高氣油比油井丟手式防噴管柱

唐 凡羅有剛姚 洋劉嘉文程 顥王 茜

（1.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司油氣工藝研究院，陜西西安 710021；2.低滲透油氣田勘探開(kāi)發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，陜西西安 710021；3.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，陜西西安 710018；4.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第五采油廠，陜西西安 710086）

高氣油比油井丟手式防噴管柱

唐 凡1，2羅有剛1，2姚 洋1，2劉嘉文2，3程 顥1，2王 茜4

（1.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司油氣工藝研究院，陜西西安 710021；2.低滲透油氣田勘探開(kāi)發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，陜西西安 710021；3.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，陜西西安 710018；4.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第五采油廠，陜西西安 710086）

引用格式：唐凡，羅有剛，姚洋，等. 高氣油比油井丟手式防噴管柱［J］.石油鉆采工藝，2015，37（6）：119-121.

針對(duì)長(zhǎng)慶油田高氣油比區(qū)塊油井在作業(yè)起下管柱過(guò)程中出現(xiàn)的油氣溢出井口問(wèn)題，開(kāi)展了高氣油比油井防噴工藝技術(shù)研究，依據(jù)井下開(kāi)關(guān)閥的原理對(duì)管柱進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。該管柱采用懸掛封隔器、旋板開(kāi)關(guān)和單流密封插管等關(guān)鍵工具，檢泵作業(yè)時(shí)旋板開(kāi)關(guān)關(guān)閉，將地層油氣封堵在封隔器下部，解決了起下管柱過(guò)程中油氣溢出井口無(wú)法防噴的技術(shù)難題。經(jīng)室內(nèi)測(cè)試及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，該管柱實(shí)現(xiàn)了起下鉆過(guò)程中防止地層油氣噴出地面的作用，達(dá)到檢泵作業(yè)時(shí)防噴的目的。

高氣油比；防噴管柱；旋板開(kāi)關(guān)；單流密封插管

長(zhǎng)慶油田三疊系油藏氣油比在80～120 m3/m3，在油井檢泵作業(yè)時(shí)，部分井出現(xiàn)油氣從油管噴出地面的現(xiàn)象，不僅造成了對(duì)周邊環(huán)境的污染，還存在一定的安全隱患［1-3］。目前在修井檢泵作業(yè)下管柱過(guò)程中主要采用防噴泄油器來(lái)防止地層油氣從油管噴出［4-6］，但在起管柱時(shí)，因泄油器已打開(kāi)，與油管內(nèi)外實(shí)現(xiàn)了連通，無(wú)法再起到防噴作用；而對(duì)于地層能量較高且套返的油井進(jìn)行檢泵作業(yè)時(shí)，起鉆因無(wú)法防噴，需要在井口放噴泄壓，待放噴后才能進(jìn)行檢泵作業(yè)，大大影響了油井采油時(shí)率；此外，由于結(jié)蠟等原因熱洗井筒時(shí)，無(wú)洗井保護(hù)裝置，易對(duì)儲(chǔ)層造成傷害。鑒于此研制了具有防噴、洗井保護(hù)、泄油功能的丟手式油井防噴管柱［7-9］，防止檢泵作業(yè)起下管柱過(guò)程中油氣噴出地面污染環(huán)境，同時(shí)在洗井時(shí)防止洗井液進(jìn)入地層，避免對(duì)地層的傷害。

1　油井防噴管柱

1.1管柱結(jié)構(gòu)與工作原理

油井丟手式防噴管柱主要包括管式抽油泵、篩管、單流密封插管、懸掛封隔器、旋板開(kāi)關(guān)、連通閥和底部球座，如圖1所示。丟手式防噴管柱初次使用，需要兩趟管柱。首先，將球座、連通閥、懸掛封隔器和旋板開(kāi)關(guān)連接成丟手管柱，將丟手管柱下到預(yù)定位置后，打壓坐封并實(shí)現(xiàn)丟手；其次連接生產(chǎn)管柱，將單流密封插管隨生產(chǎn)管柱下入，插入旋板開(kāi)關(guān)中，打開(kāi)旋板開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)油層段與懸掛封隔器上部的連通，可實(shí)現(xiàn)正常抽油。同時(shí)在洗井過(guò)程中，通過(guò)洗井保護(hù)閥及洗井保護(hù)皮碗，確保洗井液不會(huì)通過(guò)油管內(nèi)及插管與旋板開(kāi)關(guān)間隙污染地層。檢泵作業(yè)時(shí)，上提單流密封插管，旋板開(kāi)關(guān)在強(qiáng)制復(fù)位彈簧的作用下關(guān)閉，將封隔器下部地層油氣封堵，起到防止地層流體溢出井口的作用。

圖1　丟手式防噴管柱結(jié)構(gòu)

1.2技術(shù)指標(biāo)與技術(shù)特點(diǎn)

防噴管柱技術(shù)指標(biāo)：坐封壓力12～15 MPa ；工作壓力15 MPa；工作溫度120 ℃；解封負(fù)荷50～80 kN；適用套管內(nèi)徑?121～?124 mm。

