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带压作业技术

前言
带压作业是指运用特殊修井设备，在油、气、水井井口带压状况下，实行起下管杆、井筒修理及增产办法井下作业技术。通过防喷器组控制油套环空压力，堵塞器控制油管内部压力，然后通过对管柱施加外力克服井内上顶力，从而完毕带压起下管柱。
几乎所有油、气、水层从勘探，开发到后期维护过程中都受到不同限度伤害。如何避免或减小油气层伤害，提高油水井寿命和产能始终是开发技术人员努力方向。带压作业技术浮现为实现真正意义上油气层保护提供了也许。
相对于油井来说，带压作业较老式井下作业，没有外来流体入侵，油气层就没有外来固相，液相伤害，不会产生新层间矛盾，地层压力系统不会受到破坏，不需要重新建立平衡，有助于油井修复后稳产、高产。相对于老式水井作业，在不放喷，不放溢流状况下带压作业，对单井而言不需要卸压，同步解决了污水排放问题，减少注水成本；对整个注采网来说，对周边受益井，注水站注入工作不影响，保持整个注采网络地层压力系统不受破坏，不需要再建压力平衡，有助于提高注水实效。
一、带压作业技术发展及现状
1、国外带压作业技术发展及现状
1929年美国奥蒂斯（Otis）公司创造了钢丝绳式起下装置，重要用于辅助钻机带压起下管柱作业，安全性较差；1960年第一台液压式带压作业设备诞生，提高了安全性；1980年，第一台车载液压式带压作业设备在北美出厂，增强了机动性；90年代后，浮现了模块化撬装设备，以适应海上作业；后,钻、修、带压作业一体机浮现。
当前带压技术和装备在国外已非常成熟，辅助式和独立式设备及其配套工具序列齐全，设备实现了全液压举升，最高提高力达2669KN，最大下推力达1157KN。已普遍应用于陆地和海洋作业。最高作业井压力可达140MPa。
2、国内带压作业技术发展及现状
国内从二十世纪60年代曾研制过钢丝绳式带压作业装置。70-80年代四川石油管理局研制了用于钻井抢险BY30-2型带压起下钻装置和用于修井BYXT15型带压起下钻装置。80年代，吉林油田研制开发出橇装式液压带压作业装置。
随着各油田对油层保护高度注重及带压作业技术逐渐完善，后来该项技术在国内得到了迅速发展。据不完全记录，国内既有带压作业装置90多套，各大油田均有自己带压作业装置。当前，带压作业已实现油水井起下管杆、通井、打捞、打印、冲砂、刮垢、射孔、换井口、挤灰、堵水、酸化、压裂、套磨铣、水平井（射孔、压裂）等工艺。
二、带压作业装置
带压作业装置依照作业井别不同而有所不同，但其核心某些涉及三大系统，分别是井口密封系统、加压动力系统、附属配套系统

1、井口密封系统
井控密封系统重要由三闸板防喷器、单闸板防喷器、环形防喷器和升高短接等某些构成。其作用是在起下管柱过程中实现油套环空密封。

2、加压动力系统
加压动力系统重要由由双向双作用液压缸、上游动卡瓦和下固定卡瓦等构成。用于当油管自身重量不大于井内液体作用于油管上顶力时，提放管柱，以保证安全起下。
（1）双向双作用液压缸
双向双作用液压缸即升降油缸，行程为3.5m左右，在固定卡瓦打开时，通过游动卡瓦咬住井内管柱，操控液压系统，在管柱重量不大于井内液压上顶力(浮力)，实现井内管柱安全起下。当管柱重量不不大于井内液压上顶力时，停止使用升降液缸，而用修井机大钩起下油管。

图8 液压缸
（2）固定卡瓦和游动卡瓦
固定卡瓦在作业过程中重要用于卡住油管，制止油管上窜。当井内压力对油管上浮力不大于井内油管重量时，不用固定卡瓦而改用大钩及吊卡，防止油管掉下去。
游动卡瓦是在井内压力对油管上浮力不不大于井内管柱重量时，用游动卡瓦卡住油管，随着升降油缸上升或下降从而提出或压入油管。当井内压力对油管上浮力不大于井内管柱重量时，油缸及游动卡瓦停用，改用大钩及吊卡。

