輪式卡瓦連續加載帶壓作業裝置的研究與應用

岳 振 玉

（勝利油田公司采油工藝研究院，山東東營 257000）

輪式卡瓦連續加載帶壓作業裝置的研究與應用

岳 振 玉

（勝利油田公司采油工藝研究院，山東東營 257000）

普通不壓井設備采用固定卡管器和游動卡管器交替夾卡實現管柱起下作業，導致設備操作程序多，速度慢。為此，研制了輪式卡瓦連續加載帶壓作業裝置。設計了加載控制系統和井口密封防噴系統，形成了液壓馬達驅動滾動頭連續滾壓的加載控制技術以及內置自封式球封和半全封組合而成的井口密封防噴技術，實現了低壓井管柱快速起下和密封防噴，具有加載效率高、作業速度快、安全可靠等優點。現場應用表明，該裝置可滿足低壓不壓井作業需要。

輪式卡瓦；帶壓作業裝置；連續加載；不壓井作業

油水井不壓井作業作為一種節能、環保型作業技術被廣泛應用于修井作業中。不壓井作業設備是實現不壓井作業的重要設備保障，它通過防噴器組合確保油套環空密封，通過固定卡管器、游動卡管器配合液壓缸舉升實現油管的加載控制起下［1-2］。這種通過不壓井設備固定卡管器和游動卡管器交替夾卡進行管柱起下的方式作業程序多，速度慢，不能夠實現連續作業，卡管器卡瓦牙易損壞，使用壽命短。鑒于此，研制了加載效率高、作業速度快、適合低壓油水井帶壓作業技術要求的輪式卡瓦連續加載帶壓作業裝置。

1 結構

輪式卡瓦連續加載帶壓作業裝置可確保帶壓作業過程中井口的密封防噴和管柱的加載控制，結構見圖1。

1.1 井口密封防噴

為了實現井口密封防噴，除了采用半封和全封實現靜密封以外，還設計了內置自封式球形防噴器［3-4］，以確保起下管柱的動密封。球形防噴器最大的設計特點是將自封內置球形防噴器內部，其主要目的是降低平臺高度，便于裝置與小修作業配套。

圖1 輪式卡瓦連續加載帶壓作業裝置結構示意圖和輪式卡瓦器結構示意圖

球形防噴器主要用于起下油管、大直徑工具及更換自封時，短時密封油套環空，實現油套環空的動、靜密封。球形防噴器主要由變徑法蘭、壓蓋、活塞、球型膠芯、殼體組成，膠芯設計為球形。當液壓力作用于活塞上平面時，活塞向下移動，壓縮球形膠芯變形抱緊管柱，實現油管的動、靜密封；當液壓力作用于活塞下表面時，活塞上移，帶動膠芯松開管柱恢復變形，實現管柱的正常起下。

內置式高壓自封封井器由法蘭壓蓋和自封膠芯組成，膠芯下部內置于球封殼體內部，通過膠芯內孔的預緊力實現油管初密封，利用油套環空壓力作用于自封膠芯外圍，使自封膠芯收縮變形，抱緊油管實現油套環空密封。

1.2 管柱加載控制

輪式卡瓦連續加載帶壓作業裝置能夠實現管柱加載控制起下，其關鍵部件是滾輪式卡瓦器，通過實驗確定滾輪式卡瓦器的加載能力。實驗設定3種約束條件：管柱被滾輪式卡瓦器擠扁、滾輪式卡瓦器過接箍以及接箍點壓滾輪式卡瓦器。在上述3種約束條件下，用滾輪式卡瓦器加載?73 mm油管，通過200 kN彈簧拉力計測試油管被擠扁、滾輪式卡瓦器損壞、接箍劃傷時的加載負荷。

測試結果表明：油管被擠扁時最大壓力為150 kN；滾輪式卡瓦器損壞最大壓力為120 kN；油管接箍劃傷的最大壓力為100 kN。因此，確定在3種約束條件下極限加載負荷為100 kN，此載荷可以控制低于5 MPa壓力的管柱上頂力。

2 工作原理

在低壓井帶壓作業中，輪式卡瓦連續加載帶壓作業裝置的半封用于密封井內有管柱且不進行起下作業時的環空壓力，全封在井內無管柱時起封井的作用；自封及球封實現管柱動密封；當管柱質量較輕不足以克服管柱上頂力時，夾緊液缸活塞推動聯軸和拉桿實現管柱夾卡，利用液壓馬達帶動滾輪式卡瓦器，快速滾壓油管本體和接箍，實現管柱的快速連續上提或連續下放。輪式卡瓦器固定在舉升液缸上部，以舉升液缸為支點可以實現卡瓦器的開關。更換自封膠芯時，舉升液缸將輪式卡瓦器升高即可進行操作。

