? 57 mm及以下抽油機井油管雙次防噴技術研究與應用

姚麗紅（大慶油田有限責任公司第一采油廠）

2015年新《環境保護法》實施后，國家對環保工作的重視程度和監管力度前所未有，大慶油田提出了“井口不出液、地層無傷害、地面無污染”的綠色作業發展方案，要求在油水井作業過程中必須避免對環境造成污染。而大慶油田年作業超過5.7萬井次，由于地層壓力高，作業過程中井筒流體溢出或噴出，不但影響人員安全，而且污染環境[1-5]。目前，? 57 mm及以下抽油機井主要采用活堵或帽型活門實現初次下入時防噴，但無法實現二次作業時防噴[6-8]。

為了解決初次下入和二次起出時油管液體噴濺的問題，開展了抽油機井油管雙次防噴技術研究，研制了雙次防噴固定閥，利用內部設計的活堵機構實現下泵時防噴；利用壓差滑套啟動二次防噴機構，實現起泵時防噴。

1 工藝管柱

油管雙次防噴工藝管柱由抽油泵、雙次防噴固定閥、篩管、尾管、絲堵等部分組成（圖1）。其中，技術核心是雙次防噴固定閥的設計，集一次防噴和二次防噴功能于一體，下管柱時將其連接在泵筒下端代替固定閥，利用內置活堵密封油管通道，實現一次下井防噴；完井時，將柱塞提出泵筒，通過油管打低壓，憋掉活堵，開啟生產通道；二次作業時，通過油管打高壓，啟動二次防噴機構，再次密封油管通道，實現防噴。

圖1 油管雙次防噴工藝管柱結構示意圖

2 核心工具及工作原理

2.1 雙次防噴固定閥

雙次防噴固定閥由上接頭、壓差滑套、二次防噴銷釘、鎖環、鎖環套、擋板、連接套、上閥座套、閥、閥座銷釘、閥座、下閥座套、活堵、一次防噴銷釘、彈簧、下接頭等組成（圖2）。其中，上接頭內部設有臺階，防止調防沖距時，柱塞下行將二次防噴銷釘剪斷，導致工藝失效；閥、閥座與抽油泵原裝固定閥、閥座的規格型號相同，確保抽油泵在抽吸過程中的泵效；壓差滑套底端擋板設計足夠大的進液孔，保證生產時過流量滿足泵抽液量，實現正常生產；二次防噴銷釘的剪切力需遠遠大于一次防噴銷釘的剪切力，防止憋堵時二次防噴銷釘剪斷；同時閥座銷釘與二次防噴銷釘，需設計足夠大的剪切力，防止在正常生產時受力剪斷，導致泵失效。

圖2 雙次防噴固定閥結構示意圖

2.2 工作原理

1）一次防噴原理。初次下泵作業時，將抽油泵原有固定閥拆除后，泵筒下端連接雙次防噴固定閥，內置活堵與下閥座套通過O型盤根密封，封堵生產通道，實現一次油管內防噴；按設計要求下至泵掛深度，調好防沖距后，將柱塞提出泵筒，通過井口油管正打壓至5 MPa，剪斷一次防噴銷釘，憋掉活堵，使油套連通，實現正常生產。

2）二次防噴原理。二次起泵作業時，先將柱塞提出泵筒，通過井口油管正打壓至15 MPa，二次防噴銷釘剪斷，壓差滑套下行，下端的擋板將閥壓緊在閥座上；同時鎖環與鎖環套咬合鎖緊，通過閥與閥座配合密封，再次封堵油管通道，從而實現二次作業時油管內防噴。

3 室內試驗

3.1 單個工具試驗

通過單個工具的一次反向承壓、各銷釘剪斷力、二次反向承壓等原理性試驗，驗證了雙次防噴固定閥一次防噴，固定閥、二次防噴等性能。

將組裝好的雙次防噴固定閥夾緊在臺鉗上，下端連接打壓頭，施加液壓至15 MPa，穩壓5 min，觀察到工具上端無出液情況，說明一次防噴效果良好。

卸掉打壓頭，連接于上端，施加液壓至5.2 MPa時，一次防噴銷釘剪斷，活堵憋掉；卸掉打壓頭，連接于下端，施加液壓，觀察到上端出液正常，說明滿足固定閥功能。

卸掉打壓頭，連接于上端，施加液壓至15.5 MPa時，二次防噴銷釘剪斷；卸掉打壓頭，連接于下端，施加液壓至15 MPa，穩壓5 min，工具上端無出液情況，說明二次防噴效果良好。

3.2 整體管柱模擬試驗

在模擬井中模擬現場試驗過程，驗證工藝管柱的可行性及現場適用性。將組裝好的雙次防噴固定閥連接于? 57 mm泵筒下端代替原有固定閥，下入100 m深模擬井中，坐油管掛，關閉套管閘門。

通過套管施加液壓至15 MPa，穩壓5 min，觀察到工具上端無出液情況，說明一次防噴有效。

油管連接打壓頭，施加液壓至4.8 MPa 時，壓力突降后上升，說明活堵憋掉；卸掉打壓頭，通過套管施加液壓，觀察到上端出液正常，說明滿足固定閥功能。

油管再次連接打壓頭，施加液壓至18 MPa，穩壓5 min；卸掉打壓頭，施加液壓至15 MPa，穩壓5 min，工具上端無出液情況，說明二次防噴有效。

室內單個工具試驗與整體管柱模擬試驗結果表明，雙次防噴工藝可以有效控制抽油機井油管內溢流，實現一次、二次作業防噴，達到反向承壓15 MPa的技術指標。

4 現場應用

截至2018 年底，油管雙次防噴工藝用于現場19口井中，防噴工藝管柱下入時套管有溢流，油管均無溢流，一次作業均防噴有效。其中二次作業8口井，起出時套管有溢流，油管均無溢流，防噴成功率達100%。現場試驗表明，油管雙次防噴工藝現場應用效果良好，可以有效解決? 57 mm及以下抽油機井作業過程中油管出液問題，減少對環境的污染，施工簡單方便，可進一步推廣應用。

5 結論

1）針對? 57 mm 及以下抽油機井油管無法二次防噴的問題，研制了油管雙次防噴工藝管柱，解決了檢泵作業過程中油管液體噴濺時污染環境問題，為大慶油田綠色清潔作業提供了有效的技術支持。

2）雙次防噴固定閥集一次防噴、固定閥、二次防噴三種功能于一體，具有功能全面、結構簡單、布局合理、操作方便等優點。

3） ? 57 mm 及以下抽油機井油管雙次防噴工藝現場已取得較好的應用效果，但憋堵和二次防噴是通過油管打高、低壓實現；現場憋堵時有可能存在誤操作導致二次防噴機構啟動，從而造成工藝失敗。下一步將在工具上端增加平衡滑套機構，提高工具及工藝可靠性。