抽油機(jī)小泵油管防噴工藝技術(shù)研究與應(yīng)用

王鵬程 劉崇江 宋興良 姚飛 趙驪川

（1.大慶油田有限責(zé)任公司采油工程研究院；2.黑龍江省油氣藏增產(chǎn)增注重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）

大慶油田現(xiàn)有油水井12.36萬口，年作業(yè)5.7萬井次以上，因地層壓力高，作業(yè)過程中的井筒出液易造成環(huán)境污染。新“兩法”實(shí)施后，國家層面提出了“綠色礦山”建設(shè)理念，油田公司對(duì)環(huán)境保護(hù)也越來越重視，井筒溢流問題日益突出。為解決油水井作業(yè)過程中井筒溢流問題，將污染源控制在井筒內(nèi)，實(shí)現(xiàn)“綠色”施工、環(huán)保作業(yè)，大慶油田相關(guān)技術(shù)人員開展了井下防噴工具的攻關(guān)研制，針對(duì)φ57 mm 及以下抽油機(jī)小泵井，在井下作業(yè)過程中油管內(nèi)液體出現(xiàn)溢流的問題，不僅存在施工安全隱患，而且污染環(huán)境[1-3]。

為了解決抽油機(jī)小泵井油管內(nèi)防噴問題，創(chuàng)新設(shè)計(jì)了小泵防噴開關(guān)工具，形成了抽油機(jī)小泵油管防噴工藝管柱，當(dāng)二次作業(yè)井筒壓力較高時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)φ57 mm 及以下抽油機(jī)井二次作業(yè)油管內(nèi)防噴，這項(xiàng)技術(shù)大大降低了固液量和廢液拉運(yùn)產(chǎn)生的費(fèi)用，極大地改善了作業(yè)環(huán)境，并且減少了作業(yè)工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了作業(yè)施工效率，為提質(zhì)增效提供了技術(shù)支持。

1 結(jié)構(gòu)組成

1.1 工藝管柱組成

抽油機(jī)小泵油管防噴工藝管柱主要由φ57 mm及以下抽油泵（泵筒和固定凡爾）、小泵防噴開關(guān)、活堵、篩管、尾管、絲堵等部分組成（圖1），其中，小泵防噴開關(guān)是工藝管柱的核心防噴工具，在抽油機(jī)小泵井二次作業(yè)時(shí)可以實(shí)現(xiàn)油管防噴的功能。一次作業(yè)時(shí)，將小泵防噴開關(guān)連接在抽油泵筒和固定凡爾之間，在固定凡爾底端連接防噴活堵，由活堵封堵油管通道，實(shí)現(xiàn)一次下井油管防噴；二次作業(yè)時(shí)，通過向油管內(nèi)打壓，小泵防噴開關(guān)可以實(shí)現(xiàn)油管防噴功能；抽油機(jī)小泵油管防噴工藝管柱可以滿足一次下井油管防噴和二次作業(yè)油管防噴的需求。

圖1 抽油機(jī)小泵油管防噴工藝管柱結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 小泵防噴開關(guān)

小泵防噴開關(guān)主要由上接頭、平衡滑套、復(fù)位彈簧、剪切銷釘、壓差滑套、鎖環(huán)外套、連接套、下接頭等部分組成（圖2）。其中，平衡滑套設(shè)計(jì)兩端面積相同，保證在有液壓的情況下無壓力差，始終保持原位不動(dòng)；復(fù)位彈簧需進(jìn)行涂層處理，滿足防腐防垢要求[4-5]，以確保平衡滑套上行復(fù)位；正常生產(chǎn)時(shí)連接套底部的4個(gè)進(jìn)液側(cè)孔過流量需大于泵筒最大抽液量，確保不會(huì)影響泵效；剪切銷釘需設(shè)計(jì)足夠大的啟動(dòng)二次防噴功能壓差，確保在洗井過程中不會(huì)提前啟動(dòng)二次防噴功能，而導(dǎo)致抽油泵無法正常生產(chǎn)[6-7]。

1.3 活堵

活堵主要由頂桿、外套、活塞、銷釘?shù)炔糠纸M成（圖3）。其中，活塞裝上外盤根后與外套內(nèi)表面為過盈配合，以確保密封油管通道；頂桿與活塞設(shè)計(jì)為絲扣連接，滿足頂桿可以上下調(diào)節(jié)，下井時(shí)能夠確保將上端固定凡爾內(nèi)的鋼球上頂，打壓將其打掉，使油套連通；外套上的銷釘，設(shè)計(jì)為較小的剪切力，安裝完井后泵車打壓至3 MPa便可以將銷釘剪斷，同時(shí)活塞被打掉，實(shí)現(xiàn)正常生產(chǎn)。

圖2 小泵防噴開關(guān)工具結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 活堵工具結(jié)構(gòu)示意圖

2 工作原理

一次作業(yè)時(shí)，先將φ57 mm 及以下抽油泵拆開，然后將小泵防噴開關(guān)工具連接在泵筒和固定凡爾之間，固定凡爾底部連接活堵，按設(shè)計(jì)要求將管柱下到預(yù)定位置，下管柱過程中，由固定凡爾下端的活堵密封油管通道實(shí)現(xiàn)一次下井防噴，然后下入抽油桿并安裝井口，上提光桿將柱塞提出泵筒，打開井口油管閘門，利用泵車向油管正打壓3 MPa將活堵打掉，實(shí)現(xiàn)正常生產(chǎn)。

