無接箍光桿的研制與應(yīng)用

陳啟龍，郭斌，馮緒寶 (中石化西北油田分公司采油三廠，新疆 庫車 842012)

0 引言

目前機抽井使用的光桿均為帶接箍的常規(guī)光桿[1]，因接箍的存在，常規(guī)光桿在使用中存在一定缺陷：首先，在更換光桿、洗井、驗泵等井口作業(yè)時，需泄壓、壓井，并拆除井口附件，作業(yè)時效低、費用高；其次，在修井作業(yè)上提桿柱過程中，井口處于非密封狀態(tài)，若井筒氣體上竄，易發(fā)生冒噴現(xiàn)象，存在安全隱患。針對上述問題，西北油田采油三廠研制出一種無接箍光桿，在現(xiàn)場應(yīng)用中取得了良好的效果，并獲得了較高的經(jīng)濟效益。

1 結(jié)構(gòu)及原理

1.1 結(jié)構(gòu)組成

無接箍光桿由光桿本體、防脫帽以及配套短節(jié)等3部分組成(如圖1所示)。因其無墩粗、扳手方，通過UN(R)螺紋扣連接，具有整體外徑相同的獨特優(yōu)勢。

圖1 光桿本體及配套短節(jié)示意圖

由于桿柱的串聯(lián)效應(yīng)，在設(shè)計無接箍光桿時，其接箍處(薄弱點)屈服載荷必須大于抽油桿屈服載荷的最大值。采油三廠機抽井桿柱一般為1″(25.4 mm)、7/8″(22.23 mm)、3/4″(19.05 mm)的H級抽油桿組合，其屈服噸位分別為39.0 t、30.2 t、22.5 t，因此要求無接箍光桿的屈服載荷≥39 t。

考慮到采油三廠常用外徑為28 mm與38 mm的兩種H級抽油光桿。初步設(shè)計了三類無接箍光桿：外徑38 mm帶7/8″UN(R)螺紋、帶3/4″ UN(R)螺紋的H級無接箍光桿與外徑28 mm帶5/8″ UN(R)螺紋的H級無接箍光桿。根據(jù)石油天然氣行業(yè)標準[1]與屈服載荷要求，分別計算3類無接箍光桿公扣底部、母扣底部及螺紋處的理論屈服載荷，取三者最小值作為該光桿的屈服載荷。

式中：Ps為屈服點載荷(N)；As為應(yīng)力截面積(mm2)；σb為材料的屈服強度(MPa)。

式中：As螺紋為螺紋的應(yīng)力截面積(mm2)；d為外螺紋大徑基本尺寸(mm)；P為螺距(mm)。

經(jīng)過理論計算(如表1所示)，優(yōu)選了屈服載荷43 t、外徑38 mm、帶7/8″ UN(R)螺紋的H級無接箍光桿。經(jīng)過對該種光桿的現(xiàn)場拉伸試驗，對其理論參數(shù)進行實際校驗，試驗表明，拉伸噸位達到60 t時，無接箍光桿連接處完好、無損傷。

表1 三種無接箍光桿理論屈服載荷及抗拉載荷設(shè)計表

1.2 技術(shù)參數(shù)

根據(jù)理論計算與現(xiàn)場試驗結(jié)果，最終確定了無接箍光桿的技術(shù)參數(shù)。材質(zhì)： 30CrMoA；鋼級：HL級；抗拉強度：965～1 195 MPa；抗拉載荷：54 t；屈服強度：≥793 MPa；屈服載荷：43 t；桿體長度： 10 m；桿體外徑： 38 mm(無墩粗、無扳手方)；螺紋型號：7/8-10UN與UNR螺紋(外螺紋為UNR型，內(nèi)螺紋為UN型)；配套短節(jié)長度： 0.5 m、1 m、2 m。

1.3 工作原理

桿柱組合方面，使用無接箍光桿的機抽井桿柱從下到上為：抽油泵+加重桿+抽油桿+抽油桿調(diào)整短節(jié)+無接箍光桿(10 m)+無接箍光桿(10 m)+防脫帽。

機抽井作業(yè)方面，其操作步驟通常如下：(1)吊車懸吊無接箍光桿，拆懸繩器、光桿卡子；(2)上提無接箍光桿及配套短節(jié)，控制光桿出井、深抽桿式泵解封以及抽稠泵或管式泵的柱塞上提出泵筒；(3)進行更換光桿、洗井、驗泵、解卡、解堵等作業(yè)；(4)通過下放光桿(上部可用配套短節(jié)進行加長)，控制光桿入井、深抽桿式泵座封、抽稠泵或管式泵的柱塞下放入泵筒；(5)恢復井口生產(chǎn)流程，啟抽生產(chǎn)。

整個作業(yè)過程最大的優(yōu)勢在于無需泄壓及壓井等工序，實現(xiàn)了全流程的不壓井作業(yè)。

1.4 創(chuàng)新點

(1)力學性能方面，優(yōu)選外徑38 mm、7/8-10UN(R)螺紋H級無接箍光桿，其屈服載荷達43 t，確保了光桿的力學性能，滿足機抽井的生產(chǎn)需求。

(2)作業(yè)工藝方面，無接箍光桿無墩粗與扳手方，與井口光桿密封器、桿式泵封泵器等配套，可形成不壓井作業(yè)工藝[2]，既提升了作業(yè)時效，也降低了作業(yè)費用；

