不壓井作業(yè)裝置的技術(shù)分析及應(yīng)用探討

寇 富

（大慶石油管理局裝備集團(tuán)松原機(jī)械總廠，吉林松原 138000）

0 引言

為保證油井的正常作業(yè)要定期進(jìn)行修井作業(yè)，但傳統(tǒng)的修井作業(yè)工藝需要對(duì)油井進(jìn)行放噴作業(yè)，既會(huì)使地層壓力受到極大損失，也對(duì)環(huán)境造成極大污染。為克服上述缺點(diǎn)，開發(fā)出可以在帶壓情況下進(jìn)行修井的修井裝置。不壓井作業(yè)裝置的研發(fā)以及在油田修井作業(yè)上的應(yīng)用，不僅能最大限度地保護(hù)地層壓力以及地層結(jié)構(gòu)，也對(duì)周邊環(huán)境起到了很好的保護(hù)作用。因此，不壓井作業(yè)裝置在國外發(fā)達(dá)國家的石油企業(yè)中，早就得到了應(yīng)用和開發(fā)。而我國不壓井作業(yè)裝置的研發(fā)起步較晚，不壓井作業(yè)裝置的設(shè)備，以及不壓井作業(yè)修井技術(shù)，都遠(yuǎn)落后于國外發(fā)達(dá)國家，但在經(jīng)過多年研究后，目前我國已經(jīng)能夠自主的生產(chǎn)用于修井作業(yè)的不壓井作業(yè)裝置。

1 不壓井作業(yè)裝置技術(shù)

1.1 特點(diǎn)及分類

（1）不壓井作業(yè)裝置在進(jìn)行修井作業(yè)的時(shí)候，不需要對(duì)油井進(jìn)行放噴或是壓井作業(yè)，在油井保持壓力的情況下，通過不壓井作業(yè)裝置的井口裝置對(duì)井下壓力進(jìn)行密封，實(shí)現(xiàn)對(duì)井底壓力的控制，而油套環(huán)空和油管之間的壓力則是通過在油管內(nèi)放置一個(gè)堵塞器來實(shí)現(xiàn)對(duì)油管內(nèi)壓力的控制。與傳統(tǒng)的壓井修井作業(yè)相比較，不壓井作業(yè)裝置具有很多優(yōu)點(diǎn)，例如，傳統(tǒng)的壓井修井作業(yè)在井底通過注入壓井液實(shí)現(xiàn)對(duì)井底壓力的控制，但是壓井液再注入地層后，有極大的可能會(huì)造成井壁或者地層孔隙的堵塞。在完成油井的修井作業(yè)并恢復(fù)油井的生產(chǎn)作業(yè)后，會(huì)對(duì)油井的出液量造成很大的影響，同時(shí)放噴作業(yè)會(huì)對(duì)環(huán)境造成很大污染。而不壓井作業(yè)裝置，不需要通過壓井，在油井帶壓的情況下就可以完成修井作業(yè)，而且不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，同時(shí)現(xiàn)代的不壓井作業(yè)裝置在舉升力上，也比傳統(tǒng)的壓井作業(yè)裝置要大很多。

（2）目前國內(nèi)研制的不壓井作業(yè)裝置，主要有2種形式，即輔助式不壓井作業(yè)裝置和獨(dú)立撬裝式不壓井作業(yè)裝置。輔助式的不壓井作業(yè)裝置需要通過修井機(jī)以及吊車的配合才能完成修井作業(yè)，它的作業(yè)成本較低，而且拆裝也比較方便。而獨(dú)立撬裝式不壓井作業(yè)裝置，則不需要其他輔助設(shè)備的輔助，它是將作業(yè)裝置的主體部分安裝在一個(gè)底盤車上來完成獨(dú)立移動(dòng)。獨(dú)立撬裝式的不壓井作業(yè)裝置在到達(dá)修井作業(yè)現(xiàn)場以后，可以通過修井機(jī)的移動(dòng)與井口自動(dòng)進(jìn)行對(duì)中，然后就可以開始進(jìn)行修井作業(yè)，目前我國的修井作業(yè)行業(yè)中，獨(dú)立式的不壓井作業(yè)裝置應(yīng)用比較廣泛。

1.2 裝置機(jī)構(gòu)

（1）不壓井作業(yè)裝置主要由動(dòng)力源、卡瓦、環(huán)形防噴器、閘板防噴器、平衡四通、液壓缸以及液壓，控制系統(tǒng)組成?？ㄍ咧饕晒潭ㄍ吆头理斂ㄍ呓M成，卡瓦的作用是在修井作業(yè)時(shí)卡緊油管，防止油管的上竄和下落，液壓缸的作用是為油管的舉升提供動(dòng)力；環(huán)形防噴器和閘板防噴器的作用是控制井底壓力；平衡系統(tǒng)的作用是平衡井下壓力及進(jìn)行放空作業(yè)；不壓井作業(yè)裝置的動(dòng)力來源是由柴油發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的液壓泵作為動(dòng)力源。