图9 卡瓦
（3）横梁
横梁作用是承受作业过程中作用力，并且将整套系统连接并固定成一体，从而保证了整个系统稳定性。涉及游动横梁、上横梁、中横梁、下横梁。
游动横梁下面安装是游动卡瓦，上面可以安装重力卡瓦或是吊卡。它两端分别与升降液缸活塞杆相连，在作业过程中带到游动卡瓦一起运动，重要是承受游动卡瓦和升降液缸作用力。
上横梁和中横梁重要作用是将升降液缸和中间防喷器组连接在一体，保证装置稳定性。上横梁卡在溢流筒和升降液缸上。中横梁卡在短节和升降液缸上。它们两边是合页形式卡子，可以转过1000角度，卡在升降液缸上。下横梁两边与升降液缸下部相连，中间卡在下横梁座上，下横梁座下部连接三闸板防喷器，上面连接特种单闸板防喷器。
3、附属系统及其配套工具
重要由液压控制系统、堵塞器、卸油箱、工作平台等构成。
（1）液压操作控制系统由液控操作台、蓄能器系统及高压联结软管等构成。
液控操作台实现对井口封井器开关动作及升降油缸上下运动，同步可分别调节各封井器系统液压，使各封井器在最佳工作压力工作，延长各部位工作寿命。蓄能器系统能储存一定压能，在作业机或液压泵浮现故障时，靠储存能量实现液压迅速关井，提高带压作业安全系数。联结软管为高压软管，和蓄能器、液控操作台联结，传递液压能量，实现远程控制液压缸和井控装备。

图10 液控操作台
（2）油管堵塞器
近来几年，结合生产实际状况，国内有针对性研发了系列油管堵塞器和配件堵塞器，以及其他堵井工艺，有效地解决了带压作业技术中油管内部堵塞核心问题。二连油田重要使用如下2种油管堵塞器。
阜新油管堵塞器重要由钢体、卡瓦、密封胶筒、密封胶皮构成，工作原理：油管堵塞器靠水泥车打压，将油管堵塞器推送至设计位置，停泵后油管堵塞器在地层压力推动下向上运营，至油管接箍处时卡瓦牙卡在油管之间缝隙处，不能运营。但堵塞器本体继续运营，安全剪钉断，密封胶筒受压扩张，实现油管内堵塞。

图11 FXY211-50油管堵塞器
井下自动坐封堵塞器重要有：坐封机构、密封总成、卡瓦总成、锁紧总成等构成。工作原理：当自动坐封堵塞器下到预定位置后，上提，遇到接箍位置时，遇阻，上震击，中心杆上移，活塞腔进液孔露出，在静压作用下，活塞套上行，推动卡瓦坐卡，胶筒被压缩，处在预紧状态，堵塞器处在工作状态。解封时，在地面上震击，剪断解封剪钉，胶筒被释放、退回，然后捞住卡瓦座，捞出堵塞器。

图12 采研院井下自动座封油管堵塞器
（3）双向阀
重要用于完井时安装在管柱最下部，在油管下入过程中，在单向翻板作用下，凡尔球座于上球座中，起反向止回作用，使油管内部保持常压，油管下入完毕后，向油管内打压，在液力作用和球自重作用下，凡尔球冲过单向翻板座入下球座中，起挡球作用，可以实现分注作业。

图13 双向阀

（4）泄油箱
普通在上环形防喷器上方加装一种升高短节式泄油短节，一方面便于上部防顶卡瓦安装，另一方面从环形防喷器微漏出水和接箍瞬间流出水能通过导流管流到指定地方，不要上喷和流到井口处，污染地面环境。
（5）工作平台
涉及主工作平台和辅助平台。主平台上安装有司钻控制台、斜梯、逃生滑道、油管坡道，主平台重要是提供作业空间。
辅助平台上有环形防喷器及某些控制阀，为环形防喷器及固定卡瓦检修提供空间。

