抽油桿懸掛器的研制與應(yīng)用

張中寶， 李 軍， 李 勇, 張風(fēng)彩， 耿麗蓉

(1中國(guó)石化西北油田分公司 2中國(guó)石油大港油田分公司)

由于塔河油田碳酸鹽巖油藏注水開(kāi)發(fā)效果逐漸變差，塔河油田在2012年4月開(kāi)展了單井注氣提高采收率試驗(yàn)，效果顯著，目前注氣三采已大規(guī)模開(kāi)展[1-5]。綜合考慮井控安全和套管防腐，注氣以油管正注為主。注氣設(shè)計(jì)壓力30～45 MPa，采用70 MPa或105 MPa井口裝置，有桿泵井注氣前需要將25 MPa或35 MPa機(jī)抽井口換成70 MPa或105 MPa注氣機(jī)采一體化井口，同時(shí)起甩全井抽油桿，才能滿足注氣要求。注氣結(jié)束，自噴生產(chǎn)至能量不足時(shí)，壓井組下帶有桿泵的機(jī)抽桿柱，恢復(fù)機(jī)抽生產(chǎn),存在施工繁瑣，影響注氣、生產(chǎn)效率，施工成本高的問(wèn)題。塔河油田有桿泵主要以桿式泵和抽稠泵為主[6-11]，具備上提抽油桿至有桿泵出泵筒即可以正注的技術(shù)特點(diǎn)，如果能夠?qū)⒂袟U泵提出泵筒的同時(shí)將機(jī)抽桿柱懸掛在井口裝置上，注氣前后可避免起甩、組下抽油桿的繁瑣工序，為此，研制了抽油桿懸掛器。抽油桿懸掛器的成功研制，為有桿泵井正注工藝提供了降本提效的簡(jiǎn)便方案，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

一、技術(shù)分析

基于懸掛抽油桿，同時(shí)能滿足正注兩個(gè)技術(shù)要求，開(kāi)展了抽油桿懸掛器的研制。

1. 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

抽油桿懸掛器由懸掛器和專用拆裝工具兩部分組成。懸掛器主要由上接頭、過(guò)流槽、BPV扣、抽油桿接頭構(gòu)成。懸掛器的頂部是上接頭，上接頭采取T形槽設(shè)計(jì)，與專用拆裝工具的T形接頭配合連接。懸掛器的中部外壁面上凹陷設(shè)計(jì)有四個(gè)過(guò)流槽，過(guò)流槽沿懸掛器的軸線均勻縱向設(shè)置。懸掛器的中部外壁面上設(shè)計(jì)有BPV螺紋反扣，螺紋扣位于過(guò)流槽之間，通過(guò)螺紋扣將懸掛器與油管掛內(nèi)部的BPV正扣連接。懸掛器的底部是抽油桿公接頭，抽油桿公接頭為外螺紋，與抽油桿上部的接箍的內(nèi)螺紋相連(圖1)。專用拆裝工具頂部是抽油桿母接頭，用于連接抽油桿，底部采用T形快速接頭設(shè)計(jì)，與懸掛器上的T形槽相掛接固定在一起，反轉(zhuǎn)上扣、正轉(zhuǎn)卸扣，具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

2. 工作原理

當(dāng)機(jī)抽井需要注氣時(shí)，先將抽油桿上提至采油樹(shù)上方，卸下光桿和一定長(zhǎng)度的抽油桿，確認(rèn)有桿泵出工作筒，此時(shí)機(jī)抽管柱達(dá)到正注條件。將抽油桿懸掛器下端的抽油桿公接頭與抽油桿上部接箍母扣連接牢固，同時(shí)將專用拆裝工具的T形快速接頭與抽油桿懸掛器上接頭的T形槽掛接牢固。通過(guò)抽油桿吊卡連接專用拆裝工具，將抽油桿懸掛器送入采油樹(shù)油管掛預(yù)定位置，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)專用拆裝工具，使抽油桿懸掛器中部的BPV螺紋公扣與油管掛BPV母扣連接到位，此時(shí)井內(nèi)抽油桿完成懸掛作業(yè)。順時(shí)針旋轉(zhuǎn)專用拆卸工具30°，專用拆卸工具與抽油桿懸掛裝置分離，提出專用拆卸工具。此時(shí)井口達(dá)到注氣條件。

圖1 抽油桿懸掛器結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 專用拆裝工具結(jié)構(gòu)示意圖

