環空壓力控制閥的研究與應用

宋 海，張 杰

（中石化西北油田分公司工程技術研究院，烏魯木齊 830011）①

環空壓力控制閥的研究與應用

宋 海，張 杰

（中石化西北油田分公司工程技術研究院，烏魯木齊 830011）①

塔河油田部分區塊為特稠、超稠油藏，大多采用摻稀降黏生產方式，在完井作業時需要考慮摻稀通道的問題。對稠油井中帶有封隔器的完井生產管柱，通常下入摻稀滑套；常規滑套需要對管柱進行正加壓打開循環通道，滑套內部存在明顯的縮徑機構，對酸壓施工的泵壓和排量有一定的限制；影響了儲層改造的效果。環空壓力控制閥不需投球，只需對環空進行加壓即可打開閥孔，不會對酸壓和生產造成影響，能夠更好地滿足現場施工的要求。

稠油；摻稀降黏；環空壓力控制閥

塔河油田部分區塊屬于典型的稠油油藏，具有密度大、黏度高、流動性差的特點，據統計，地面原油黏度最高達到18×104m Pa·s（60℃）。稠油開采的關鍵是降低原油的黏度，改善原油的流動性。塔河工區多采用摻稀降黏的開采方式。

塔河稠油井完井生產管柱分為光管柱和帶封隔器的管柱2種。光管柱由于不存在封隔器，摻稀作業可以直接在喇叭口處進行；對于帶封隔器管柱，封隔器將環空上下隔開，為了滿足摻稀生產的要求，需在封隔器上部設計摻稀滑套，以確保摻稀通道的暢通。常規的滑套主要由外筒、芯軸（含密封件）、球座（含縮徑機構）及2個流動通道（A通道和B通道）等組成［1-2］。其中，A通道為連通油管與環空的閥孔；B通道為滑套內通道，如圖1所示。

圖1 摻稀滑套結構

在入井時，A流道被芯軸上的密封機構阻斷，B流道是暢通的，可以進行洗井、替漿等作業。待測試求產時，需投球打開A流道，從油管內投入對應尺寸的球，對油管進行正加壓，推動芯軸下行，露出A通道，油管與環空連通，即可進行摻稀作業；之后繼續對油管加壓直至打掉球座，使B流道重新暢通，地層產出稠油流動至A流道時與摻稀油混合，達到降低原油黏度的目的。

對于漏失比較嚴重的稠油井，考慮井控的安全，通常停止鉆進直接進行測試求產。一方面測試管柱需要滿足摻稀的要求；另一方面如果測試效果不好，還需進行酸壓改造，測試管柱還需滿足酸壓的要求。常規的滑套存在縮徑機構［3-4］，對改造效果有一定的影響，為了克服這一不足，同時滿足摻稀生產和后期可能的酸壓施工要求，研制了環空壓力控制閥，并取得了良好的應用效果。

1 環空壓力控制閥

1.1 結構設計

環空壓力控制閥結構如圖2所示，由上接頭、O形密封圈、閥孔、剪切銷釘、外套筒、自鎖機構、可移動閥體及下接頭等組成。

圖2 環空壓力控制閥結構

1.2 工作原理

環空壓力控制閥在入井時閥孔處于關閉狀態，此時油管與環空是不連通的。當漏失井需要進行替漿作業或酸壓井需摻稀試油時，需要打開控制閥的閥孔，從環空進行加壓，壓力作用在可移動閥體的承壓端面上，承壓端面所承受的壓力可傳遞到剪切銷釘，當承壓端面受到的壓力超過剪切銷釘的剪切力時，剪切銷釘斷脫，環空壓力推動可移動閥體向下移動，閥孔逐漸露出。可移動閥體的外表面和自鎖機構的內表面均有棘齒，當可移動閥體向下移動到表面棘齒與自鎖機構的棘齒相互咬合時，閥孔完全打開；同時由于自鎖結構的作用，可移動閥體保持固定，油管與環空的流動通道形成。

1.3 技術特點

1） 棘齒咬合牢固［5］可移動閥體的外表面棘齒向上傾斜，自鎖結構的內表面棘齒向下傾斜，二者咬合緊密，能夠有效地固定可移動閥體。

2） 剪切銷釘設計靈活［6］具體可根據環空壓力控制閥的下深、壓井泥漿的密度以及封隔器坐封要求等，選擇合適數量的銷釘，以滿足施工的要求。

1.4 主要技術參數

塔河油田常用的環空壓力控制閥最大外徑為?127 mm，最小內徑為?61 mm，總長0.78 m，工作溫度150℃，適應套管內徑為?152～?168 mm。

1.5 適用范圍

環空壓力控制閥具有環空壓力控制、內通徑大的特點，結合塔河油田的實際工況，可用于以下作業中：

1） 壓井作業 與常用壓井滑套類似，首先隨完井管柱入井，后期進行修井作業時，若井筒堵塞導致無法建立循環時，可對環空加壓打開閥孔，建立壓井循環通道。

2） 稠油摻稀 塔河油田目前多將其應用到摻稀作業中，在控制閥閥孔打開后即可實現稠油與摻稀油的混合，從而達到降黏的目的。

2 現場應用

TH245CH井是塔河油田主體區1口稠油側鉆水平井，采用四開井身結構。為了達到避水的目的，側鉆點上提，三開下入膨脹管固井完井，四開采用?120.65 mm鉆頭進行裸眼完井。該井需要分層改造評價，測試求產需要摻稀。為了同時滿足酸壓和摻稀的需要，管柱中下入封隔器和環空壓力控制閥。