（2）不壓井作業(yè)裝置還有其他一些輔助設(shè)備，如逃生滑道、扶梯、油管滑道等，這些設(shè)備都是在不壓井作業(yè)裝置在作業(yè)時(shí)，提供安全以及輔助作用。

1.3 作業(yè)原理

（1）不壓井作業(yè)裝置作業(yè)時(shí)，首先通過在油管內(nèi)下入堵塞器控制井底的壓力，防止井下壓力通過油管泄漏。然后將整個(gè)裝置的主體部分安裝在井口上，通過卡瓦和液壓缸的組合將井底的油管拔出井口。在油管的接箍通過防噴器的時(shí)候，就要先通過平衡系統(tǒng)的平衡閥將閘板防噴器兩側(cè)的壓力進(jìn)行平衡。平衡四通的平衡閥通過平衡管路與井口連接，當(dāng)平衡閥打開時(shí)井底的壓力就會(huì)通過平衡管路進(jìn)入四通內(nèi)，這樣閘板防噴器兩側(cè)的壓力就達(dá)到了平衡，然后再打開下閘板防噴器讓接箍順利通過，在接箍通過閘板防噴器后則關(guān)閉下閘板防噴器，然后關(guān)閉平衡四通的平衡閥，打開平衡系統(tǒng)的泄壓閥，將平衡四通環(huán)空內(nèi)的壓力卸掉，然后打開上閘板防噴器讓油管接箍順利的通過。

（2）當(dāng)液壓缸在起油管的作業(yè)過程中，液壓缸的行程達(dá)到最大的時(shí)候，首先要關(guān)閉固定卡瓦，打開游動(dòng)卡瓦，然后將液壓缸下放到最小行程內(nèi)，這時(shí)再關(guān)閉游動(dòng)卡瓦，然后打開固定卡瓦，進(jìn)行液壓缸的下一個(gè)行程作業(yè) 。一般情況下，不壓井作業(yè)裝置的液壓缸行程約3 m，因此在進(jìn)行油管的起下作業(yè)時(shí)，都要通過卡瓦和液壓缸交替運(yùn)行2～3次以后，才可以完成一根油管的起下作業(yè)。

（3）不壓井作業(yè)裝置液壓系統(tǒng)的所有操作，都是通過操作平臺(tái)上的液壓操作平臺(tái)來實(shí)現(xiàn)的。

2 不壓井作業(yè)裝置的發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 不壓井作業(yè)技術(shù)國內(nèi)外的發(fā)展

（1）不壓井作業(yè)技術(shù)首先是在國外興起的，早在1929年，不壓井工藝的概念由Otis壓力控制公司的Herber C.Otis提出。早期的不壓井作業(yè)裝置需要通過鉆機(jī)和修井機(jī)來完成修井作業(yè)，修井作業(yè)裝置本身的結(jié)構(gòu)只包括鋼絲繩滑輪系統(tǒng)，對(duì)管柱的上提和下放作業(yè)主要是通過絞車連接大鉤來完成。傳統(tǒng)的修井作業(yè)技術(shù)，必須再經(jīng)過壓井作業(yè)后才能夠進(jìn)行油管的上提和下放作業(yè)。在20世紀(jì)60年代，出現(xiàn)了配備液壓缸作業(yè)的不壓井作業(yè)裝置，不壓井作業(yè)人員就不用再依賴修井機(jī)來提供動(dòng)力完成油管的上提和下放作業(yè)，作業(yè)的安全性和作業(yè)效率都得到極大提升，也使不壓井作業(yè)裝置在油田的修井作業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，20世紀(jì)80年代，出現(xiàn)了第一臺(tái)車載輔助式的不壓井作業(yè)裝置，極大提升了不壓井作業(yè)裝置的機(jī)動(dòng)性。