相反，當(dāng)注氣結(jié)束，自噴生產(chǎn)至能量不足時(shí)，壓井穩(wěn)定后，組下專用拆裝工具，將專用拆裝工具的T形快速接頭與抽油桿懸掛器上接頭的T形槽掛接牢固，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)專用拆裝工具，使抽油桿懸掛器中部的BPV螺紋公扣與油管掛BPV母扣連接脫開(kāi)，上提、旋轉(zhuǎn)30°，拆下專用拆裝工具，續(xù)下機(jī)抽桿柱和光桿，恢復(fù)機(jī)抽生產(chǎn)。

3. 技術(shù)特點(diǎn)

(1)懸掛器通過(guò)BPV反扣與油管掛內(nèi)的BPV正扣相連，起到固定懸掛器的作用。不僅實(shí)現(xiàn)了將抽油桿懸掛在井口，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了固定抽油桿的作用，避免了井筒壓力升高導(dǎo)致桿柱上竄的問(wèn)題。

(2)懸掛器外壁面上凹陷設(shè)計(jì)有四道過(guò)流槽，為正注作業(yè)預(yù)留了足夠的過(guò)流面積，同時(shí)緩解了井筒壓力對(duì)桿柱的上頂力。

(3)配套的專用拆裝工具采取快速T形接頭設(shè)計(jì)，操作簡(jiǎn)便，可滿足反轉(zhuǎn)上扣和正轉(zhuǎn)卸扣操作。

(4)抽油桿懸掛器實(shí)現(xiàn)了注氣前后免起下抽油桿的同時(shí)，降低了作業(yè)過(guò)程中存在的井控風(fēng)險(xiǎn)，大幅縮短了注氣前期的準(zhǔn)備時(shí)間，降低了作業(yè)成本，提高了注氣、機(jī)采時(shí)效。

4. 技術(shù)參數(shù)

懸掛器材質(zhì)：42CrMo;懸掛器抗拉強(qiáng)度：20 t以上;懸掛器長(zhǎng)度：208 mm;懸掛器外徑：76.7 mm;專用拆裝工具長(zhǎng)度：3 000 mm。

二、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

1. 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

截至2018年底，累計(jì)應(yīng)用抽油桿懸掛器配合有桿泵井注氣作業(yè)48井次，成功率100%，實(shí)現(xiàn)了有桿泵井注氣作業(yè)不起甩抽油桿作業(yè)，解決了注氣前后起甩、組下抽油桿工序繁瑣的問(wèn)題。抽油桿懸掛器已在中石化西北油田分公司有桿泵注氣井全面推廣應(yīng)用。抽油桿懸掛器在典型井的應(yīng)用見(jiàn)表1。

表1 抽油桿懸掛器在典型井的應(yīng)用

2. 典型井例

TH1井是一口注水替油失效井，生產(chǎn)方式：56/38抽稠泵泵掛2 822 m，摻稀機(jī)抽生產(chǎn)，工作制度5 m×3 n/min，日產(chǎn)液22.5 t，含水99.89%。為驗(yàn)證抽油桿懸掛器的性能，2017年9月開(kāi)展注氣三采作業(yè)。率先在TH1井開(kāi)展了全面應(yīng)用試驗(yàn)，均滿足設(shè)計(jì)要求。

(1)安裝試驗(yàn)。拆卸光桿和2根抽油桿后，將懸掛器與抽油桿連接下放至油管掛內(nèi)，加壓0.1 t反轉(zhuǎn)6圈上扣成功，懸掛器懸掛固定抽油桿作業(yè)完成。

(2)提拉試驗(yàn)。懸掛器上扣后上提噸位至12 t(桿柱懸重7.5 t)，桿柱未移動(dòng)，懸掛器固定完好。

(3)拆卸試驗(yàn)。吊車上提懸重至7.6 t，正轉(zhuǎn)6圈，平穩(wěn)提出懸掛器。

(4)正注試驗(yàn)。采用泵車正注，排量由6 m3/h逐級(jí)上調(diào)至24 m3/h，泵壓由0上漲至0.85 MPa，24 m3/h排量下，油壓穩(wěn)定在0.85 MPa，說(shuō)明懸掛器的過(guò)流通道滿足注氣注水要求。

