稠油熱采斜直井液壓防噴技術的研究與應用

摘 要：河南稠油油田熱采斜直井，作業時采用閘板式全封封井器，需要人工來對其進行操作，當發生井噴時只有采取“扔油管”方式處理。在油稠的斜直井作業時，采取“扔油管”防噴，油管無法迅速下落，更容易發生井噴失控。為此研制了專用液壓封井器和旋塞閥、防噴器液控裝置，利用作業機液壓系統提供動力源，實現遠程控制防噴，通過現場應用，技術性能達到了要求，解決了斜直井作業防噴的需求。

關鍵詞：稠油熱采斜直井；井噴；液壓防噴器

中圖分類號：F416.22 文獻標志碼：A文章編號：1671-7953(2009)01-0031-03

The Research and Applying on the Technique of HydraulicPressure

Antispray on Thick Oil Thermal Extraction Slanted Well

NIU Ming-lan1，MA Yong-ben2，HAN Juan1

（1.China Peterochemical Corporation，the Second Oil Recovery Factory of Henan Oil Field Company，Tanghe 473400，China；

2.China Peterochemical Corporation，the Downhole Operation Depatment of Henan Oil Field Company，Nanyang 473400，China）

Abstract: During the manual operation of thermal recovery slanted well in Henan heavy oil field，ram full-closure well plugging device is adopted. When blowout happens，oil tubing has to be 'thrown away'. This manner，however，makes blowout more likely happen and lose control because the tubing can not drop quickly. In order to realize the blowout prevention in slanted well operation，special hydraulic well plugging device，stopcock and fluid control device for blowout preventer are developed，using the hydraulic system as the power source，and therefore，the blowout prevention is achieved by remote control. Through on-site application，the requirement of technical performance has been fully met and the problem of blowout in slanted well has been successfully solved.

Key words: thermal recovery slanted well；blowout；hydraulic blowout preventer

河南油田稠油熱采井的特點是淺、薄、稠、散、小，井口注汽溫度250-350℃、壓力3-16Mpa，注采周期短，出砂嚴重，注汽導致井內積蓄了很大能量，砂埋油層后導致井口壓力低或無壓力假象，在作業過程中管柱上提誘發井噴。目前斜直井作業時都采用閘板式全封封井器，需要人工對其進行操作，當發生井噴時只有采取\"扔油管\"方式，才能在最短時間內控制井噴。在油稠的斜直井作業時，采取“扔油管”防噴，油管無法迅速下落，更容易發生井噴失控，也給防噴工作帶來困難。斜直井大多都設計在村莊、農田、水庫等附近，一旦發生井噴失控，處理不方便、時間長，對環境的污染更大。由于斜直井作業機井架沒有設計逃生通道，當發生井噴失控時，一、二層平臺施工人員不能及時逃離井噴現場，嚴重時出現中毒、燙傷等人身傷害。針對斜直井作業還沒有可靠的井控裝置，開展稠油熱采斜直井作業防噴工藝技術的研究，以減少對周邊環境的污染和人身傷害［1］。

1 研究及解決的問題

1.1 液壓封井器和旋塞閥的設計

防噴器要實現封井，需均勻地貼緊在密封表面上，四處密封同時起作用才不會漏失。稠油熱采斜直井斜度一般為15°-45°之間，井口套管在地面處于傾斜狀態，在設計封井器旋塞閥時要著重考慮徑向受力均勻。設計時，在原封井器及旋塞閥基礎上進行了技術改進，在半封閘板的兩端各增加一套液壓缸，防噴器閘板的開啟和關閉都是靠液壓來遠程控制，動作迅速可靠［2］。去掉外力作用可以恢復原狀受力狀態合理，并且可以在封閉的情況下，實現壓井、洗井等特殊作業的施工。

1.2 防噴器液控系統的設計

液控系統是液壓防噴技術的關鍵之一，在于動力系統能量的設計，它直接影響到各部位的配合及整體運行效果。需準確計算出作用于各面積上的液控壓力，受力面積，動力源的變化規律，確定出液力系統各項參數。設計時，利用作業機液壓系統提供動力源，將斜直井作業機液壓系統與封井器遠程控制系統進行配套，實現遠程控制操作。從雙保險的角度考慮，增加了儲能罐裝置，使防噴器的關閉更可靠、更保險。如果液壓動力源失效或作業機熄火，儲能裝置還可實現關閉防噴器。