技術(shù)特點(diǎn)：檢泵作業(yè)時(shí)，不需動(dòng)丟手管柱，上提生產(chǎn)管柱，旋板開(kāi)關(guān)關(guān)閉，將油層段與懸掛封隔器上部封閉；采用機(jī)械式開(kāi)啟與關(guān)閉，開(kāi)關(guān)性能可靠；洗井時(shí)，通過(guò)單流密封插管可防止洗井液進(jìn)入地層造成儲(chǔ)層污染。

1.3關(guān)鍵配套工具結(jié)構(gòu)及原理

1.3.1單流密封插管 單流密封插管主要由洗井保護(hù)閥［10］（上接頭、單流閥罩、閥球、閥座）、洗井保護(hù)皮碗（皮碗膠筒、中心管、支撐座）、導(dǎo)流插管（導(dǎo)流孔 、導(dǎo)流頂桿）組成，如圖2所示。其工作原理：?jiǎn)瘟髅芊獠骞苓B接在生產(chǎn)管柱最下段，將導(dǎo)流頂桿插入旋板開(kāi)關(guān)內(nèi)，打開(kāi)旋板開(kāi)關(guān)使其與油層連通，井筒中液體通過(guò)導(dǎo)流孔進(jìn)入懸掛封隔器上部油套環(huán)形空間；洗井時(shí)，由于洗井保護(hù)閥具有單向流動(dòng)的特點(diǎn)，洗井液不能通過(guò)單向閥進(jìn)入地層，同時(shí)，單流密封插管上的洗井保護(hù)皮碗起到密封作用，使洗井液無(wú)法通過(guò)單流密封插管與旋板開(kāi)關(guān)之間的間隙污染地層，防止洗井液倒灌入地層。

圖2　單流密封插管結(jié)構(gòu)

1.3.2旋板開(kāi)關(guān) 旋板開(kāi)關(guān)主要由上接頭、固定銷座、旋轉(zhuǎn)軸、旋板機(jī)構(gòu)、推桿、強(qiáng)制復(fù)位彈簧、下接頭等組成，如圖3所示。其工作原理：旋板開(kāi)關(guān)上端連接在懸掛封隔器上，單流密封插管中導(dǎo)流頂桿插入旋板開(kāi)關(guān)內(nèi)，旋板受到導(dǎo)流頂桿的推力，以旋轉(zhuǎn)軸為軸心向下運(yùn)動(dòng)，并推動(dòng)推桿壓縮強(qiáng)制復(fù)位彈簧收縮，使旋板開(kāi)關(guān)處于打開(kāi)狀態(tài)，與地層連通；當(dāng)單流密封插管上提起出時(shí)，依靠強(qiáng)制復(fù)位彈簧的彈力推動(dòng)推桿使旋板機(jī)構(gòu)復(fù)位，使其處于關(guān)閉狀態(tài)，與地層封閉。

圖3　旋板開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)

2　室內(nèi)實(shí)驗(yàn)

2.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康募斑^(guò)程

（1）旋板開(kāi)關(guān)下密封性能實(shí)驗(yàn)。主要是驗(yàn)證旋板開(kāi)關(guān)關(guān)閉狀態(tài)下，其對(duì)下部地層流體的承壓及密封性能，將試壓接頭等連接好，從套管打壓至20 MPa，并穩(wěn)壓5 min，上部篩管不出水，同時(shí)停泵后壓力穩(wěn)定不降，說(shuō)明旋板開(kāi)關(guān)下密封性能完好。

（2）旋板開(kāi)關(guān)與單流密封插管打開(kāi)、關(guān)閉實(shí)驗(yàn)。主要是驗(yàn)證旋板開(kāi)關(guān)能否正常打開(kāi)、關(guān)閉及其密封性能，連接好試壓接頭，從油管打壓15 MPa打開(kāi)底部連通閥，并在單流密封插管上接小管，插入油管內(nèi)，從套管打壓5 MPa，并穩(wěn)壓不放，給單流密封插管施加下壓噸位，若油管上部小管出水且套壓下降為0，表明旋板開(kāi)關(guān)打開(kāi)；上提單流密封插管，將單流密封插管上部小管取出，在油管上部接打壓頭，從油管打壓10 MPa，停泵后壓力穩(wěn)定不降，表明旋板開(kāi)關(guān)關(guān)閉，同時(shí)反復(fù)插拔單流密封插管，觀察彈簧抗疲勞能力。

2.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果

室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1，通過(guò)不同壓力條件下，從套管打壓5.2～20.8 MPa，停泵后5 min壓力穩(wěn)定不降，表明旋板開(kāi)關(guān)下密封性能完好，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求；同時(shí)，對(duì)單流密封插管反復(fù)進(jìn)行加壓下放、上提，加壓下放單流密封插管后，單流密封插管上部能正常出水，套壓落0；上提單流密封插管后，從油管打壓10 MPa，停泵后5 min壓力穩(wěn)定不降，表明單流密封插管與旋板開(kāi)關(guān)配合使用后，旋板開(kāi)關(guān)打開(kāi)、關(guān)閉正?？煽浚芊庑阅芰己?，能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)需求。