2017年9～10月TH1井進(jìn)行注氣施工，配備電驅(qū)1200型50 MPa制氮撬1套，電驅(qū)50 MPa注水泵2臺(tái)，采取氣水分注的方式，累計(jì)正注氮?dú)?0.033 5×104m3，累計(jì)注水4 481 m3(其中套管伴水2 175 m3，油管伴水2 005 m3，油管頂替水51 m3，套管頂替水250 m3)。施工期間，正注氮?dú)馀帕? 210 m3/h，套管伴水2～10 m3/h，油管伴水2～6 m3/h，最高注氣壓力36 MPa，最高油壓35 MPa，最高套壓27.2 MPa。注氣結(jié)束，燜井46 d，于2017年11月開(kāi)井自噴生產(chǎn)，累計(jì)自噴63 d，階段產(chǎn)油450 t。2018年2月僅需1 d成功完成掛抽作業(yè)，56/38抽稠泵運(yùn)行正常，工作制度5 m×3 n/min，日產(chǎn)液31.3 t，日產(chǎn)油7.8 t，含水75.2%。TH1井掛抽后示功圖正常,見(jiàn)圖3,抽油桿懸掛器現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果良好。

圖3 TH1井示功圖

3. 操作注意事項(xiàng)

(1)工具入井前仔細(xì)檢查、測(cè)量尺寸，確認(rèn)完好無(wú)損再入井。

(2)懸掛器掛上井內(nèi)抽油桿后，下放懸掛器過(guò)程中要控制好速度緩慢下放，防止操作不當(dāng)，頓壓碰壞懸掛器絲扣。

(3)要求吊車指重儀準(zhǔn)確、靈敏，安裝懸掛器過(guò)程中，控制吊車指重保持在比抽油桿原懸重低0.1 t的位置。拆卸懸掛器過(guò)程中，控制吊車指重保持在抽油桿原懸重高0.1 t位置。

(4)拆裝專用拆裝工具時(shí)，管鉗必須打在專門(mén)設(shè)計(jì)的打管鉗位置，即專用拆裝工具的扳手方頸處。

(5)安裝抽油桿懸掛器操作時(shí)反旋為上扣，拆卸抽油桿懸掛器操作時(shí)正旋為卸扣，必須確保上扣、卸扣方向正確。

(6)使用后清洗干凈工具，涂抹防銹油存儲(chǔ)。

4. 經(jīng)濟(jì)效益

(1)節(jié)約作業(yè)成本。按照有桿泵泵掛2 600 m，起、下抽油桿各修井一次計(jì)算，修井費(fèi)用為15.19萬(wàn)元/井次，工期10 d。

(2)節(jié)約機(jī)采材料成本。參考常規(guī)作業(yè)流程，注氣后轉(zhuǎn)機(jī)抽生產(chǎn)，需下新抽油桿及抽油泵，單井材料費(fèi)8.3萬(wàn)元。

(3)間接增效產(chǎn)出。按照1井次作業(yè)節(jié)約修井周期8 d，單井平均注氣增油8 t/d，油價(jià)70美元時(shí)原油價(jià)格2 900元/t，完全成本1 678元/t計(jì)算，單井增油增效7.82萬(wàn)元。

(4)投入。抽油桿懸掛器單套加工成本0.25萬(wàn)元/套，按年加工20套計(jì)算，年投入工具費(fèi)5.0萬(wàn)元。懸掛抽油桿和掛抽費(fèi)用按4.2萬(wàn)元/井次計(jì)算，按照年機(jī)抽井口注氣60井次計(jì)算，年投入成本257萬(wàn)元。

(5)年度綜合效益。按照年度60井次機(jī)抽井采用抽油桿懸掛器配合注氣作業(yè)計(jì)算，年度產(chǎn)出凈效益1 621.6萬(wàn)元。

三、結(jié)論

(1)針對(duì)有桿泵井注氣前需起甩抽油桿的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了抽油桿懸掛器，具備固定抽油桿、正注雙重功能，滿足注水注氣施工要求。

(2)應(yīng)用抽油桿懸掛器可實(shí)現(xiàn)注氣前后不起甩、組下抽油桿，在避免兩次小修作業(yè)的同時(shí)，節(jié)約了修井成本，減少了風(fēng)險(xiǎn)環(huán)節(jié)，同時(shí)提高了注氣、機(jī)采時(shí)效。

(3)抽油桿懸掛器安全可靠，操作方便，可大幅降低注氣作業(yè)成本，建議在有桿泵注氣井推廣應(yīng)用。