一種機抽井口高壓轉換工具的研制與應用

宋正聰, 李 青, 高珊珊， 李 楠, 陳生財, 楊 征

(1中國石化西北油田分公司 2中石油青海油田采油一廠采油工藝研究所)

0 引言

塔河油田油藏類型為縫洞型碳酸鹽巖油藏，油藏埋深在5 500～7 000 m，壓力系數一般為1.08～1.10，50℃地面原油黏度在1 500～1 800 000 mPa·s，硫化氫濃度平均為13 275 mg/m3。近年來，稠油油藏產量占西北油田產量的60%以上，是油田增儲上產的重要陣地。

塔河油田稠油油藏開發采用套管摻稀降黏方式進行，現場管理不到位可導致稠油堵塞油管，需上修井機更換70 MPa井口正打壓解堵或檢管維護，目前存在以下難題：①上修井機穿換井口，增加作業成本達11萬元，檢管費用高達30余萬元;②穿換井口時間需要3 d，影響油井生產時效；③70 MPa井口高度較高，部分井抽油機基礎高達2 m以上，給現場管理帶來諸多不便[1]。為解決以上問題，研制了井口高壓轉換工具，該工具將35 MPa井口承壓提高至70 MPa，適用于稠油井解堵、注氣、酸化等作業[2]，取得較好效果。

1 高壓轉換工具結構原理

1.1 結構

該35 MPa機抽井口高壓轉換工具主要由密封組件、中心管、驗封插桿三大部分組成(見圖1)。

圖1 高壓轉換工具結構示意圖

1.1.1 密封組件

主要由兩個橡膠密封膠筒和一個試壓膠筒組成，采用雙向皮碗橡膠密封，材質為氫化丁晴橡，承受壓差為70 MPa；高壓作業時壓力通過傳壓孔擠壓兩個口朝下的膠皮碗，皮碗膨脹后起到與采油樹隔離的作用，使35 MPa井口耐壓提高至70 MPa[3]。設計專門驗封結構和驗封插桿，施工前可試壓確保密封效果。

1.1.2 中心管

中心管上部為?79.4 mm 5000PSI R35～?88.9 mm EU絲扣法蘭盤，具有8個M30×3×138雙頭螺栓，該法蘭以栽絲方式連接至機抽井口上，主要起到固定工具作用；外側有橡膠密封膠筒和一個試壓膠筒；中心管內部為內徑43 mm的過流通道，管壁下部有試壓孔和倒液孔，在倒流孔下部設計縮徑部位，坐封驗封插桿堵塞中心管內過流通道；底部有抽油桿懸掛接頭，底部設計抽油桿母扣，解封桿式泵，可懸掛井內抽油桿至井口，實現快速啟抽恢復生產。

1.1.3 驗封插桿

驗封插桿為實體桿柱，頂部外側對稱設計過流槽，底部為臺階結構，臺階周圍設計4圈“O”型密封圈，封堵中心管內過流通道。正打壓通過傳壓孔使橡膠皮碗膨脹，可實現對工具試壓(見圖2)。

圖2 高壓轉換工具驗封示意圖

1.1.4 油管刮壁器

由連接頭、本體、刮刀組成(見圖3)。連接頭在上部可以與抽油桿進行連接，用于下放工具、通管、刮壁。

1.2 工作原理

高壓作業時壓力通過傳壓孔擠壓兩個口朝下的橡膠皮碗，皮碗膨脹后起到與采油樹隔離的作用。使用時，將高壓轉換工具的中心管從350機抽井口頂部R35法蘭部位直接穿入井內油管中，底部可懸掛抽油桿，上端連接泵車管線，下端帶有兩個橡膠密封膠筒和一個試壓膠筒。使用時，將高壓轉換工具從井口下放至油管懸掛器內下方，利用橡膠密封將采油樹與油管壓力隔離，避開機抽井口的各個35 MPa承壓點，能夠使泵壓直接作用到油管內，實現將350機抽井口油管注入壓力提高至70 MPa[4]。為確保密封效果，需對密封裝置進行試壓，在液流通道上部設計縮徑部位，專門設計驗封插桿，穿入驗封插桿后正打壓，可實現對密封裝置試壓(見圖4)。取出驗封插桿后進行高壓解堵等施工作業。

