ϕ 57 mm及以下抽油机井油管双次防喷技术研究与应用

2019-09-12姚丽红大庆油田有限责任公司第一采油厂

石油石化节能 2019年8期

姚丽红（大庆油田有限责任公司第一采油厂）

2015年新《环境保护法》实施后，国家对环保工作的重视程度和监管力度前所未有，大庆油田提出了“井口不出液、地层无伤害、地面无污染”的绿色作业发展方案，要求在油水井作业过程中必须避免对环境造成污染。而大庆油田年作业超过5.7万井次，由于地层压力高，作业过程中井筒流体溢出或喷出，不但影响人员安全，而且污染环境[1-5]。目前，ϕ 57 mm及以下抽油机井主要采用活堵或帽型活门实现初次下入时防喷，但无法实现二次作业时防喷[6-8]。

为了解决初次下入和二次起出时油管液体喷溅的问题，开展了抽油机井油管双次防喷技术研究，研制了双次防喷固定阀，利用内部设计的活堵机构实现下泵时防喷；利用压差滑套启动二次防喷机构，实现起泵时防喷。

1 工艺管柱

油管双次防喷工艺管柱由抽油泵、双次防喷固定阀、筛管、尾管、丝堵等部分组成（图1）。其中，技术核心是双次防喷固定阀的设计，集一次防喷和二次防喷功能于一体，下管柱时将其连接在泵筒下端代替固定阀，利用内置活堵密封油管通道，实现一次下井防喷；完井时，将柱塞提出泵筒，通过油管打低压，憋掉活堵，开启生产通道；二次作业时，通过油管打高压，启动二次防喷机构，再次密封油管通道，实现防喷。

图1 油管双次防喷工艺管柱结构示意图

2 核心工具及工作原理

2.1 双次防喷固定阀

双次防喷固定阀由上接头、压差滑套、二次防喷销钉、锁环、锁环套、挡板、连接套、上阀座套、阀、阀座销钉、阀座、下阀座套、活堵、一次防喷销钉、弹簧、下接头等组成（图2）。其中，上接头内部设有台阶，防止调防冲距时，柱塞下行将二次防喷销钉剪断，导致工艺失效；阀、阀座与抽油泵原装固定阀、阀座的规格型号相同，确保抽油泵在抽吸过程中的泵效；压差滑套底端挡板设计足够大的进液孔，保证生产时过流量满足泵抽液量，实现正常生产；二次防喷销钉的剪切力需远远大于一次防喷销钉的剪切力，防止憋堵时二次防喷销钉剪断；同时阀座销钉与二次防喷销钉，需设计足够大的剪切力，防止在正常生产时受力剪断，导致泵失效。

图2 双次防喷固定阀结构示意图

2.2 工作原理

1）一次防喷原理。初次下泵作业时，将抽油泵原有固定阀拆除后，泵筒下端连接双次防喷固定阀，内置活堵与下阀座套通过O型盘根密封，封堵生产通道，实现一次油管内防喷；按设计要求下至泵挂深度，调好防冲距后，将柱塞提出泵筒，通过井口油管正打压至5 MPa，剪断一次防喷销钉，憋掉活堵，使油套连通，实现正常生产。

2）二次防喷原理。二次起泵作业时，先将柱塞提出泵筒，通过井口油管正打压至15 MPa，二次防喷销钉剪断，压差滑套下行，下端的挡板将阀压紧在阀座上；同时锁环与锁环套咬合锁紧，通过阀与阀座配合密封，再次封堵油管通道，从而实现二次作业时油管内防喷。

3 室内试验

3.1 单个工具试验

通过单个工具的一次反向承压、各销钉剪断力、二次反向承压等原理性试验，验证了双次防喷固定阀一次防喷，固定阀、二次防喷等性能。

将组装好的双次防喷固定阀夹紧在台钳上，下端连接打压头，施加液压至15 MPa，稳压5 min，观察到工具上端无出液情况，说明一次防喷效果良好。

卸掉打压头，连接于上端，施加液压至5.2 MPa时，一次防喷销钉剪断，活堵憋掉；卸掉打压头，连接于下端，施加液压，观察到上端出液正常，说明满足固定阀功能。

卸掉打压头，连接于上端，施加液压至15.5 MPa时，二次防喷销钉剪断；卸掉打压头，连接于下端，施加液压至15 MPa，稳压5 min，工具上端无出液情况，说明二次防喷效果良好。

3.2 整体管柱模拟试验

在模拟井中模拟现场试验过程，验证工艺管柱的可行性及现场适用性。将组装好的双次防喷固定阀连接于ϕ 57 mm泵筒下端代替原有固定阀，下入100 m深模拟井中，坐油管挂，关闭套管闸门。

通过套管施加液压至15 MPa，稳压5 min，观察到工具上端无出液情况，说明一次防喷有效。

油管连接打压头，施加液压至4.8 MPa 时，压力突降后上升，说明活堵憋掉；卸掉打压头，通过套管施加液压，观察到上端出液正常，说明满足固定阀功能。

油管再次连接打压头，施加液压至18 MPa，稳压5 min；卸掉打压头，施加液压至15 MPa，稳压5 min，工具上端无出液情况，说明二次防喷有效。

室内单个工具试验与整体管柱模拟试验结果表明，双次防喷工艺可以有效控制抽油机井油管内溢流，实现一次、二次作业防喷，达到反向承压15 MPa的技术指标。

4 现场应用

截至2018 年底，油管双次防喷工艺用于现场19口井中，防喷工艺管柱下入时套管有溢流，油管均无溢流，一次作业均防喷有效。其中二次作业8口井，起出时套管有溢流，油管均无溢流，防喷成功率达100%。现场试验表明，油管双次防喷工艺现场应用效果良好，可以有效解决ϕ 57 mm及以下抽油机井作业过程中油管出液问题，减少对环境的污染，施工简单方便，可进一步推广应用。