抽油桿懸掛器的研制與應用

張中寶， 李 軍， 李 勇, 張風彩， 耿麗蓉

(1中國石化西北油田分公司 2中國石油大港油田分公司)

由于塔河油田碳酸鹽巖油藏注水開發效果逐漸變差，塔河油田在2012年4月開展了單井注氣提高采收率試驗，效果顯著，目前注氣三采已大規模開展[1-5]。綜合考慮井控安全和套管防腐，注氣以油管正注為主。注氣設計壓力30～45 MPa，采用70 MPa或105 MPa井口裝置，有桿泵井注氣前需要將25 MPa或35 MPa機抽井口換成70 MPa或105 MPa注氣機采一體化井口，同時起甩全井抽油桿，才能滿足注氣要求。注氣結束，自噴生產至能量不足時，壓井組下帶有桿泵的機抽桿柱，恢復機抽生產,存在施工繁瑣，影響注氣、生產效率，施工成本高的問題。塔河油田有桿泵主要以桿式泵和抽稠泵為主[6-11]，具備上提抽油桿至有桿泵出泵筒即可以正注的技術特點，如果能夠將有桿泵提出泵筒的同時將機抽桿柱懸掛在井口裝置上，注氣前后可避免起甩、組下抽油桿的繁瑣工序，為此，研制了抽油桿懸掛器。抽油桿懸掛器的成功研制，為有桿泵井正注工藝提供了降本提效的簡便方案，取得了良好的經濟效益。

一、技術分析

基于懸掛抽油桿，同時能滿足正注兩個技術要求，開展了抽油桿懸掛器的研制。

1. 結構設計

抽油桿懸掛器由懸掛器和專用拆裝工具兩部分組成。懸掛器主要由上接頭、過流槽、BPV扣、抽油桿接頭構成。懸掛器的頂部是上接頭，上接頭采取T形槽設計，與專用拆裝工具的T形接頭配合連接。懸掛器的中部外壁面上凹陷設計有四個過流槽，過流槽沿懸掛器的軸線均勻縱向設置。懸掛器的中部外壁面上設計有BPV螺紋反扣，螺紋扣位于過流槽之間，通過螺紋扣將懸掛器與油管掛內部的BPV正扣連接。懸掛器的底部是抽油桿公接頭，抽油桿公接頭為外螺紋，與抽油桿上部的接箍的內螺紋相連(圖1)。專用拆裝工具頂部是抽油桿母接頭，用于連接抽油桿，底部采用T形快速接頭設計，與懸掛器上的T形槽相掛接固定在一起，反轉上扣、正轉卸扣，具體結構見圖2。

2. 工作原理

當機抽井需要注氣時，先將抽油桿上提至采油樹上方，卸下光桿和一定長度的抽油桿，確認有桿泵出工作筒，此時機抽管柱達到正注條件。將抽油桿懸掛器下端的抽油桿公接頭與抽油桿上部接箍母扣連接牢固，同時將專用拆裝工具的T形快速接頭與抽油桿懸掛器上接頭的T形槽掛接牢固。通過抽油桿吊卡連接專用拆裝工具，將抽油桿懸掛器送入采油樹油管掛預定位置，逆時針旋轉專用拆裝工具，使抽油桿懸掛器中部的BPV螺紋公扣與油管掛BPV母扣連接到位，此時井內抽油桿完成懸掛作業。順時針旋轉專用拆卸工具30°，專用拆卸工具與抽油桿懸掛裝置分離，提出專用拆卸工具。此時井口達到注氣條件。

圖1 抽油桿懸掛器結構示意圖

圖2 專用拆裝工具結構示意圖

相反，當注氣結束，自噴生產至能量不足時，壓井穩定后，組下專用拆裝工具，將專用拆裝工具的T形快速接頭與抽油桿懸掛器上接頭的T形槽掛接牢固，順時針旋轉專用拆裝工具，使抽油桿懸掛器中部的BPV螺紋公扣與油管掛BPV母扣連接脫開，上提、旋轉30°，拆下專用拆裝工具，續下機抽桿柱和光桿，恢復機抽生產。

3. 技術特點

(1)懸掛器通過BPV反扣與油管掛內的BPV正扣相連，起到固定懸掛器的作用。不僅實現了將抽油桿懸掛在井口，同時實現了固定抽油桿的作用，避免了井筒壓力升高導致桿柱上竄的問題。

(2)懸掛器外壁面上凹陷設計有四道過流槽，為正注作業預留了足夠的過流面積，同時緩解了井筒壓力對桿柱的上頂力。

(3)配套的專用拆裝工具采取快速T形接頭設計，操作簡便，可滿足反轉上扣和正轉卸扣操作。

(4)抽油桿懸掛器實現了注氣前后免起下抽油桿的同時，降低了作業過程中存在的井控風險，大幅縮短了注氣前期的準備時間，降低了作業成本，提高了注氣、機采時效。

4. 技術參數

懸掛器材質：42CrMo;懸掛器抗拉強度：20 t以上;懸掛器長度：208 mm;懸掛器外徑：76.7 mm;專用拆裝工具長度：3 000 mm。

二、現場應用

1. 現場應用情況

截至2018年底，累計應用抽油桿懸掛器配合有桿泵井注氣作業48井次，成功率100%，實現了有桿泵井注氣作業不起甩抽油桿作業，解決了注氣前后起甩、組下抽油桿工序繁瑣的問題。抽油桿懸掛器已在中石化西北油田分公司有桿泵注氣井全面推廣應用。抽油桿懸掛器在典型井的應用見表1。

