抽油井不壓井作業(yè)裝置及抽油泵底閥設(shè)計

(江蘇油田礦業(yè)開發(fā)有限公司，江蘇 揚州 225009)

江蘇油田在進行井下作業(yè)過程中出現(xiàn)多種井控問題，常規(guī)的過平衡壓井作業(yè)存在費用高、產(chǎn)量恢復周期長等問題，對于管柱蠟堵、偏磨漏失、高壓低滲漏等特殊井無法有效壓井。常規(guī)的方法是進行帶壓作業(yè)[1]。但是，江蘇油田的抽油機井由于井深、井斜，抽油桿上扶正器較多，普通的環(huán)形防噴器無法有效起到密封作用，帶壓起下抽油桿技術(shù)不夠成熟，未能推廣實施。很多油田相繼大力推廣封隔器與單流閥組合，進行油層保護，可以防止洗井過程中壓井液進入地層，但是無法起到井口防噴的作用[2-7]。國內(nèi)各大油田相繼提出井下暫閉封堵技術(shù)，利用封隔器配套加壓開關(guān)滑套，實現(xiàn)起下管過程中的油層封閉，從而達到井口無壓力的狀態(tài)[8-10]。但是，該封隔器只能放置在油層上方，無法在檢泵作業(yè)過程中對封隔器以下的油層進行沖砂，在江蘇油田等出砂嚴重的生產(chǎn)井中無法適用。

為了降低儲層傷害、縮短油井的產(chǎn)量恢復周期、節(jié)省壓井液的費用，解決部分特殊井無法有效壓井的問題。近年來，江蘇油田在不壓井檢泵作業(yè)方面進行積極探索，設(shè)計了不壓井檢泵作業(yè)裝置及井下作業(yè)工具，完成了管柱設(shè)計。在起下抽油桿過程中利用完井的泵下開關(guān)閥屏蔽油管內(nèi)壓力，起下油管過程中利用不壓井作業(yè)裝置解決井控以及環(huán)保問題，取得了較好的效果。

1 不壓井作業(yè)裝置

1.1 不壓井作業(yè)裝置結(jié)構(gòu)及其原理

不壓井作業(yè)裝置主要由儲液槽式平臺、三閘板防噴器、抽油桿環(huán)形防噴器等組成。如圖1所示。

1—儲液槽式平臺；2—引鞋；3—三閘板防噴器；4—滑梯；5—油管刮油器；6—抽油桿環(huán)形防噴器；7—護欄；8—梯子。

在起桿作業(yè)時，平臺上安裝液控抽油桿環(huán)形防噴器。如果井口不溢流，可打開抽油桿環(huán)形防噴器膠芯，進行起桿作業(yè)。如果井口有溢流，可關(guān)閉抽油桿環(huán)形防噴器，進行起桿作業(yè)。抽油桿環(huán)形防噴器既可防噴，又可防止抽油桿上頂。

在起管作業(yè)時，拆掉平臺上安裝的抽油桿環(huán)形防噴器，安裝油管刮油器。油管刮油器可將油管外表面上的油污刮凈，同時也可阻擋井口溢流上涌。如果井口有溢流，則溢流進入箱式平臺的儲液槽，不會污染井場。儲液槽被充滿后，用排污系統(tǒng)排走。

1.2 不壓井作業(yè)裝置操作方法

1) 拆井口準備。將封桿器裝在小四通兩側(cè)，打開小四通閥門，關(guān)閉封桿器，拆盤根盒，裝抽油桿半封防噴器并關(guān)閉，打開封桿器，上提抽油桿，通過封桿器和抽油桿半封防噴器起出抽油桿接箍，拆掉光桿，將抽油桿密封懸掛器接到抽油桿上，并將其下入井口并坐在油管懸掛器上，封住油管。