图14 工作平台
三、带压作业工艺
1、带压作业原理
用内堵塞器密封管柱内压力后，将整套装置安装在井口上，用环形防喷器或闸板防喷器密封油套环空压力，使用液压卡瓦卡紧管柱，使用大钩或升降液压缸进行起下管柱和井下工具。
2、起下管柱过程
起下管柱作业过程中，在管柱自重低于井内压力上顶力时，用游动防顶加压卡瓦和固定防顶卡瓦控制管柱起下；起管柱时，通过液压缸、游动防顶加压卡瓦及固定防顶卡瓦三者配合，给管柱施加一定控制力，靠液压缸举升力将井内管柱起出；下管柱时，通过液压缸、游动防顶加压卡瓦及固定防顶卡瓦三者配合，并给管柱施加一定下推力，将管柱下入井内至管柱自重不不大于井内压力为止。在管柱自重高于井内压力上顶力时，用修井机提高系统、游动重力卡瓦和固定重力卡瓦进行起下作业。
3、滑动密封原理
（1）环形防喷器滑动密封原理

图20 环形防喷器滑动密封
在作业过程中，环形防喷器对作业管柱外径提供主密封，且能适应管柱外径变化、强行通过接箍及工具段。当井压在9MPa如下时可全程用环形防喷器抱住油管使接箍强行通过环形胶芯，可大大节约作业时间。
（2）闸板防喷器滑动密封工作原理

图21 闸板防喷器滑动密封
① 当接箍到达两单闸板防喷器之间时，应是上防喷器处在关闭下防喷器处在打开状态，此时应把下防喷器关闭，做好准备打开上防喷器，使接箍上移。但此时两防喷器均处在关闭状态，中间四通短节处在高压状态，如此时打开上部防喷器，一方面单面受高压打开困难，另一方面易把前密封胶件刺坏，并且高压水易往上喷出使作业环境受损坏。因些，在打开上部防喷器前先打开泄压阀，将高压卸掉再关上泄压阀，再打开上部防喷器，就不会浮现上述状况。
② 当接箍提出上部后，上部防喷器应及时关闭、下部防喷器应及时打开，但此时中间短节处无压力。如要打开下部防喷器，其防喷器闸板上、下面压差太大，一方面启动困难，防喷器油缸行走缓慢，并且顶密封受压大，特容易磨损，因而先把平衡阀打开（下采油四通侧出口与井控四通侧出口之间用高压软管与平衡阀相联接），将采油四通侧出口高压水通过软管和平衡阀引入至井控四通内，使下防喷器闸板上下压力平衡后，再关闭平衡阀，此时再打开下闸板防喷器就不会浮现上述状况。
4、某型号带压作业装置参数
表1 BYJ60/21DQ不压井作业装备井口某些重要技术参数

项 目
技 术 参 数
升降液缸行程：
3.6m
升降液缸上顶力（最大）
600KN
升降液缸下拉力（最大）
420KN
升降液缸最大空载上升速度
26.4m/min
升降液缸最大空载下降速度
41.4m/min
系统最高工作压力
21Mpa
系统承受最大静压力
35Mpa
系统承压件部件强度实验压力
52.5Mpa
整机重量（不含拔杆绞车系统）
11000Kg
系统通径
φ186mm
闸板防喷器所配闸板规格
全封、2 3/8＂、2 7/8＂、3 1/2＂
卡瓦所配卡瓦牙规格
2 3/8＂、2 7/8＂、3 1/2＂
主机外形尺寸（不含拔杆绞车系统）mm
3100×2500×64000
工作平台外形尺寸mm
3000X2400
下平台外形尺寸mm
2850X2100
拔杆绞车系统重量
3000Kg
拔杆绞车系统外形尺寸
11500X1100X500
拔杆绞车系统额定起重量（双绞车）
750KgX2
承压部件金属件温度级别
T20（－29-121℃）
普通非金属密封件温度级别
BB（－18-93℃）
工作介质
水、原油、钻井液

表2 BYJ60/21DQ不压井作业装置动力橇重要技术参数

柴油机型号/功率
6LTAA8.9-C325/239KW
液控系统最大工作压力
21MPa
蓄能器容积
4X40L
油箱容积
1500L
动力橇外形尺寸mm
6060X2440X2440
动力橇重量
9100Kg
5、个人想法
我以为咱们在带压起下钻作业装备及工艺研究上存在如下优势
（1） 有控压钻井成功经验，和培养一大批人员
（2） 液气控制技术成熟
（3） 监测及自动控制技术成熟
（4） 测控软件成熟
也许会遇到问题
（1）咱们没有相应实验室或者实验基地
（2）国内防喷器胶件等材料质量难以保证