泄油式油管補(bǔ)償器的研制與應(yīng)用*

張 威

中國石化中原油田分公司濮東采油廠

0 引言

油管補(bǔ)償器的主要作用是頂封油井在抽油過程中可以抵消油管的蠕動(dòng)伸縮［1］，防止油管變形引起的油管和抽油桿之間發(fā)生偏磨［2］，降低偏磨導(dǎo)致躺井的幾率，減少作業(yè)成本。但現(xiàn)用的油管補(bǔ)償器［3］存在一些不足：當(dāng)修井作業(yè)起油管時(shí)，油管補(bǔ)償器上部的油液還存留在油管內(nèi)，油管起出后補(bǔ)償器上部的油液就會(huì)灑落在地面造成環(huán)境污染。為此，借鑒目前油管補(bǔ)償器的技術(shù)現(xiàn)狀，結(jié)合油田的生產(chǎn)實(shí)際，開展了滿足現(xiàn)場生產(chǎn)及環(huán)保要求的泄油式油管補(bǔ)償器研究與應(yīng)用。

1 泄油式油管補(bǔ)償器設(shè)計(jì)

1.1 技術(shù)方案

泄油式油管補(bǔ)償器包括外管和一端插入外管內(nèi)孔的內(nèi)管，外管上部限位環(huán)與內(nèi)管下部限位結(jié)構(gòu)限位配合，內(nèi)管外壁與限位環(huán)內(nèi)壁形成周向密封，內(nèi)管下部與外管管壁通過剪切銷釘固定連接［4］，內(nèi)管插入外管的部分與外管內(nèi)壁形成環(huán)空，環(huán)空有與內(nèi)管內(nèi)孔連通的通道，內(nèi)管上部的上接頭外徑小于內(nèi)管外徑。內(nèi)管管壁能夠與外管限位環(huán)相對滑動(dòng)，起到補(bǔ)償油管蠕動(dòng)伸縮的作用，當(dāng)修井作業(yè)起油管時(shí)，下放油管使與上接頭下端低于限位環(huán)下端面，內(nèi)管與外管之間的環(huán)空、限位環(huán)與上接頭之間的環(huán)空相連，由于內(nèi)管與外管之間的環(huán)空與外管內(nèi)部相通，油管內(nèi)的油液就能夠泄入油管與套管之間的空間，解決了泄油裝置與補(bǔ)償器之間油液污染地面的問題。

1.2 泄油式油管補(bǔ)償器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

泄油式油管補(bǔ)償器主要是由上接頭、接頭外螺紋、卡件、滑塊、內(nèi)管、泄油孔、限位臺(tái)、花鍵、外管、限位環(huán)、剪切銷釘及外管內(nèi)螺紋組成，結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 泄油式油管補(bǔ)償器結(jié)構(gòu)

外管下部有外管內(nèi)螺紋，外管上部有向外管內(nèi)孔凸出的限位環(huán)，外管下端通過外管內(nèi)螺紋與柱塞泵泵筒相連。

內(nèi)管下部插入外管上部，內(nèi)管的外徑與限位環(huán)的內(nèi)徑相等且二者能形成間隙配合［5］，間隙配合范圍是0.02～0.07 mm，內(nèi)管相對外管能夠上下移動(dòng)起到補(bǔ)償油管蠕動(dòng)伸縮的作用，內(nèi)管還能與限位環(huán)形成軸向密封保證正常抽油生產(chǎn)時(shí)油管的密封。

內(nèi)管下部外管管壁上有限位臺(tái)，限位臺(tái)能夠與限位環(huán)下端面形成擋止配合，防止內(nèi)管脫出外管。限位臺(tái)與外管內(nèi)壁通過剪切銷釘固定在一起，油管坐封時(shí)在剪切銷釘?shù)淖饔孟聝?nèi)管和外管不發(fā)生相對移動(dòng)，因此可以傳遞坐封時(shí)的軸向載荷，當(dāng)坐封完成后剪斷剪切銷釘，內(nèi)管相對于外管能夠上下移動(dòng)。

內(nèi)管限位臺(tái)上設(shè)計(jì)有花鍵，防止內(nèi)管與外管發(fā)生相對的軸向旋轉(zhuǎn)。內(nèi)管在限位臺(tái)上部的管壁上還開設(shè)有用于連通內(nèi)管內(nèi)外空間的連通通道，通道為泄油孔［6］。內(nèi)管上部還通過螺紋連接有外徑小于內(nèi)管外徑的上接頭，上接頭上端有接頭外螺紋與補(bǔ)償器上部的油管相連。由于限位環(huán)凸出外管的內(nèi)壁，且內(nèi)管的外徑與限位環(huán)的內(nèi)徑相等，因此內(nèi)管與限位環(huán)下部的外管內(nèi)壁之間形成環(huán)空；當(dāng)上接頭下端低于限位環(huán)下端面時(shí)，上接頭與限位環(huán)之間也能夠形成環(huán)空，此時(shí)內(nèi)管內(nèi)部的油液可以沿著泄油孔進(jìn)入內(nèi)管外部的環(huán)空，隨后沿著上接頭與限位環(huán)之間的環(huán)空流到油管外部的空間，形成了由外管內(nèi)部到油管外部的泄油通道，根據(jù)連通器的原理泄掉外管上部的油。