(3)現(xiàn)場操作方面，無接箍光桿長度統(tǒng)一為10 m，配套0.5～2 m的無接箍光桿短節(jié)，既方便加工，也便于井口操作。

2 現(xiàn)場應(yīng)用評價

2.1 現(xiàn)場應(yīng)用情況

2019年以來，采油三廠累計應(yīng)用無接箍光桿55井次?，F(xiàn)場實踐證明，使用無接箍光桿可以有效降低安全風險、大幅縮短作業(yè)時間并降低作業(yè)費用，從而提高油井生產(chǎn)時效。

(1)井口作業(yè)中的應(yīng)用。考慮到易析出膠質(zhì)瀝青質(zhì)、易發(fā)生原油乳化機抽井的高作業(yè)頻率，在TH1CH、TP1CH等井進行了現(xiàn)場試驗，實現(xiàn)機抽井不壓井、帶壓井口作業(yè)。

以TP1CH井為例，該井為托甫臺一口開發(fā)井。日常以5m×4 n/min工作制度生產(chǎn)，油壓1.3 MPa，套壓1.5 MPa，日產(chǎn)液 27.7 t，日產(chǎn)油18.2 t，含水34.3%。由于該井原油易發(fā)生乳化，平均每月要求洗井1次，作業(yè)過程需泄壓及壓井，平均作業(yè)時間10 h，加之反排壓井液24 h左右，嚴重影響油井生產(chǎn)時效。

2019年4月在該井試用無接箍光桿，5月發(fā)生原油乳化時，未進行壓井作業(yè)，直接井口帶壓上提桿柱，解封深抽桿式泵，4 h完成了洗井作業(yè)，提高油井生產(chǎn)時效30 h，節(jié)約作業(yè)費用3 592元，應(yīng)用效果顯著。

(2)修井作業(yè)中的應(yīng)用。采油三廠所轄油藏區(qū)塊以稀油為主，抽油泵多以深抽桿式泵為主(泵總長度10.3 m)。為保障施工安全，修井時需進行壓井作業(yè)，壓井液入井一定程度上造成了地層污染，同時壓井液的反排也嚴重影響了油井生產(chǎn)時效。

有學者先后提出桿式泵不壓井作業(yè)技術(shù)，即桿式泵配套封泵器，在修井時直接上提桿以柱實現(xiàn)油管空間的關(guān)閉。2017年，采油三廠在TH2X(K)井試用了此技術(shù)，但后期檢泵作業(yè)時，由于深抽桿式泵長度大于常規(guī)單根光桿長度，光桿接箍提至雙閘板防噴器內(nèi)仍無法解封桿式泵，試驗桿式泵不壓井作業(yè)失敗。

2019年4月，采油三廠在TP2X井更換無接箍光桿，繼續(xù)試驗桿式泵不壓井作業(yè)技術(shù)。在井口油壓1.2 MPa、套壓3.1 MPa的情況下，直接帶壓上提桿柱，拆除第一根無接箍光桿，第二根無接箍光桿提出5 m后，深抽桿式泵解封成功；繼續(xù)上提桿柱0.5 m，泵底部捅桿提出封泵器，封泵器關(guān)閉，關(guān)閉油管空間；泄油壓至0 MPa，起、下機抽桿柱，實現(xiàn)了不壓井檢泵作業(yè)。與常規(guī)檢泵作業(yè)相比，在保障作業(yè)安全的前提下，減少了壓井工序，避開了反排壓井液環(huán)節(jié)，提高原油生產(chǎn)時效72 h。

2.2 經(jīng)濟效益計算

(1)井口作業(yè)中產(chǎn)生的效益。單井次壓井作業(yè)需水車1輛(700元/車)、700型泵車1臺(492元/h)、50 t吊車1臺(折合1 200元/h)，每口機抽井日均產(chǎn)油10.0 t，每噸原油凈效益為0.13萬元。在洗井、驗泵、解卡、解堵作業(yè)中，單井次縮短作業(yè)時間6 h，節(jié)約費用0.36萬元，油井生產(chǎn)時效提高30 h，單井次增油效益1.6萬元。應(yīng)用無接箍光桿后，僅用吊車便可快速完成更換光桿作業(yè)，單井次節(jié)約費用0.61萬元。

(2)檢泵作業(yè)中產(chǎn)生的效益。單井次泄壓、壓井需時間約4 h，單井次壓井液返排時間約72 h(單井平均壓井液約75 m3，按目前機抽井日產(chǎn)液水平24.6 m3計算)，合計單井次提高生產(chǎn)時效76 h，單井次增油效益4.1萬元。

(3)采油三廠年均綜合效益。全廠年均洗井、驗泵、解卡、解堵、換光桿等作業(yè)135井次，桿式泵井不動管柱作業(yè)9井次，應(yīng)用無接箍光桿后，全年可節(jié)約施工費用57.4萬元，全年節(jié)約生產(chǎn)時效4 734 h，增油效益256.4萬元。全年累計產(chǎn)生效益313.8萬元。

3 結(jié)語

(1)無接箍光桿與封泵器組合，可實現(xiàn)深抽桿式泵機抽井的不壓井井口作業(yè)及不壓井檢泵作業(yè)，在節(jié)約成本的同時大幅提高了油井生產(chǎn)時效。

(2)無接箍光桿安全可靠，可完全取代常規(guī)帶接箍的光桿，適用性強，經(jīng)濟效益可觀，可在機抽井中全面推廣應(yīng)用。