2) 拆掉采油樹，安裝不壓井作業(yè)裝置。

3) 打開三閘板防噴器，用抽油桿短接與井口內(nèi)抽油桿密封懸掛器對接，上提抽油桿柱，進行起桿作業(yè)。

4) 拆掉抽油桿環(huán)形防噴器，用油管短節(jié)與井口內(nèi)油管懸掛器對接，松開油管懸掛器頂絲，上提管柱，拆掉油管懸掛器，安裝油管刮油器，進行起管作業(yè)。

5) 下泵并坐好油管懸掛器，下入抽油桿柱，最后接抽油桿密封懸掛器，懸掛抽油桿柱并封住油管。

6) 拆掉不壓井作業(yè)裝置，并裝采油樹。

7) 用抽油桿短節(jié)與抽油桿密封懸掛器對接，通過封桿器和抽油桿半封防噴器起出抽油桿密封懸掛器，連接光桿，拆抽油桿半封防噴器，裝盤根盒，拆封桿器，完井。

2 井內(nèi)管柱結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 不壓井作業(yè)完井管柱結(jié)構(gòu)

不壓井作業(yè)管柱(如圖2)主要是將抽油泵的泵底固定閥換成不壓井作業(yè)閥，在起下抽油桿過程中實現(xiàn)開關(guān)，從而保證在不壓井起下抽油桿的過程中井口無溢流，實現(xiàn)井控安全。

根據(jù)泵的型號不同，不壓井作業(yè)閥可以分成桿式泵泵底閥與管式泵泵底閥。根據(jù)泵底閥的開關(guān)方式可以分為抽油桿觸碰式泵底閥與液壓開關(guān)式泵底閥。

1—游動閥；2—不壓井作業(yè)閥；3—氣錨；4—絲堵。

2.2 主要配套工具

2.2.1 液壓式管式泵泵底閥

1) 結(jié)構(gòu)及工作原理。

液壓管式泵泵底閥結(jié)構(gòu)如圖3所示。在下井過程中，整體芯軸處在上軌道時，防噴裝置密封面將工具封閉，起到防噴的作用。下泵完成之后，從油管正加壓至設(shè)定的壓力，閥芯下移至軌道的下死點，泄壓之后，軌道換向至短槽，從而實現(xiàn)上下聯(lián)通。

1—上接頭；2—防噴裝置；3—下壓裝置；4—復位壓縮彈簧；5—主體管；6—軌道換向機構(gòu)； 7—轉(zhuǎn)換接頭；8—反循環(huán)洗井裝置；9—防失控泄壓裝置；10—下接頭。

2) 主要技術(shù)參數(shù)。

公稱壓力 34.5 MPa(5 000 psi)

過流面直徑 ≥46 mm

工作溫度 -29～121 ℃

適用介質(zhì) 水、油氣

魚頭規(guī)格 46 mm

2.2.2 觸碰式管式泵泵底閥

1) 結(jié)構(gòu)及原理。

觸碰式管式泵泵底閥結(jié)構(gòu)如圖4所示。下泵作業(yè)時，泵下閥關(guān)閉，換向銷釘處于長軌道上端，閥芯在彈簧和井液推力作用下壓在閥座上，關(guān)閉油流通道；下完桿柱碰泵和調(diào)防沖距時，抽油泵活塞壓在閥芯上，并使之下行，銷釘沿長軌道下行至下死點；上提活塞時，閥芯在彈簧推力的作用下上行，銷釘通過換向進入短軌道上行至上死點，閥芯打開。此時，泵下閥油流處于開啟狀態(tài)，可起抽油桿，進行采油作業(yè)；起桿柱作業(yè)時，先下放桿柱使活塞碰泵，再起出桿柱，此時銷釘由短軌道通過換向后進入長軌道，泵下閥關(guān)閉油流通道。

1—上接頭；2—閥芯；3—換位機構(gòu)；4—導向扶正支撐；5—主體；6—彈簧；7—下接頭。

2) 主要技術(shù)參數(shù)。

公稱壓力 34.5 MPa(5 000 psi)

過流面直徑 46 mm

工作溫度 -29～121 ℃

魚頭規(guī)格 46 mm

芯軸換向壓力 14 MPa(設(shè)定值、可調(diào))