1.3 閘板膠芯耐壓密封問題

耐壓密封問題是該項技術的關鍵。主要通過橡膠制品作為環空密封材料，其耐壓能力強，強度試壓可達70Mpa，且密封性能好。當井口溫度達到121℃時，其橡膠密封材料還能發揮應有的效果。

2 原理及主要技術參數

2.1 結構、原理及特點

液壓封井器主要由：主殼體、主殼體型腔內有兩個相對運動的閘板總成、端蓋、液缸、活塞、拉桿、手輪等部件組成。

需要封井時，啟動液壓控制系統，液壓油通過關閉油路，進入防噴器油缸的關閉腔，推動兩閘板向井眼中心運動，依靠內密封膠心和頂密封膠芯的組合作用，即可實現關井。當液壓油通過開啟油路進入油缸的開啟腔時，油壓推動閘板后移，即可實現開井。液控系統出現故障時，則可用手動控制機構進行關井。關井時，右旋轉動手輪使帶螺紋的絲桿推動活塞和閘板向井眼中心移動，從而實現關閉操作。當用液壓關井后，如果需要長時間封井時，可以用手動控制將絲桿向右旋轉至閘板鎖緊為止。

液壓防噴器閘板膠芯為橡膠制品，其顯著特點是：在外力作用下彈性變大，能均勻地貼緊在密封表面上，阻止油氣的泄漏，去掉外力作用可以恢復原狀。閘板防噴器的密封原理就是利用橡膠芯子受擠壓后變形，緊緊抱住管柱來實現封井的。

防噴器需要四處密封同時起作用才不會漏失，即：閘板內密封與管柱之間、閘板頂密封與殼體之間，殼體與端蓋之間，端蓋與拉桿之間的密封。如圖

2.2 主要技術參數

液壓防噴器最大通徑為φ180mm(71/16″)；最大工作壓力35Mpa；最大制動壓力10.5Mpa；閘板最大行程90mm；連接法蘭規格φ380mm；工作溫度-290℃～+121℃；使用介質原油、天然氣、泥漿。

3 技術創新點

與國內現有液壓防噴技術相比創新點為：

1）防噴器閘板膠芯選用了特制橡膠制品，適應井口斜度在15°-50°之間不同類型熱采斜直井。適應井口溫度高，最高達到120度，在外力作用下彈性變大，受力狀態合理，能均勻地抱住管柱實現封井，阻止油氣的泄漏［3］。

2）密封性能好，關閉時間短，承壓高，試驗中用防噴器進行套管試壓，最高達12MPa，不刺不漏，關閉時間小于5秒鐘。

3）液控系統利用作業機液壓系統提供動力源，實現遠程控制防噴，關閉速度快，操作方便，安全性能進一步提高。

4）設計儲能裝置。保證動力源失效后，仍能對防噴器進行遠程控制，使防噴器的關閉更保險更完善更安全，避免了因設備出現異常不能關閉防噴器的現象。

4 現場應用情況

2007年10-11月對5口稠油熱采斜直井在作業過程中四種工況下進行了試驗（起下油管過程中、空井筒時、大直徑工具時、射孔作業時），主要試驗防噴器的密封性能及關閉時間。試驗中用防噴器進行套管試壓12MPa，不刺不漏，動力源關閉時間均小于5秒鐘，蓄能器關閉次數2次，成功率100%。

5 結論與認識

1）試驗證明該液壓防噴器技術性能、參數，設計合理，安全性能高，能達到密封壓力的作業效果，也能及時的關閉防噴器，提高了作業關閉防噴器的時間。

2）利用作業機液壓系統提供動力源，實現遠程控制防噴，操作比較簡單，減少了勞動強度，作為防噴設備，也可以推廣到稠油直井上來使用。

3）存在不足：井口套管短節長短不統一，短節過高不便于安裝，也不便于作業施工，在下步推廣應用過程中，需對防噴器體積及斜直井井口進行改進，便于操作施工。

參考文獻

［1］ 陳鳳君，劉軍紅，葉志權等.稠油熱采優化組合注汽技術研究［J］.河南石油，2006，20（4）：44-46.

［2］ 劉秀平，張 偉.修井作業配套井控裝置的研制與應用［J］.石油機械，2005，33（10）： P22-23.

［3］ 蘇尚文，許宏奇.我國防噴器技術進展及發展方向［J］.石油機械 ，2001，29，增刊： P101-107.