陈和平，申君，管斌，王小军，方梦莉

（1．中国石化江汉油田分公司采油工艺研究院，湖北 武汉430035；2．中国石化江汉油田分公司勘探开发研究院，湖北 武汉430035）

江汉油田带压作业配套井下工具研究及应用

陈和平1，申君2，管斌1，王小军1，方梦莉1

（1．中国石化江汉油田分公司采油工艺研究院，湖北 武汉430035；2．中国石化江汉油田分公司勘探开发研究院，湖北 武汉430035）

结合江汉油田油水井带压作业施工的实际需求，开展了带压作业配套井下工具研究，设计出不同类型的油管内密封工具、带压冲砂洗井工具、完井工具等，基本解决了江汉油田各类型油水井带压作业施工井下工具配套问题，在现场施工中取得了较好应用效果。

江汉油田；油水井；带压作业；内密封工具

前 言

江汉油田江汉油区及坪北油区注水井常规作业时均存在不同程度的溢流问题。其中江汉油区部分区块存在着地层物性差、注水压力高、停注后压力扩散慢、作业时施工溢流大的问题。而坪北油区属特低渗油藏，地层吸水能力差，区块内注水井普遍存在着作业时注入水回吐的问题。据统计，江汉油区高压注水井作业前平均关井和放压时间达50天，单井平均放喷污水量达400方。坪北油区注水井作业时单井平均放喷污水量达110方。

注水井作业前关井放压不仅时间长，而且还会影响到周边井甚至整个区块的产量；放压后还要面临污水处理等问题。原井注入水大量返出地层，会造成地层应力变化导致套管变形。此外，由于注入水的回吐，作业开注后必须重新补充地层能量，将大大影响注水效率。

2009年江汉油田开始引进打压作业技术，并于2010年购置了第一套带压作业施工设备，组建了自己专业施工队伍，同时开展了带压作业油管内密封工具及配套井下工具的研究，形成了江汉油田带压作业油管内密封技术，先后在江汉油区和坪北油区进行了推广应用，取得了较好的应用效果。

1 带压作业技术

带压作业技术就是利用井控设备控制井口压力，对高压油水井在不泄压状态下，进行油水井维护和事故处理的修井作业。主要解决施工作业过程中油套环形空间动密封及管柱防喷问题，克服流体作用于管柱的上顶力，实现安全起下管柱等问题。带压作业设备由井控密封系统（见图1）、加压动力系统、提升系统等三大部分组成。井控密封系统主要由闸板防喷器、环形防喷器等组成，主要是密封环形空间或关井，保证井内液体不外溢。加压动力系统由双向双作用液压缸、游动卡瓦、固定卡瓦等组成，用于当油管自身重量小于井内流体作用于油管的上顶力时，进行提放管柱。提升系统主要由修井机构成。

带压作业首先对作业井油管进行通管，根据通管情况选择合适的油管堵塞器封堵油管压力。油管封堵成功后，将油管内压力放空，拆除井口。再将带压作业井控设备及作业机安装好。施工时利用井控设备的防喷器组控制油套环空压力，在带压环境中倒出油管挂，再将井内生产管柱起出。下入工艺管柱前，在油管末端连接专用的完井工具封堵油管压力，利用井控设备密封油套环空压力，在带压环境下将工艺管柱下入井内。管柱下至设计深度，连通管柱通道后进行下步措施。如需直接完井，则倒入油管挂，拆除带压作业辅助机，装好井口，完成封隔器坐封等步骤后，打开管柱通道完井。

带压作业技术的关键就是要解决油管内部堵塞，在整个带压作业过程中，无论是施工前对油管压力的封堵，还是施工中带压通井、刮管、冲砂、洗井等工序，以及下完井管柱恢复生产，实施上述步骤时都必须配套使用专用井下工具才能完成。这些配套工具的性能及指标直接决定了施工的效率和效果，因此带压作业配套井下工具是开展带压作业施工的必备条件，也是决定施工成败的最关键组成部分之一。