1.3 技術參數

工作溫度：-30℃～80℃；額定工作壓力：70 MPa；工具長度：2 123 mm；中心管外徑：74.5 mm；中心管內徑：43 mm；橡膠皮碗外徑：80 mm；驗封插桿長度：2 000 mm；過流孔長度:30 mm；過流孔寬度：10 mm。

圖3 油管刮壁器結構示意圖

圖4 高壓轉換工具工作示意圖

1.4 結構特點

1.4.1 結構簡單

頂部直接通過法蘭連接至機抽井口R35法蘭上，底部設計抽油桿母扣懸掛(見圖5)抽油桿，解封桿式泵，可將井內抽油桿懸掛至井口，實現快速啟抽恢復生產[5]。

1.4.2 密封性能可靠

密封部分采用雙向皮碗橡膠密封，材質為氫化丁晴橡，密封性能可靠，使35 MPa井口承壓提高至70 MPa，有效降低井控風險。設計專門驗封插桿和驗封結構，使用前可試壓確保密封效果。

1.4.3 配套完善

專門設計油管刮壁器，清除油管內壁上殘留的鐵銹雜質，確保皮碗橡膠密封一次性成功。由于存在高壓作業期間可能需要泄壓、開井生產，常規機抽生產流程可能超壓等問題，因此現場專門配套70 MPa管匯流程。

圖5 抽油桿懸掛示意圖

2 現場應用評價

2.1 現場應用情況

2012年9月份以來，機抽井口高壓轉換工具在塔河油田A1、B2等146口井成功進行了稠油解堵、注氣、酸化等施工，成功率100%，節約作業成本1 525萬元，取得了滿意效果[6]。

2.2 典型井例

A1井2013年2月因稠油上返堵塞油管，安裝機抽井口高壓轉換工具后實施打壓解堵作業，現場最高施工壓力達54 MPa，施工過程井口未出現異常情況，解堵成功[7]。

B2井2016年9月井實施注氣作業，該井為35 MPa機抽井口，直接安裝機抽井口高壓轉換工具后實施高壓注氣，井口最高壓力達39 MPa，現場應用成功。注氣后燜井時間長達35 d，期間工具密封性能良好[8]。

2.3 現場使用步驟

1)檢查高壓轉換工具橡膠皮碗是否完整，無劃痕。

2)上吊車解封桿式泵，拆原井口二級密封和雙閘板防噴器，倒扣光桿、下放。

3)采用油管刮壁器對雙公短接上下2 m反復進行清洗、刮壁3～5次，確保油管內壁干凈。

4)對扣上提抽油桿，倒扣出2根抽油桿，吊裝高壓轉換工具，將井內剩余抽油桿與高壓轉換工具底部母扣連接后懸掛至井口，中心管從R35法蘭部位穿入油管中，確保橡膠皮碗無損傷。

5)送入驗封插桿，正打壓70 MPa試壓，不滲不漏，穩壓30 min為合格。

6)取出驗封插桿，實施稠油解堵、注氣三次、酸化等高壓作業。

下步隨著塔河油田稠油開發規模不斷深入，該裝置在降成本、提時效方面將有廣闊的應用前景。

3 結論

1)針對部分稠油井高壓解堵施工過程中頻繁上修井機穿換井口的問題，研發的機抽井口高壓轉換工具具備試壓、正注、懸掛抽油桿功能，較好滿足現場施工要求。

2)應用機抽井口高壓轉換工具，可實現機抽井口承壓級別由35 MPa提高至70 MPa，避免兩次上修井機穿換井口，有效降低井控風險，單井次節約時間3 d，有效提高解堵施工時效。

3)現場應用實踐證明，機抽井口高壓轉換工具安全可靠，工藝成熟，操作方便，單井次節約成本11萬元，建議在稠油解堵、注氣、酸化等高壓作業中推廣應用。