表1　旋板開(kāi)關(guān)及插管密封器性能實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

3　現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

2013年11月在合水油田某檢泵井進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，試驗(yàn)井完鉆井深1 406.0 m，氣油比86.5 m3/t。該井檢泵前因地層能量高、氣油比大，井口有溢流，起管柱時(shí)有井液從油管噴出地面。在地面實(shí)施放噴泄壓后下入丟手式防噴工藝管柱，封隔器坐封完畢后驗(yàn)證了該管柱的防噴效果。

在試驗(yàn)過(guò)程中緩慢下放生產(chǎn)管柱，當(dāng)接近封隔器位置時(shí)，下放生產(chǎn)管柱，并從油套環(huán)空隔0.5 h測(cè)試液面變化情況，下放管柱后液面逐漸上升，表明旋板開(kāi)關(guān)已打開(kāi)，將地層流體與井口連通，可實(shí)現(xiàn)正常生產(chǎn)；然后上提管柱，進(jìn)行起油管作業(yè)，上提管柱后，從油套環(huán)空測(cè)試液面，發(fā)現(xiàn)液面基本保持不變，表明旋板開(kāi)關(guān)關(guān)閉，將地層流體與井口阻斷，同時(shí)上提油管30根，在起油管過(guò)程中觀察井口，井口無(wú)溢流，未出現(xiàn)地層流體溢出井口，起到了防噴效果。

從現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)來(lái)看，應(yīng)用丟手式油井防噴管柱后，有效解決了起下管柱過(guò)程中地層油氣溢出井口的問(wèn)題，縮短了因井口泄壓造成的修井占井時(shí)間，提高了油井開(kāi)井時(shí)率，避免了油氣噴出地面污染環(huán)境，產(chǎn)生了明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，達(dá)到了預(yù)期效果。

4　結(jié)論

（1）針對(duì)高氣油比井作業(yè)存在的問(wèn)題，研制了單流密封插管、旋板開(kāi)關(guān)組成的丟手式防噴管柱，解決了高氣油比井檢泵作業(yè)過(guò)程中，油氣從油管噴出地面污染環(huán)境的問(wèn)題。

（2）旋板開(kāi)關(guān)、單流密封插管通過(guò)機(jī)械式強(qiáng)啟強(qiáng)閉結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，旋板開(kāi)關(guān)安全可靠，旋板開(kāi)關(guān)密封性能良好。單流密封插管通過(guò)洗井保護(hù)閥及洗井保護(hù)皮碗，可以有效防止洗井液污染地層。

（3）丟手式防噴管柱對(duì)井口有溢流的檢泵井，節(jié)省了放噴泄壓時(shí)間，降低了成本。但在初次施工時(shí)，需要兩趟管柱完成，且需要?jiǎng)佑帽密噥?lái)完成懸掛封隔器的坐封，因此在高頻檢泵井使用較為經(jīng)濟(jì)。

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（修改稿收到日期 2015-11-10）

〔編輯 李春燕〕

Release-type BOP string for oil wells with high gas-oil ratio

TANG Fan1，2，LUO Yougang1，2，YAO Yang1，2，LIU Jiawen2，3，CHENG Hao1，2，WANG Qian4
（1. Oil & Gas Technology Research Institute of Changqing Oilfield Company，CNPC，Xi'an 710021，China；2. National Engineering Laboratory for Exploration and Deνelopment of Low-Permeability Oil & Gas Fields，Xi'an 710021，China；3. Research Institute of Petroleum Exploration and Deνelopment of Changqing Oilfield Company，CNPC，Xi'an 710018，China；4. NO.5 Oil Production Plant of Changqing Oilfield Company，CNPC，Xi'an 710086，China）

In view of the oil/gas flowing out of the wellhead during pipe tripping in wells in high gas-oil ratio block of Changqing Oilfield，research was conducted on blowout prevention technology for wells with high gas-oil ratio and optimization design was made to the pipe string based on the principle of down-hole switch valve. This pipe string used key tools like suspended packer，vane switch and uniflow sealing intubation. The vane switch is closed during pump inspection，which blocks off the formation oil/gas below the packer，hence solving the difficulty of oil/gas flowing out of the wellhead during pipe tripping. Lab tests and field application show that this pipe string realizes the function of preventing oil/gas from blowing out of surface and achieves the goal of blowout prevention during pump inspection.

high gas-oil ratio； blowout prevention pipe string； vane switch； uniflow sealing intubation

TE931.2

B

1000-7393（ 2015 ） 06-0119-03 doi:10.13639/j.odpt.2015.06.031

唐凡，1980生。2004年畢業(yè)于西安石油大學(xué)油氣儲(chǔ)運(yùn)專業(yè)，現(xiàn)主要從事采油工藝方面的研究工作。E-mail：tangf_cq@ petrochina.com.cn。