图1 井控密封系统

2 带压作业配套井下工具研究

2009年至今，围绕带压作业油管内密封技术及配套井下工具技术开展了多方面技术研究和应用，提升了带压作业能力，提高了修井作业时效，形成了适合江汉油田的带压作业技术。目前已完成固定式油管堵塞器、活动式油管堵塞器、带压正洗阀、多功能冲砂洗井阀、防溢流球座、分层注水井不压井循环阀、定压滑套等配套工具的研究工作。上述工具可实现油水井带压起管、换封和带压酸化压裂，以及带压刮管、冲砂、洗井等中间工序。

2．1 固定式油管堵塞器

（1）结构：主要由工作筒、堵塞器本体组成。

（2）工作原理：该类型堵塞器需配套工作筒使用，工作筒安装于注水管柱底端，需要起管柱作业时直接从井口投放堵塞器至工作筒处封堵油管。

（3）主要技术指标：最大外径90mm，最小内径30mm，工作温度120℃，反向最大承受压差35MPa。

2．2 卡瓦式活动堵塞器

（1）结构：主要由丢手连接杆、中心管、锥体、密封件、推动头、限位块等部分组成。

（2）工作原理：使用钢丝投送入井，到达预定位置时上提钢丝，使堵塞器座卡，继续上提钢丝直至销钉剪断，完成堵塞器坐封，油管泄压确认堵塞器封堵成功后方可起管。

（3）主要技术指标（见表1）。

表1 卡瓦式堵塞器主要技术指标。

2．3 弹簧爪式活动堵塞器

（1）结构：主要由丢手连接杆、中心管、锥体、卡瓦、密封件、推动头、连接销、推动头等部分组成。

（2）工作原理：同上。

（3）主要技术指标（见表2）。

表2 活动式油管堵塞器主要技术指标

2．4 带压正洗阀

（1）结构：主要由上接头、钢球、挡板、下接头等部分组成。

（2）工作原理：带压正洗阀为反向单流阀结构，正向连通，起下管柱时生产层位反向压力推动钢球上行至上接头处锥面处形成密封，实现正洗井和防溢流功能。

（3）主要技术指标：最大外径94mm，最小内径32mm，密封压力（0－35）MPa。

2．5 多功能冲砂洗井阀

（1）结构：主要由钢球、挡球套、挡块、扭簧、连杆和下接头等部分组成。

（2）工作原理：将该冲砂洗井阀配接于管柱底部，并带接球篮。在下管柱的过程中，钢球与上接头密封面形成密封，封堵井底压力，使管柱实现带压下放。当下放至指定位置之后，进行正洗井，洗井液的冲力可将球冲离扭簧和连杆，掉至接球篮，连通管柱实现冲砂洗井功能。该工具与常规球座配套使用，还能作为坐封完井工具使用。

（3）主要技术指标：最大外径92mm，最小内径30mm，密封压力（0－35）MPa。

2．6 防溢流坐封球座

（1）结构：主要由上接头、密封盘根、球座芯子、剪钉等部分组成。

（2）工作原理：上接头处设计有限位台阶用于固定球座芯子，下管柱时依靠密封盘根和球座芯子防止溢流。管柱下至设计位置后，油管加液压至设计压力打掉球座芯子，连通注水通道。

（3）主要技术指标：最大外径94mm，开启压力（5－10）MPa，工作温度120℃。

2．7 分层注水井不压井底部阀

（1）结构：主要由工作筒、连接短节、皮碗总成、堵头、缓冲套等部分组成。

（2）工作原理：下管柱时依靠其底部堵头密封油管，注水前憋压打掉堵头后起到坐封封隔器和循环反洗的作用。需要起管柱作业时先封堵分层注水配水器，再从油管投入配套堵塞器至底部循环阀工作筒处封堵油管。

（3）主要技术指标：总长1500mm，最大外径90mm，最小内径30mm，底部堵头正向开启压力20MPa，配套堵塞器工作温度120℃，堵塞器工作压力35MPa。

3 现场应用

江汉油田从2009年底开始引进带压作业技术，现场应用效果较好，于2010年购置第一套带压作业设备，在全油田推广应用，截止2011年9月，带压作业累计完成41口井次，工艺成功率100%，最大井深达到3000米，最大井口压力达到20MPa，累计减少溢流约14000m3。带压作业技术在江汉油田的成功应用，对保持油层压力、改善低渗透油田注水开发效果、满足环保需要等发挥了重要作用，为进一步提高注水效果创造了条件（见表3）。