表1 抽油桿懸掛器在典型井的應用

2. 典型井例

TH1井是一口注水替油失效井，生產方式：56/38抽稠泵泵掛2 822 m，摻稀機抽生產，工作制度5 m×3 n/min，日產液22.5 t，含水99.89%。為驗證抽油桿懸掛器的性能，2017年9月開展注氣三采作業。率先在TH1井開展了全面應用試驗，均滿足設計要求。

(1)安裝試驗。拆卸光桿和2根抽油桿后，將懸掛器與抽油桿連接下放至油管掛內，加壓0.1 t反轉6圈上扣成功，懸掛器懸掛固定抽油桿作業完成。

(2)提拉試驗。懸掛器上扣后上提噸位至12 t(桿柱懸重7.5 t)，桿柱未移動，懸掛器固定完好。

(3)拆卸試驗。吊車上提懸重至7.6 t，正轉6圈，平穩提出懸掛器。

(4)正注試驗。采用泵車正注，排量由6 m3/h逐級上調至24 m3/h，泵壓由0上漲至0.85 MPa，24 m3/h排量下，油壓穩定在0.85 MPa，說明懸掛器的過流通道滿足注氣注水要求。

2017年9～10月TH1井進行注氣施工，配備電驅1200型50 MPa制氮撬1套，電驅50 MPa注水泵2臺，采取氣水分注的方式，累計正注氮氣50.033 5×104m3，累計注水4 481 m3(其中套管伴水2 175 m3，油管伴水2 005 m3，油管頂替水51 m3，套管頂替水250 m3)。施工期間，正注氮氣排量1 210 m3/h，套管伴水2～10 m3/h，油管伴水2～6 m3/h，最高注氣壓力36 MPa，最高油壓35 MPa，最高套壓27.2 MPa。注氣結束，燜井46 d，于2017年11月開井自噴生產，累計自噴63 d，階段產油450 t。2018年2月僅需1 d成功完成掛抽作業，56/38抽稠泵運行正常，工作制度5 m×3 n/min，日產液31.3 t，日產油7.8 t，含水75.2%。TH1井掛抽后示功圖正常,見圖3,抽油桿懸掛器現場應用效果良好。

圖3 TH1井示功圖

3. 操作注意事項

(1)工具入井前仔細檢查、測量尺寸，確認完好無損再入井。

(2)懸掛器掛上井內抽油桿后，下放懸掛器過程中要控制好速度緩慢下放，防止操作不當，頓壓碰壞懸掛器絲扣。

(3)要求吊車指重儀準確、靈敏，安裝懸掛器過程中，控制吊車指重保持在比抽油桿原懸重低0.1 t的位置。拆卸懸掛器過程中，控制吊車指重保持在抽油桿原懸重高0.1 t位置。

(4)拆裝專用拆裝工具時，管鉗必須打在專門設計的打管鉗位置，即專用拆裝工具的扳手方頸處。

(5)安裝抽油桿懸掛器操作時反旋為上扣，拆卸抽油桿懸掛器操作時正旋為卸扣，必須確保上扣、卸扣方向正確。

(6)使用后清洗干凈工具，涂抹防銹油存儲。

4. 經濟效益

(1)節約作業成本。按照有桿泵泵掛2 600 m，起、下抽油桿各修井一次計算，修井費用為15.19萬元/井次，工期10 d。

(2)節約機采材料成本。參考常規作業流程，注氣后轉機抽生產，需下新抽油桿及抽油泵，單井材料費8.3萬元。

(3)間接增效產出。按照1井次作業節約修井周期8 d，單井平均注氣增油8 t/d，油價70美元時原油價格2 900元/t，完全成本1 678元/t計算，單井增油增效7.82萬元。

(4)投入。抽油桿懸掛器單套加工成本0.25萬元/套，按年加工20套計算，年投入工具費5.0萬元。懸掛抽油桿和掛抽費用按4.2萬元/井次計算，按照年機抽井口注氣60井次計算，年投入成本257萬元。

(5)年度綜合效益。按照年度60井次機抽井采用抽油桿懸掛器配合注氣作業計算，年度產出凈效益1 621.6萬元。

三、結論

(1)針對有桿泵井注氣前需起甩抽油桿的問題，設計了抽油桿懸掛器，具備固定抽油桿、正注雙重功能，滿足注水注氣施工要求。

(2)應用抽油桿懸掛器可實現注氣前后不起甩、組下抽油桿，在避免兩次小修作業的同時，節約了修井成本，減少了風險環節，同時提高了注氣、機采時效。

(3)抽油桿懸掛器安全可靠，操作方便，可大幅降低注氣作業成本，建議在有桿泵注氣井推廣應用。