井下防盜油裝置的研制

大慶油田第七采油廠 工藝QC小組

（黑龍江 大慶 163517）

井下防盜油裝置的研制

大慶油田第七采油廠 工藝QC小組

（黑龍江 大慶 163517）

小組概況

圖1為小組概況，表1為小組成員表。

選擇課題

盜放原油既給油田生產(chǎn)設(shè)備造成很大的破壞，又給油田造成巨大的經(jīng)濟損失，同時給生產(chǎn)管理帶來很大的困難。大慶油田第七采油廠地處偏遠(yuǎn)，四周村屯環(huán)繞，原油盜放現(xiàn)象較為嚴(yán)重。據(jù)初步調(diào)查(圖2），第七采油廠至少有300口重點盜放油井，僅2009年被上提并割斷光桿的油井就有251口，嚴(yán)重影響了原油生產(chǎn)。

因此，研制一種既可有效防止原油被盜，又可避免被破壞的井下防盜油裝置，對降低油田經(jīng)濟損失，保證原油生產(chǎn)任務(wù)順利完成具有重要意義，為此小組將活動課題確定為“井下防盜油裝置的研制”。

表1 QC小組成員情況簡介

設(shè)定目標(biāo)

小組成員對第七采油廠現(xiàn)存的幾種盜油方式進行調(diào)研，發(fā)現(xiàn)目前盜竊原油的方式主要分為3種。

（1）通過上提光桿、短接配電箱及加裝摩擦塊等手段，令原油采出速度小于地層溢出速度，迫使油套環(huán)空液面上升，從而打開套管閘門放油。

（2）直接從油管閘門放油。

（3）其他盜油方式。

在調(diào)研中各種盜油方式所占比例具體情況詳見圖3。從環(huán)行通道盜油占總盜油方式的91%，從油管盜油占7%，其他盜油方式占2%，其中從環(huán)行通道盜油主要有3種形式：割斷光桿方式、短接配電箱方式、加裝摩擦塊方式，所占比例分別為76%、20%、14%。

從圖3中可以看出，從環(huán)行通道盜油是目前主要的盜油方式，即通過多種方式使油套環(huán)空液面上升，然后打開套管閥門將油盜出。因此，小組成員一致認(rèn)為，防盜油裝置的主要功能應(yīng)該是--在井內(nèi)液面上升時密封住油套環(huán)行空間。這樣可防止絕大多數(shù)抽油井原油被盜，為此，小組成員制定出本次小組活動目標(biāo)：從套管盜放油量為0。

提出各種方案并確定最佳方案

1 方案的提出

針對制定的目標(biāo)，小組成員從防盜油裝置所需的技術(shù)特點入手，根據(jù)油田生產(chǎn)實際情況，運用 “頭腦風(fēng)暴法”深入研究，提出3種方案：①設(shè)計井下壓力控制開關(guān)；②設(shè)計井下溢流控制器；③設(shè)計浮力式井下防盜油裝置。

2 確定最佳方案

（1）方案1：設(shè)計井下壓力控制開關(guān)

井下壓力控制開關(guān)（圖4）計劃設(shè)計上接頭、外套、缸體、彈簧、柱塞、開關(guān)和下接頭等結(jié)構(gòu)。上下接頭與外套連接，外套的內(nèi)部設(shè)有一個裝有彈簧的缸體，在缸體的下端設(shè)有柱塞，柱塞的下部連接開關(guān)。

隨油井動管柱作業(yè)，壓力控制開關(guān)安裝于錨定丟手封隔器下部，錨定丟手封隔器在油層射孔段上部丟手（圖5）。隨著動液面上升，管柱內(nèi)壓力開關(guān)處壓力隨之升高，柱塞帶動開關(guān)開始上行壓縮彈簧，當(dāng)動液面達到一定程度(接近井口附近)，壓力控制開關(guān)自動關(guān)閉，使井筒內(nèi)的液體無法從油套環(huán)形空間放出，從而達到防盜油的目的；當(dāng)動液面下降時，彈簧推動柱塞帶動開關(guān)開始下行，直到動液面達到預(yù)定高度及以下時，壓力控制開關(guān)處于開啟狀態(tài)，不影響油井正常生產(chǎn)。

（2）方案2：設(shè)計井下溢流控制器

井下溢流控制器（圖6）計劃設(shè)計割縫管、伸縮管及裝有單流閥的封隔器等結(jié)構(gòu)。割縫管連接到伸縮管的上接頭，伸縮管的下接頭連接到裝有單流閥的封隔器上。隨油井動管柱作業(yè)，下入溢流控制器，當(dāng)油井沉沒度很低，套管內(nèi)液柱壓力與過割縫管的壓力損失遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于井底流壓，液流經(jīng)過割縫管流速很快；隨著油井產(chǎn)量的增加，沉沒度升高，套管內(nèi)液柱壓力不斷升高，過割縫管的壓力損失隨著過孔流速的降低不斷減小，當(dāng)液面接近或到達井口時，液流過割縫管的流速為0或很低，使從套管內(nèi)放油放不出或放的很慢，進而達到防盜油的目的。