二次作業(yè)時(shí)，將光桿放置最底端，利用下部柱塞下推小泵防噴開關(guān)內(nèi)部的平衡滑套，通過井口向油管內(nèi)正打壓15 MPa，壓差滑套兩端形成壓力差，剪切銷釘被剪斷，小泵防噴開關(guān)內(nèi)部的壓差滑套在壓力作用下向下運(yùn)動(dòng)，鎖環(huán)咬合鎖環(huán)套上的鎖環(huán)扣將壓差滑套鎖緊，利用壓差滑套底端的4道盤根將4 個(gè)進(jìn)液側(cè)孔密封，封堵油管通道，從而實(shí)現(xiàn)二次作業(yè)油管內(nèi)防噴。

3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)情況

開展抽油機(jī)小泵油管防噴工藝現(xiàn)場(chǎng)模擬試驗(yàn)2口井，驗(yàn)證了抽油機(jī)小泵油管防噴工藝管柱的防噴性能及工藝適應(yīng)性，不同沖洗的防噴情況見表1。

表1 不同井況的防噴情況

XX 井為高壓井，下φ57 mm 抽油機(jī)小泵油管防噴工藝管柱到預(yù)定位置后，先利用抽油桿將小泵防噴開關(guān)內(nèi)的平衡滑套下推，通過泵車向油管正打壓14 MPa，穩(wěn)壓10 min，確保壓差滑套下端的4 道盤根密封進(jìn)液側(cè)孔；然后從套管閘門反向打壓15 MPa，穩(wěn)壓20 min，觀察到井口油管內(nèi)無液體溢出，試驗(yàn)表明防噴效果良好。

XX 井為高壓井，下φ38 mm 抽油機(jī)小泵油管防噴工藝管柱到預(yù)定位置后，然后下入抽油桿，將抽油桿丟入油管內(nèi)，模擬桿斷井施工作業(yè)，利用泵車向油管正打壓12 MPa，穩(wěn)壓10 min，確保壓差滑套下端的4 道盤根密封進(jìn)液側(cè)孔，封堵油管通道。從套管閘門反向打壓15 MPa，穩(wěn)壓10 min。觀察到井口油管內(nèi)無液體溢出，試驗(yàn)表明桿斷井也能實(shí)現(xiàn)二次作業(yè)油管防噴，并且防噴效果良好[8-9]。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)表明了抽油機(jī)小泵油管防噴工藝可以有效控制φ57 mm及以下抽油機(jī)井油管內(nèi)溢流，并且可以滿足桿斷井油管防噴需求，實(shí)現(xiàn)了抽油機(jī)小泵井作業(yè)油管內(nèi)防噴，試驗(yàn)效果較好，小泵防噴開關(guān)達(dá)到了設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)要求，滿足了工具防噴性能及工藝適應(yīng)性，下步準(zhǔn)備進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用[10]。

4 應(yīng)用效果

截止到2019 年12 月底，抽油機(jī)小泵油管防噴工藝現(xiàn)場(chǎng)累計(jì)應(yīng)用28 口井，其中16 口井進(jìn)行了二次施工作業(yè)，平均施工周期超過一年，作業(yè)井均屬于高壓采出井，全部采取了防噴措施，二次作業(yè)前，通過下放光桿并進(jìn)行油管打壓，啟動(dòng)二次防噴功能，驗(yàn)證抽油機(jī)小泵油管防噴工藝，一次防噴成功率和二次防噴成功率均為100%，節(jié)省了廢液拉運(yùn)產(chǎn)生的費(fèi)用以及污油污水處理費(fèi)用。創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益：累計(jì)減少污油污水排放量0.36×104t，減少壓井次數(shù)44井次，節(jié)省成本22.605 6萬元。

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明：抽油機(jī)小泵油管防噴工藝可以有效控制油管溢流，實(shí)現(xiàn)φ57 mm及以下抽油機(jī)井作業(yè)油管防噴，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果良好，而且大大節(jié)省了作業(yè)施工成本，其中減少了罐車?yán)\(yùn)、污油污水處理、壓井施工的工作量，提高了施工效率，工具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，施工操作方便易行，工藝技術(shù)穩(wěn)定有效，下步可以進(jìn)行推廣應(yīng)用。

5 結(jié)論

1）小泵防噴開關(guān)工具具有機(jī)械結(jié)構(gòu)可靠、性能穩(wěn)定、使用壽命長的優(yōu)點(diǎn)，適用于φ57 mm及以下抽油機(jī)井油管內(nèi)防噴。

2）抽油機(jī)小泵油管防噴工藝實(shí)現(xiàn)了抽油機(jī)小泵井作業(yè)油管內(nèi)防噴，解決了二次作業(yè)高壓抽油機(jī)小泵井井筒防噴問題，節(jié)省了作業(yè)施工的人工成本和設(shè)備成本，為油田提質(zhì)增效開發(fā)提供了技術(shù)支持。

3）抽油機(jī)小泵油管防噴工藝進(jìn)一步強(qiáng)化了井下作業(yè)井筒流體控制體系，完善了φ57 mm及以下抽油機(jī)井油管防噴技術(shù)，為大慶油田清潔化作業(yè)奠定了基礎(chǔ)。

4）抽油機(jī)小泵油管防噴工藝已取得較好的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果，但仍需進(jìn)一步改進(jìn)完善，為確保工具的長期有效性，實(shí)現(xiàn)避免在生產(chǎn)過程中提前啟動(dòng)二次防噴動(dòng)作，而影響采出井正常生產(chǎn)，減少抽油機(jī)能耗損失。下一步將對(duì)工具進(jìn)行優(yōu)化，提高二次防噴啟動(dòng)壓差，優(yōu)化工具結(jié)構(gòu)，增加使用壽命，降低工具成本，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模推廣應(yīng)用。