表3 江汉油田部分注水井带压作业效果统计表

3．1 带压作业缩短了作业钻井周期

江汉油田部分高压注水井，由于放压溢流量大，作业前只能通过关井扩散降低井口压力，部分井关井扩散周期过长，平均约50天，最长达178天，压力仅从30MPa降到18MPa，常规作业仍无法开展修井作业，现有带压作业技术可以实现井口压力小于20MPa带压修井，减少了高压注水井关井扩散时间（见表4），一定程度上缩短了作业钻井周期。

表4 江汉油区部分高压注水井压力扩散情况统计表

3．2 实现20MPa以内不泄压小修作业

带压作业能减少泄压水量，提高注入水的有效利用，减少对周围油井产量的影响。目前江汉油田带压作业可实现20MPa以内不泄压修井，可以进行注水井检管、换封、冲砂及措施作业等施工作业，最大井深达到3000米，最大井口压力达到20MPa，带压作业能力和施工效果显著提高。

3．3 带压作业实现了坪北油田注水井作业零溢流量

坪北油田属于低渗透油田，井口压力在（6－9）MPa之间，常规作业存在关井压力扩散慢、放压周期长、溢流量大等问题，平均单井溢流量约110m3左右（见表5）。

表5 坪北油区部分注水井作业时套管溢流情况统计表

针对该油田注水井井口压力低这一特点，应用带压作业的技术可以省去放压环节，实现了注水井作业零溢流量。

4 结论及建议

（1）带压作业井下配套工具的研究与应用，解决了油田注水井常规放喷泄压作业所带来的负面影响，在增加油井产能、实施油藏保护、防止环境污染和减少水资源浪费等方面都起到了十分重要的作用，为油田注水开发、注水井维护性作业以及事故处理提供了有力的技术支持。

（2）经过现场实践，形成了完善的带压作业技术，实现了注水井全过程不泄压作业施工。提高了注水井修井作业效率，占井周期缩短，大幅度降低了注水开发成本。

（3）对于江汉油田结盐结垢较为严重的井，钢丝提放通井规通管已不能满足现场需要，建议加快油管刮管器的研究进度，采用抽油杆连接油管刮管器进行硬通管，同时要求井控设备提供与抽油杆相匹配的卡瓦和封井器。

（4）目前江汉油田注水井带压作业工艺已日趋成熟，气井油管内密封工具尚属空白，应加快气井堵塞器的研究步伐，以满足气井带压作业需要。

［1］崔斌．带压作业修井装置的研制［J］．石油矿场机械，2007，36（1）：63－65．

On the Study and Application of Equipments for Underground Operations under Pressure in Jianghan Oil Field

CHEN He－ping1，SHEN Jun2，GUAN Bin1，WANG Xiao－jun1，FANG Meng－li1

（1．Oil Production Technology Institute of Jianghan Oilfield Company，SINOPEC，Wuhan Hubei 430035，China；2．Exploration ＆Development Research Institute of Jianghan Oilfield Company，SINOPEC，Wuhan Hubei 430035，China）

In this paper，the authors study the underground tools for operation under increasing pressures according to the actual needs during oil－water well operations in Jianghan Oil Field and come up with diversified tools such as sealing tools inside oil pipes，well cleaning and sand washing tools under pressure and well completion equipment which can meet the needs of various oil－water well operations under pressure in Jianghan Oil Field and prove to be efficient in practices．

Jianghan Oil Field；Oil－Water Wells；Operations under Pressure；Inner Sealing Tools

TE35

A

1009—301X（2012）01—0051—04

2011－11－21

陈和平（1979－），男，大学本科，工程师，现工作于中国石化江汉油田分公司采油工艺研究院，主要从事采油工艺技术研究。

［责任编辑 郭华玉］