（3）方案3：設(shè)計浮力式井下防盜油裝置

浮力式井下防盜油裝置（圖7）計劃設(shè)計油管接箍、中心管、密封座和密封滑塊等結(jié)構(gòu)，在作業(yè)時，將浮力防盜油裝置安裝在井口以下，上下油管接箍與油管短接或油管相連，密封滑塊選用密度低于原油密度的耐壓、耐溫材質(zhì)制成，當(dāng)環(huán)套空間內(nèi)的液面上升到該防盜裝置所在位置時，密封滑塊在油套環(huán)空液體的浮力作用下上升，與密封座的環(huán)形空間密封，阻止油套環(huán)形空間內(nèi)的液體上返，從而實現(xiàn)防盜油目的。液面下降后，密封滑塊在重力作用下自動下行打開環(huán)形空間，不影響正常的洗井、液面測試等工作。

表2 方案優(yōu)缺點對比表

小組成員根據(jù)設(shè)計思路，繪制方案優(yōu)缺點對比表（表 2）。

從表2中可以看出，3種方案各有優(yōu)、缺點，為了更準(zhǔn)確的確定出最佳方案，小組成員運用決策樹方法對方案進行優(yōu)選。通過指標(biāo)系數(shù)及項目系數(shù)，得出項目評價結(jié)果（表3、表4）。

根據(jù)指標(biāo)項目評價結(jié)果，繪制決策樹（圖8），計算綜合評價值Xi，選擇較大的Xi值，確定為最佳技術(shù)方案。

表3 指標(biāo)系數(shù)評價表

i為方案 A、B、C

根據(jù)綜合評價值確定方案3——浮力式井下防盜油裝置為最佳方案。

制定對策

表4 項目系數(shù)評價表

根據(jù)優(yōu)選的方案，小組成員通過實際考察，確定設(shè)計內(nèi)容，制定出對策實施表，并做到問題清楚，目標(biāo)明確，措施具體，專人負(fù)責(zé)，限期完成（表5）。

實施對策

小組成員根據(jù)所制定的對策實施表，各負(fù)其責(zé)，立即組織實施。

表5 對策實施表

1 實施1：設(shè)計壓蓋式可調(diào)結(jié)構(gòu)，提高裝置適應(yīng)性

因油井套管內(nèi)徑受生產(chǎn)誤差、內(nèi)壁毛刺及作業(yè)磕碰等條件的影響，套管直徑尺寸皆存在細(xì)微差別。因此，為使井下防盜油裝置可在絕大部分采油井上應(yīng)用，設(shè)計了壓蓋可調(diào)結(jié)構(gòu)（圖9、圖10）。

該結(jié)構(gòu)由旋轉(zhuǎn)壓蓋、固定座、遇水膨脹橡膠圈及頂絲組成。在井下防盜油裝置下入前，可現(xiàn)場測量套管內(nèi)徑后對密封座外徑進行調(diào)節(jié)?？紤]到套管內(nèi)徑存在的毛刺有可能在防盜油裝置下入井筒時刮壞密封圈，將密封座外徑調(diào)節(jié)至小于油井套管內(nèi)徑1mm左右即可。

為保障密封座與套管之間在承壓狀態(tài)下的密封性，本小組采用遇水可膨脹式橡膠作為密封座橡膠圈。該橡膠在遇水的狀態(tài)下在6h內(nèi)將體積膨脹至本體1.5倍以上，從而保證密封座與套管之間的密封可靠性。

第七采油廠共有抽油井3 735口，其中套管內(nèi)徑在122～126mm之間的非定點檢測井3248口，占總井?dāng)?shù)的的86.96%，而通過壓蓋式可調(diào)結(jié)構(gòu)，密封座外徑可在121～127mm之間任意調(diào)節(jié)，所以井下防盜油裝置可在全廠86.96%的抽油井上順利下入，具有較強的適應(yīng)性。

2 實施2：設(shè)計環(huán)行通道，保障動液面測試的正常實施

動液面測試是使用回聲儀，通過采集經(jīng)過油管接頭反射的接箍波信號和經(jīng)過油層表面反射的液面波信號，找出井口位置、動液面位置和基準(zhǔn)接箍波。然后利用公式來計算動液面深度。它是油田測試液面的常規(guī)方法，是確定油井沉沒度，確定抽油泵泵效的有效手段。因此，在正常生產(chǎn)時，必須在油套環(huán)形空間留有足夠空間，使聲波的上下傳遞不受干擾，從而保證動液面測試的順利實施。因此，我們在密封座上設(shè)計了環(huán)形通道，密封座與中心管通過均布的3條支撐筋連接，其余部分為中空，即形成環(huán)形通道（圖11），該通道半徑4mm，整體為環(huán)形結(jié)構(gòu)，為聲波傳遞留下了足夠的空間。試驗井葡64-93井在裝置下入3天后進行測試，液面為520m，曲線清晰，測量準(zhǔn)確，表明該結(jié)構(gòu)達到了設(shè)計要求。

3 實施3：設(shè)計上浮式密封滑塊，實現(xiàn)環(huán)空開關(guān)