2.1 管柱結構

該井酸壓完井管柱組合為：油管＋環空壓力控制閥＋套管封隔器＋油管＋水力錨＋裸眼封隔器＋球座＋篩管＋圓頭盲堵引鞋，其中套管封隔器和裸眼封隔器均為液壓封隔器，需投球；加壓坐封。如圖3。

圖3 TH245CH井結構

裸眼封隔器是為了封隔上部裸眼段，使壓裂液僅作用于下部儲層段；水力錨主要是起到錨定的作用，在酸壓施工時保護裸眼封隔器與油管；篩管與圓頭盲堵引鞋配合使用是為了接住打掉的球座，避免井下落物；套管封隔器的作用是在對環空進行加壓開啟環空壓力控制閥時保護下部膨脹管。

2.2 施工步驟

1） 為了后期順利下入完井管柱，進行刮管、通井和模擬通井等井筒處理。

2） 拆井口、下入酸壓完井管柱、裝采油樹。

3） 替漿、洗井、坐封封隔器、驗封：連接好加壓管線之后，對管柱進行正加壓，逐級加壓5.0、8.0、11.0、14.0、17.0、20.0 MPa，各穩壓3 min后泄壓至0，再次重復逐級正加壓1次，仍各穩壓3 min后泄壓至0，裸眼封隔器及套管封隔器完全坐封；之后環空加壓15.0 MPa，穩壓15 min無壓降，驗封合格，泄套壓至5.0 MPa；然后再正加壓0～22.0 MPa降至19 MPa，表明坐封球座被擊落，此時環空壓力控制閥仍處于關閉狀態。

4） 酸壓施工：泵壓17.4～93.1 MPa，套壓4.7～19.2 MPa，排量0.5～5.9 m3／min；共正注液體655 m3，擠入地層總液量625 m3；停泵20 min測壓降，泵壓由17.4 MPa降至17.0 MPa，酸壓施工過程中封隔器坐封良好，有效地保護了環空。

5） 測試、求產：見稠油以后進地面測試流程，先正擠1個油管容積的摻稀油入井，將稠油擠回地層，之后環空加壓打開控制閥：從環空依次加壓3.8、32.0、18.0、3.8 MPa，壓力突降顯示控制閥打開，之后即可進行摻稀生產。

2.3 工況分析

1） 環空壓力控制閥的內徑為61 mm，幾乎與?73.0 mm（2 7/8英寸）油管內徑（62 mm）相同，實現了管柱大通徑；最高泵壓和最大排量分別為93.1 MPa和5.9 m3／min，有利于酸壓施工。

2） 在封隔器坐封以后，驗封時環空加壓壓力為15 MPa，環空壓力控制閥的閥孔開啟壓力為32 MPa，壓力相差較大，有利于現場操作，封隔器與控制閥壓力設置互不干擾，均能正常工作。

3 結論

1） 常規滑套內部存在明顯的縮徑機構，對酸壓施工的泵壓、排量等造成一定的限制，影響了儲層改造的效果。

2） 環空壓力控制閥采用環空加壓的方式，節省了投球、候球入座等的時間，避免了因誤投鋼球造成的中途開啟或球座多次加壓后密封不嚴的問題，可以取代壓井或摻稀滑套，用于塔河油田的壓井或稠油摻稀作業。

3） 環空壓力控制閥在TH245CH井的成功應用，表明控制閥性能可靠，能夠滿足塔河稠油井酸壓和摻稀的作業要求。

［1］ 華東石油學院礦機教研室.石油礦場機械［M］.北京：石油工業出版社，1980.

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［3］ 劉勇，劉德基，劉紅梅.多功能KSL-100滑套式井下水力開關［J］.石油機械，2001，29（7）：19-21.

［4］ 緱曉軍，朱國新，曹崇輝，等.井下工具試驗裝置設計分析［J］.石油礦場機械，2007，36（8）：87-90.

［5］ 李志廣，李川，閆永維，等.不壓井井下控制閥研制與應用［J］.石油礦場機械，2013，42（8）：64-66.

［6］ 張士甫.滑套使用中若干問題的分析探討［J］.鉆采工藝，2002，25（1）：77-79.

Development and Application of Annulus Pressure Control Valve

Part of the block reservoir in Tahe oilfield is the characters of extra or super heavy oil，for this kind of heavy oil reservoir，mining method of mixing thin oil of viscosity reduction is usually adopted to reduce the viscosity of crude oil when completion operation the method of mixing light oil channel should be considered.When completion string is with a packer in heavy oil wells，it is usually designed with dilute sliding sleeve.The conventional sliding sleeve needs to pitch，suppressed to open flow channel，sliding sleeve contains reducing mechanism，which limits the pump pressure and discharge of fracturing operation.Annulus pressure control valve does not need to pitch and suppressed.Only the annulus suppressed can open flow channels，and won t affect acid fracturing and production，it is better to meets the technical requirements for real construction.

heavy oil；mixed thin oil visbreaking；annulus pressure control valve

TE925.3

B

10.3969／j.issn.1001-3842.2014.09.016

1001-3482（2014）09-0059-03

2014-03-21

宋 海（1985-），男，山東菏澤人，碩士，主要從事完井方面的研究，E-mail：591691852＠qq.com。