2.2.3 桿式泵泵底閥

1) 結(jié)構(gòu)及其工作原理。

桿式泵泵底閥結(jié)構(gòu)如圖5所示。該閥是抽油機井桿式泵不壓井作業(yè)配套井下作業(yè)工具。通過下壓桿式泵泵筒打開油路空間，上提泵筒關(guān)閉此閥。在正常生產(chǎn)狀態(tài)下，其閥座與桿式泵泵座和鎖緊爪匹配，支撐并鎖緊泵筒。泵的彈性芯軸處于鎖緊位置，芯軸下端壓迫該泵下閥閥芯，使泵下閥雙閥芯處于開啟狀態(tài)，油流上行通道暢通，正常生產(chǎn)；在需不壓井作業(yè)時，上提桿式泵，使彈性芯軸解鎖上行，泵下閥的雙閥芯失去了芯軸向下的力，在彈簧和井壓的共同作用下上行，泵下閥的雙閥芯與泵下閥閥座實現(xiàn)金屬硬密封，當井壓較大時，其閥芯與閥座密封的更嚴實，保證了油流通道徹底被封堵。

2) 結(jié)構(gòu)特點。

其結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠，通過其雙閥芯的開啟和關(guān)閉實現(xiàn)了抽油井的正常生產(chǎn)和施工狀態(tài)下的雙重密封。

1—接頭體；2—閥瓣；3—彈簧；4—主體。

3) 主要技術(shù)參數(shù)。

公稱壓力 20.682 MPa(3 000 psi)

下端低密封壓力 0.689 MPa (100 psi)

過流面直徑 ≥35 mm

閥芯換向下壓力 25 kN

工作溫度 -29～150 ℃

適用介質(zhì) 水、油氣等

3 現(xiàn)場應(yīng)用情況

不壓井作業(yè)裝置及配套工具經(jīng)過多次室內(nèi)試驗，各項參數(shù)均達到設(shè)計要求。2017至今，已經(jīng)在江蘇油田進行了9井次的現(xiàn)場試驗，最大井口壓力6.3 MPa，最大井斜43.59°，最大井深3 130 m，下泵完成之后進行多次開關(guān)試驗，試驗成功率100%。該工具的結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，避免了檢泵作業(yè)過程中的洗壓井作業(yè)，平均節(jié)約壓井液的費用￥10萬元，縮短了作業(yè)周期1.5 d，減少了作業(yè)費用￥15萬元，縮短了產(chǎn)量恢復周期2 d，而且有效的保護了油層，避免了油層污染。現(xiàn)場應(yīng)用數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 不洗井作業(yè)技術(shù)現(xiàn)場應(yīng)用統(tǒng)計數(shù)據(jù)

4 結(jié)論

1) 通過對油井不壓井作業(yè)技術(shù)的研究，解決了高壓低滲、油管短路、洗井漏失嚴重等特殊井作業(yè)過程中的井控問題。儲液槽式作業(yè)平臺設(shè)計，能夠在作業(yè)過程中有效收集油污，避免油水落地，起到了較好的環(huán)保效果。

2) 將不壓井作業(yè)裝置同井下工具進行了通盤考慮，從作業(yè)的角度去完善井下工具的設(shè)計，給不壓井作業(yè)技術(shù)的研究開創(chuàng)了另一個全新的課題。

3) 由于完井前將配套設(shè)計的泵底閥預先置于井下，這就要求該工具性能穩(wěn)定，開關(guān)靈活，結(jié)構(gòu)簡單。但是，由于在井下預留時間較長，對材料的防腐及設(shè)計的可靠性要求較高。一旦失效，不僅會影響泵效，還會失去其有效屏蔽管內(nèi)壓力的功能。

4) 本技術(shù)系通過采用常規(guī)檢泵作業(yè)方法，實現(xiàn)不壓井作業(yè)，因而，不僅作業(yè)成本低，還有效的縮短了產(chǎn)量恢復周期，降低了作業(yè)占井時間。具有較高的應(yīng)用價值。