為使井下防盜油裝置達到正常生產(chǎn)時不影響洗井、動液面測試等措施的實施，在停井時密封油套環(huán)形空間，打開套管閘門無油流的目的，設(shè)計了可上下靈活運動的上浮式密封滑塊。密封滑塊采用低密度（密度為 0.37g/cm3），耐高壓（25MPa），耐高溫(160℃)材質(zhì)制成，不影響油井正常的熱洗、化清等工作。根據(jù)第七采油廠原油密度0.83g/cm3，可得出計算公式為：

通過計算可以看出，浮子在平衡浮子自身重力后，仍剩余上頂力17.758N，可以實現(xiàn)浮力式井下防盜油裝置在液面到井口時封閉油套環(huán)空的目的，并在后續(xù)的室外試驗中得到了驗證（圖12）。

4 實施成果

浮力式井下防盜油裝置已在葡64-93及葡86-902井上成功應(yīng)用，經(jīng)定期動液面測試及多次現(xiàn)場停井放油試驗證明，該裝置正常工作。在現(xiàn)場作業(yè)時，該井溢流量較大，套管閘門及井口皆有液體溢出，下入浮力式井下防盜油后，套管閘門溢流立即停止。關(guān)閉所有閘門憋壓5min后，套管閘門無液體流出，說明密封滑塊與密封座之間、密封座與套管壁之間密封良好，可實現(xiàn)停井后，液面到井口時關(guān)閉油套環(huán)空的目的。應(yīng)用后，該裝置防盜效果明顯，并且地面裝置除在下入浮力式井下防盜油裝置初期遭到2次破壞外，再無遭破壞記錄，達到了麻痹盜油份子，保護油田設(shè)施的目的，節(jié)省了大量設(shè)備維修、更換及作業(yè)費用。

效果確認(rèn)

1 效果檢查

工藝QC小組通過一年來的活動，勇于創(chuàng)新，不斷完善,成功研制出浮力式井下防盜油裝置（圖13）。

（1）試驗后動液面測試情況

下入浮力式井下防盜油裝置2d后，小組成員即對葡64-93井進行現(xiàn)場動液面測試，從圖14中可看出液面測試曲線清晰，可以證明該裝置的下入，不影響抽油井動液面測試。

（2）試驗后單井放油效果及跟蹤情況

為了進一步驗證測試效果，小組成員還進行定期動液面監(jiān)督測試（表6），液面測試情況穩(wěn)定正常。

下入浮力式井下防盜油裝置后，小組成員將葡86-902停井6h，打開套管閘門放油量均為0（圖15）。

表6 葡64-93井下入浮力式防盜油裝置后效果跟蹤情況一覽表

小組成員進行每周抽樣調(diào)查，并及時與采油隊相關(guān)人員結(jié)合，確定該裝置工作正常，并且打開套管閘門放油量均為0，達到了防盜油目的，成功完成了小組本次活動確定的活動目標(biāo)。

2 效益分析

（1）經(jīng)濟效益

經(jīng)對葡64-93及葡86-902井以往盜油情況的核實，兩口井年被盜放原油約100t，截至2009年12月，防盜油裝置已試驗應(yīng)用3個月，累計防盜油量約為25t，按噸油效益2 000元計算，該井已獲得經(jīng)濟效益5萬元，實際投入費用1.2萬元，目前已獲純經(jīng)濟效益3.8萬元。若全廠大范圍推廣使用，經(jīng)濟效益將更加可觀。

（2）社會效益

浮力式井下防盜油裝置可以避免在盜油過程中出現(xiàn)的安全隱患及環(huán)保問題，對保障順利完成原油生產(chǎn)任務(wù)，創(chuàng)建環(huán)保礦區(qū)起到了積極作用。并且該裝置可麻痹盜油份子，使其誤以為抽油井產(chǎn)量不高而放棄盜油，從而避免油田物資被反復(fù)破壞，降低生產(chǎn)管理難度。

標(biāo)準(zhǔn)化

為進一步鞏固工藝QC小組所取得的成果，制訂了以下標(biāo)準(zhǔn)化措施。

（1）編寫浮力式井下防盜油裝置操作規(guī)程，加強工人的培訓(xùn)力度，杜絕違章操作現(xiàn)象發(fā)生。

（2）為了進一步擴大浮力式井下防盜油裝置的經(jīng)濟效益和社會效益，2010年計劃在大慶油田推廣應(yīng)用該裝置450口井。

總結(jié)和今后的打算

工藝QC小組通過一年來的活動，圓滿完成一個PDCA循環(huán)，成功研制出浮力式井下防盜油裝置，為保衛(wèi)油田物資，打擊盜油現(xiàn)象作出努力。而且活動后小組成員的質(zhì)量意識、團隊協(xié)作精神、分析問題、解決問題的能力都有了極大的提高。

下次活動，小組成員將針對油田經(jīng)多年注水后，管網(wǎng)結(jié)垢、腐蝕嚴(yán)重，影響注水質(zhì)量的問題，把“注水管線清洗器的研制”作為明年的活動課題。

??萍

2010-07-08