（2）在我國不壓井作業(yè)裝置的研發(fā)起步較晚，不壓井作業(yè)裝置的裝備及技術(shù)水平都很落后，但經(jīng)過科研人員研發(fā)后，我國在不壓井作業(yè)裝置的研發(fā)及使用上也取得了一定成績。如湖北第四石油機(jī)械廠、華北榮盛機(jī)械制造有限公司等，在不壓井作業(yè)裝置的研發(fā)及生產(chǎn)上都走在了國內(nèi)不壓井作業(yè)裝置技術(shù)的前列。而且經(jīng)過多年研究后，在不壓井作業(yè)裝置的液壓系統(tǒng)及液壓結(jié)構(gòu)件的組合上，都取得了很大進(jìn)展。例如，牡丹江市新安石油鉆采配件廠研發(fā)制造的35 MPa密封防噴作業(yè)裝置，采用了上下兩組防頂卡和固定卡瓦來交替完成抱緊油管的作業(yè)，有效防止了在不壓井作業(yè)裝置進(jìn)行修井作業(yè)時(shí)油管的上竄和下落，不壓井作業(yè)裝置的安全性得到了極大提升，而且在密封防噴裝置中采用了一種高壓密封密閉伸縮節(jié)裝置來實(shí)現(xiàn)在起下油管作業(yè)中井下井下壓力的密封，使裝置在進(jìn)行油管的起下作業(yè)時(shí)，油管與閘板防噴器閘板之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)減少，大大提高了閘板防噴器閘板的使用壽命，不僅作業(yè)效率得到極大提升，也減少了作業(yè)成本。

3 不壓井作業(yè)裝置技術(shù)使用及問題

3.1 技術(shù)問題

目前在我國的油田原油開采作業(yè)中越來越注重環(huán)境的保護(hù)，而不壓井作業(yè)裝置壓井作業(yè)的修井技術(shù)，使不壓井修井作業(yè)裝置在進(jìn)行修井作業(yè)時(shí)做到了對(duì)環(huán)境的很好保護(hù)，因此，不壓井作業(yè)裝置在修井作業(yè)行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。雖然不壓井作業(yè)裝置在油田修井作業(yè)上的應(yīng)用，極大提高了油田修井作業(yè)效率，也提高了油田原油開采的生產(chǎn)效率，但也出現(xiàn)了一些問題：①目前大部分不壓井作業(yè)裝置動(dòng)力來源都是通過大功率柴油機(jī)帶動(dòng)液壓馬達(dá)，對(duì)液壓油進(jìn)行加壓來完成整個(gè)不壓井作業(yè)裝置液壓系統(tǒng)的壓力供應(yīng)，而大功率柴油機(jī)在作業(yè)時(shí)，產(chǎn)生的噪聲較大，對(duì)能源消耗也較大。②不壓井作業(yè)裝置自動(dòng)化程度較低，而且液壓系統(tǒng)的集成化程度也較低，各種閥體及液壓缸占用空間較大，不壓井作業(yè)裝置操作非常復(fù)雜。③能否有效控制井底壓力是不壓井作業(yè)裝置作業(yè)中非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，而防噴器是進(jìn)行井底壓力密封的主要裝置，其密封作用的安全與穩(wěn)定關(guān)系著整個(gè)不壓井作業(yè)裝置作業(yè)的穩(wěn)定進(jìn)行，但自主研制的防噴器還有很多質(zhì)量問題，如防噴器的橡膠膠芯質(zhì)量較差，在進(jìn)行2～3次作業(yè)后就要更換，而提高了修井作業(yè)的成本。④防噴器不能完成對(duì)井底壓力的旋轉(zhuǎn)密封，防噴器的體積較大，密封壓力較低。

3.2 應(yīng)對(duì)措施

目前國內(nèi)對(duì)不壓井修井作業(yè)技術(shù)的重視程度還不夠，不壓井作業(yè)裝置在結(jié)構(gòu)以及液壓系統(tǒng)的研發(fā)上不夠完善，因此在今后的生產(chǎn)與研發(fā)過程中，應(yīng)加大對(duì)不壓井作業(yè)裝置的宣傳力度，讓油田企業(yè)充分認(rèn)識(shí)到不壓井作業(yè)裝置在修井作業(yè)行業(yè)的優(yōu)勢(shì)，以及不壓井作業(yè)裝置的高效性能為油田帶來的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，在不壓井作業(yè)裝置的液壓系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)研發(fā)上，應(yīng)向著更加合理自動(dòng)化智能化的方向發(fā)展。

4 結(jié)語

雖然在油田修井作業(yè)的行業(yè)中，不壓井作業(yè)裝置具有很明顯的優(yōu)勢(shì)。但目前我國的不壓井作業(yè)裝置在結(jié)構(gòu)，以及液壓系統(tǒng)的研發(fā)上還不夠完善，裝置的自動(dòng)化程度也比較低，因此，應(yīng)該加大對(duì)不壓井作業(yè)裝置結(jié)構(gòu)以及液壓系統(tǒng)的研發(fā)，同時(shí)加大不壓井作業(yè)裝置的主體部件的研發(fā)力度，讓不壓井作業(yè)裝置向著集成化、自動(dòng)化、智能化的方向不斷發(fā)展，這樣才能為我國的石油經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。