上接頭設(shè)置有能向下通過限位環(huán)的倒刺結(jié)構(gòu)，該倒刺結(jié)構(gòu)具有斜面結(jié)構(gòu)的滑塊［7］，通過斜面結(jié)構(gòu)可以使滑塊進(jìn)入外管內(nèi)部，滑塊上端面為平面能夠卡在限位環(huán)下端面，這樣油管在上提的過程中泄油通道不會(huì)關(guān)閉，在上提的過程中就能泄掉油管內(nèi)的油?；瑝K上方還有卡件，卡件能夠卡在限位環(huán)的上端面防止上接頭完全落入外管內(nèi)部，防止泄油通道的封閉，卡件與彈性滑塊的距離大于限位環(huán)的高度，保證整個(gè)泄油通道的完整。

2 泄油式油管補(bǔ)償器工況描述

2.1 油管坐封時(shí)

如圖1所示結(jié)構(gòu)，將油管下至設(shè)計(jì)位置，旋轉(zhuǎn)下放油管加壓，內(nèi)管和外管之間通過剪切銷釘傳遞軸向載荷，通過外管與限位臺(tái)的結(jié)合面?zhèn)鬟f扭矩，利用油管自身重力使油管坐封［8］。

2.2 正常生產(chǎn)過程中

如圖2所示，通過下放油管繼續(xù)加壓，剪斷剪切銷釘，內(nèi)管和外管之間可以相對移動(dòng)，抵消了油管生產(chǎn)過程中的蠕動(dòng)伸縮，內(nèi)管外壁與限位環(huán)內(nèi)壁之間處于密封狀態(tài)保證了正常的抽油生產(chǎn)。

圖2 正常生產(chǎn)過程

2.3 修井作業(yè)泄油時(shí)

如圖3所示，下放油管帶動(dòng)上接頭下移，使滑塊通過限位環(huán)，當(dāng)限位環(huán)被鎖止于卡件與滑塊之間，內(nèi)管外徑小于外管內(nèi)徑，形成由泄油孔→內(nèi)外管之間環(huán)空→上接頭與限位環(huán)間環(huán)空組成的泄油通道，外管上部的油液通過泄油通道流入油管外部。

圖3 修井作業(yè)泄油時(shí)

3 現(xiàn)場應(yīng)用效果

H90-5井是胡90塊的一口采油井，2018年12月檢泵作業(yè)時(shí)原井管柱卡，活動(dòng)40 t解卡，用油井產(chǎn)出水75 m3反洗井，歷時(shí)3 h，未返水，用井溫找水顯示1 237 m處套管有異常，下Y221-114封隔器，驗(yàn)證在1 231～1 240 m處套管漏失，下頂封封隔套管漏失段完井生產(chǎn)。2019年2月份該井不出油，驗(yàn)證封隔器失效，免修期52 d，分析管柱蠕動(dòng)造成Y221-114封隔器自動(dòng)解封失效。為了延長油井免修期，滿足清潔生產(chǎn)需要，技術(shù)人員經(jīng)過詳細(xì)論證，決定配套應(yīng)用泄油式油管補(bǔ)償器，減緩油管蠕動(dòng)造成的封隔器解封［9］，目前該井仍然在生產(chǎn)，免修期長達(dá)500多天，效果明顯。截止目前，中原油田濮東采油廠共應(yīng)用泄油式油管補(bǔ)償器18口井，平均油井免修期由原來的163 d延長至326 d，節(jié)約了作業(yè)費(fèi)用的同時(shí)減少了作業(yè)占產(chǎn)時(shí)間，提高了油井效益，同時(shí)解決了后續(xù)施工作業(yè)中起管柱時(shí)油管補(bǔ)償器上部油液灑落地面造成環(huán)境污染的問題。管柱圖如圖4所示。

圖4 H90-5井完井管柱圖

4 結(jié)論

（1）泄油式油管補(bǔ)償器的研制與應(yīng)用，滿足了油井防偏磨的同時(shí)避免了修井作業(yè)時(shí)的環(huán)境污染，滿足了石油行業(yè)清潔生產(chǎn)需求。

（2）泄油式油管補(bǔ)償器工藝結(jié)構(gòu)簡單，制作成本低，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

（3）目前中原油田濮東采油廠頂封油井井?dāng)?shù)占全部油井?dāng)?shù)7%以上，具有較好的推廣應(yīng)用前景。