，2000，29（3）：22－23.

［2］中國石油化工集團公司井控培訓(xùn)教材編寫組.井下作業(yè)井控技術(shù)［M］.東營：中國石油大學(xué)出版社，2008：89－92.