带压作业技术调研样本.doc

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带压作业技术

前言
带压作业是指利用特殊修井设备, 在油、 气、 水井井口带压的情况下, 实施起下管杆、 井筒修理及增产措施的井下作业技术。经过防喷器组控制油套环空压力, 堵塞器控制油管内部压力, 然后经过对管柱施加外力克服井内上顶力, 从而完成带压起下管柱。
几乎所有的油、 气、 水层从勘探, 开发到后期的维护过程中都受到不同程度的伤害。如何避免或减小油气层伤害, 提高油水井寿命和产能一直是开发技术人员努力的方向。带压作业技术的出现为实现真正意义上的油气层保护提供了可能。
相对于油井来说, 带压作业较传统井下作业, 没有外来流体入侵, 油气层就没有外来固相, 液相的伤害, 不会产生新的层间矛盾, 地层压力系统不会受到破坏, 不需要重新建立平衡, 有利于油井修复后稳产、 高产。相对于传统水井作业, 在不放喷, 不放溢流的情况下带压作业, 对单井而言不需要卸压, 同时解决了污水排放问题, 降低注水成本; 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, 有利于提高注水实效。
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, 主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, 出现了模块化的撬装设备, 以适应海上作业; 后,钻、 修、 带压作业一体机出现。
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, 最高提升力达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的BY30-2型带压起下钻装置和用于修井的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的高度重视及带压作业技术的逐步完善, 以后该项技术在国内得到了快速发展。据不完全统计, 中国现有带压作业装置90多套, 各大油田都有自己的带压作业装置。当前, 带压作业已实现油水井的起下管杆、 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
带压作业装置根据作业井别不同而有所不同, 但其核心部分包括三大系统, 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
井控密封系统主要由三闸板防喷器、 单闸板防喷器、 环形防喷器和升高短接等部分组成。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
加压动力系统主要由由双向双作用液压缸、 上游动卡瓦和下固定卡瓦等组成。用于当油管自身重量小于井内液体作用于油管的上顶力时, 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, 经过游动卡瓦咬住井内管柱, 操控液压系统, 在管柱重量小于井内液压的上顶力(浮力), 实现井内管柱的安全起下。当管柱重量大于井内液压的上顶力时, 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主要用于卡住油管, 阻止油管上窜。当井内压力对油管上浮力小于井内油管重量时, 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的上浮力大于井内管柱的重量时, 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。当井内压力对油管的上浮力小于井内管柱的重量时, 油缸及游动卡瓦停用, 改用大钩及吊卡。

图9 卡瓦
( 3) 横梁
横梁的作用是承受作业过程中的作用力, 而且将整套系统连接并固定成一体, 从而保证了整个系统的稳定性。包括游动横梁、 上横梁、 中横梁、 下横梁。
游动横梁下面安装的是游动卡瓦, 上面能够安装重力卡瓦或是吊卡。它的两端分别与升降液缸的活塞杆相连, 在作业过程中带到游动卡瓦一起运动, 主要是承受游动卡瓦和升降液缸的作用力。
上横梁和中横梁的主要作用是将升降液缸和中间的防喷器组连接在一体, 保证装置的稳定性。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。它们的两边是合页形式的卡子, 能够转过1000的角度, 卡在升降液缸上。下横梁两边与升降液缸的下部相连, 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
主要由液压控制系统、 堵塞器、 卸油箱、 工作平台等组成。
( 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组成。
液控操作台实现对井口封井器的开关动作及升降油缸的上下运动, 同时可分别调整各封井器系统液压, 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的压能, 在作业机或液压泵出现故障时, 靠储存能量实现液压快速关井, 提高带压作业的安全系数。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
最近几年, 结合生产实际情况, 国内有针对性研发了系列油管堵塞器和配件堵塞器, 以及其它堵井工艺, 有效地解决了带压作业技术中油管内部堵塞的核心问题。二连油田主要使用以下2种油管堵塞器。
阜新油管堵塞器主要由钢体、 卡瓦、 密封胶筒、 密封胶皮组成, 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的推动下向上运行, 至油管接箍处时卡瓦牙卡在油管之间的缝隙处, 不能运行。但堵塞器的本体继续运行, 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主要有: 坐封机构、 密封总成、 卡瓦总成、 锁紧总成等组成。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, 在静压的作用下, 活塞套上行, 推动卡瓦坐卡, 胶筒被压缩, 处于预紧状态, 堵塞器处于工作状态。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
主要用于完井时安装在管柱最下部, 在油管下入过程中, 在单向翻板的作用下, 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, 油管下入完成后, 向油管内打压, 在液力作用和球的自重作用下, 凡尔球冲过单向翻板座入下球座中, 起挡球作用, 能够实现分注作业。

图13 双向阀

( 4) 泄油箱
一般在上环形防喷器上方加装一个升高短节式的泄油短节, 一方面便于上部防顶卡瓦的安装, 另一方面从环形防喷器微漏出的水和接箍瞬间流出的水能经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
包括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, 主平台主要是提供作业的空间。
辅助平台上有环形防喷器及部分控制阀, 为环形防喷器及固定卡瓦的检修提供空间。

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的压力后, 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的压力, 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, 在管柱的自重低于井内压力的上顶力时, 用游动防顶加压卡瓦和固定防顶卡瓦控制管柱的起下; 起管柱时, 经过液压缸、 游动防顶加压卡瓦及固定防顶卡瓦三者的配合, 给管柱施加一定的控制力, 靠液压缸的举升力将井内管柱起出; 下管柱时, 经过液压缸、 游动防顶加压卡瓦及固定防顶卡瓦三者的的配合, 并给管柱施加一定的下推力, 将管柱下入井内至管柱的自重大于井内压力为止。在管柱的自重高于井内压力的上顶力时, 用修井机的提升系统、 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, 且能适应管柱外径的变化、 强行经过接箍及工具段。当井压在9MPa以下时可全程用环形防喷器抱住油管使接箍强行经过环形胶芯, 可大大节省作业时间。
( 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, 应是上防喷器处于关闭下防喷器处于打开状态, 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于关闭状态, 中间四通短节处于高压状态, 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, 而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, 就不会出现上述情况。
② 当接箍提出上部后, 上部防喷器应立即关闭、 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, 一方面开启困难, 防喷器油缸行走缓慢, 而且顶密封受压大, 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) , 将采油四通侧出口的高压水经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出现上述情况。
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部分主要技术参数

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试验压力
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
承压部件金属件的温度等级
T20( －29-121℃)
普通非金属密封件温度等级
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主要技术参数

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
我认为我们在带压起下钻作业装备及工艺的研究上存在以下优势
（1） 有控压钻井成功的经验, 和培养的一大批人员
（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
可能会遇到的问题
( 1) 我们没有相应的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