3 技術參數

（1）靜密封能力：14 MPa；

（2）動密封能力：5 MPa；

（3）舉升力：100 kN；

（4）下壓力：100 kN；

（5）操作平臺高度：1.5 m；

（6）起下油管速度：200 m/h。

4 技術特點

（1）裝置的加載部件為花牙式滾動加載頭，加載能力強。

（2）裝置通過液壓馬達的驅動實現連續滾壓加載，加載速度快，起下單根速度較普通帶壓作業裝置快3～4倍。

（3）用過自封內置球封的設計，使作業平臺高度降低，相比普通3～5 m高度的不壓井作業裝置，該裝置的操作平臺只有1.5 m，能夠順利進行小修作業，施工效率高，作業成本低。

（4）該裝置極限加載負荷為100 kN，可以實現低壓油水井連續加載帶壓作業，安全性高且操作方便。

5 現場試驗

截至目前，利用該裝置已在勝利油田進行了350井次的帶壓作業現場應用。作業時井口平均壓力3 MPa，不壓井作業成功率達100%。

該裝置于2010年3月20日首次在ST3-7-438檢泵井進行了現場應用。應用時，在球封上安裝自封，確保管柱起下的動密封，裝置的半全封確保管柱的靜密封，啟動液壓控制站，利用輪式卡瓦連續加載實現200 m?73 mm管柱的快速滾壓起下。現場試驗結果表明，由液壓馬達驅動的滾輪裝置，在確保管柱動密封的狀態下能夠起下自如，作業時間較使用普通不壓井設備縮短工期1～2 d，減少了溢流排放和占產時間，作業效果良好。

6 結論與認識

（1）輪式卡瓦連續加載帶壓作業裝置通過液壓驅動滾動頭滾壓加載技術和密封防噴技術，在確保井控安全的情況下，實現了管柱快速、連續加載起下。

（2）該裝置平臺高度較低，可操作性好，不壓井作業施工效率較高，而且能夠實現與小修作業的配套，作業成本低。

（3）對于低壓不壓井作業，該裝置具有操作簡便、易于加工、費用低的特點，但對于高壓井不壓井作業，還存在一定的不適應性，需進一步進行研究。

［1］ 霍丙新，劉成延，江阿明.不壓井防噴帶壓作業裝置在長慶油田的應用［J］. 石油機械， 2009，37（6）：81-83.

［2］ 崔斌. 帶壓作業修井裝置的研制［J］.石油礦場機械, 2007，36（1）：63-66.

［3］ 周文化，左運峰，杜平，等. 數字化電控液防噴器控制系統的研制與應用［J］.石油鉆采工藝，2009，31（4）：21-23.

［4］ 楊永超，權培豐，崔大慶，等. ZY-1型帶壓作業裝置的研究與應用［J］.石油礦場機械， 2000，29（3）：22-23.

（修改稿收到日期 2013-09-13）

〔編輯 景 暖〕

Development and application of wheel slip continuous loading snubbing device

YUE Zhenyu
（Oil Production Technology Research Institute of Shengli Oilfield Company, Dongying 257000, China）

For a common snubbing device, to carry out manager of moving pipe by fixed clamping and the sliding clamping device’s alternating clamp operations leads to many slow operating produces.Wheel slip continuous loading snubbing device was developed, it was designed a loading control system and a wellhead sealing blowout prevention system, can load control through hydraulic motor driven head rolling, and seal blowout prevention technology consistsing of built-in self sealed ball wellhead sealing and semi closed, realize the pipe column clamp quickly, and pipe column sealing blowout preventer. The advantages of device is high loading efficiency, fast speed, safety and reliability. The field application results show that the design of device meeting the needs of low snubbing operation.

wheel slip; snubbing device; continuous loading; snubbing service

岳振玉. 輪式卡瓦連續加載帶壓作業裝置的研究與應用［J］. 石油鉆采工藝，2013，35（6）：122-124.

TE935

B

1000 – 7393（ 2013 ） 06 – 0122 – 03

國家專利：實用新型專利，專利號：ZL201020172338.2。

岳振玉，1978年生。2004年畢業于西安石油大學材料工程專業，現從事石油機械研究工作。電話：13205469772。E-mail：yuezhenyu1111@sohu.com。