一種井口安全控制裝置的研究

摘要：油水井帶壓作業施工時，井下防噴開關或油管堵塞器失效井液外溢會造成地層損害及環境污染等問題。為解決該技術難題，防止安全環保等事故發生，研制了井口安全控制裝置。井口安全控制裝置可在油水井帶壓作業遇到井下防噴開關或油管堵塞器失效時，手動錨定于井口大四通下部第一根油管內壁便于操作的部位，使其密封膠筒變形膨脹堵塞油管內孔，防止井底高壓流體從井口溢出，為其他后續壓井措施贏得時間。井口安全控制裝置還可用于廢棄井及長停井的封井處理。該井口安全控制裝置安裝維護簡便、一次性投資低，還可重復使用，其各項技術指標完全達到了現場使用要求，應用效果良好。

關鍵詞：防噴;手動;錨定;密封;封井

1 概述

目前，我國各大油田后期采油廣泛采用注水驅油的方式提高油井產能。注水驅油開采方式致使地層壓力升高，油水井在維修時若采用壓井作業，高密度壓井液會降低地層孔隙的滲透率，使地層受到嚴重污染和損害，從而影響油水井后期注水效果，降低油井產能和采收率。為解決這一技術難題，各大油田進行了油水井帶壓作業工藝技術研究。該技術由于具有減少施工用液和外排井液、避免環境污染、縮短施工周期、降低作業成本、保護油氣資源和地層環境、提高生產效益等特點，受到各大油田廣泛的推廣和應用[1-3]。

油水井帶壓作業工藝技術的油套環空防噴通過安裝在井口大四通上的防噴裝置來實現，油管內防噴采用油管堵塞器或井下防噴開關。在帶壓作業施工過程中，若油管堵塞器或井下防噴開關失效，在壓井措施實施之前溢出的流體會造成井場污染等安全環保事故發生。為解決上述技術難題，我們研發了井口安全控制裝置。

當帶壓作業施工過程中油管堵塞器或井下防噴開關失效造成油管內發生溢流時，將上述井口安全控制裝置手動錨定于井口大四通下部油管內壁便于操作的部位，使井口安全控制裝置的密封膠筒變形膨脹堵塞油管內孔，達到防井噴或封井的目的。該井口安全控制裝置于2017年7月開始在各油田應用，應用效果表明：井口安全控制裝置在油管內其他防噴措施失效時啟用，為其他后續壓井等防噴措施贏得了時間，其各項技術指標完全達到了現場使用要求，且具有安裝維護簡便、可重復使用、一次性投資低等特點。該井口安全控制裝置在油管內實現錨定和密封功能后，將錨定手柄和防噴手柄取下可永久置于油管內實現封井功能，還可用于廢棄井及長停井的封井處理。

2.井口安全控制裝置技術分析

2.1 結構

該井口安全控制裝置主要由接頭、長軸、錨定內套、錨定手柄、鎖緊螺母、防噴螺母、防噴手柄、防噴桿、密封膠筒、外卡簧、密封皮碗、錨定卡瓦等組成，結構如圖1[7-9]。

2.2 工作原理

該井口安全控制裝置作業時，將其接頭上端與提升短節相連接，錨定卡瓦座的下端與抽油桿柱絲扣相連接，用大鉤帶動將提升短節及與之相連的井口安全控制裝置和抽油桿柱系統下到井口第一根油管內孔便于手動操作的部位，進行人工錨定和密封操作。

錨定原理：錨定內套上端部外螺紋與鎖緊螺母、旋轉螺母、錨定手柄、防噴螺母、防噴手柄、防噴桿的內螺紋相連。旋轉螺母及其上的錨定手柄旋轉時帶動防噴桿同步旋轉，鎖緊螺母配合旋轉螺母實現旋轉功能。旋轉過程中，防噴桿下端頭部的圓錐形與錨定卡瓦的內錐面配合實現軸向位移，錨定卡瓦張開，其卡牙在周向上同步外移，緊緊鍥入油管內壁，實現錨定功能。當反方向旋轉錨定手柄時，錨定卡瓦的卡牙在開口彈簧圈作用下回縮，解除錨定狀態。

密封原理：井口安全控制裝置的防噴桿下端面與密封膠筒上端面相接觸。旋轉井口安全控制裝置的防噴手柄，推動防噴桿下移，防噴桿下移過程中擠壓密封橡膠筒，使其產生彈性形變，從而實現密封油管內部空間的目的。密封皮碗的外徑大于油管內徑，與油管內壁為過盈配合，皮碗內孔與錨定內套外圓為過度配合，在管內高壓流體作用下具有自封性，能起到輔助密封的效果。井口安全控制裝置中的O型圈可起到起密封間隙的作用。

該井口安全控制裝置用于封井工況時，在油管內壁實現錨定和密封功能后，將錨定手柄和防噴手柄取下，使井口安全控制裝置永久置于油管內，實現封井的目的。

2.3 井口安全控制裝置特點

人工進行坐封和解封，方便、快捷、錨定可靠性高。它具有密封皮碗和密封膠筒兩道密封防線，密封壓力≥10MPa，密封可靠性高。主要承力部件材質為經過熱處理的合金鋼，具有強度高、耐腐蝕的特性;密封膠筒和密封皮碗選用氟橡膠，并與鋼骨架硫化在一起，具有耐壓高、耐磨性強的特點。與其他帶壓作業防噴裝置相比，具有總長小、重量輕、便攜性能好、可重復使用、一次性投資小等優點，其設計符合安全環保要求。

3.結論

（1）井口安全控制裝置在長停井封井的現場應用表明，井口安全控制裝置性能完全滿足封井工況的安全要求，與封井器聯合使用，可實現長停井的雙重安全防護。

（2）井口安全控制裝置在油水井帶壓作業井下防噴開關或油管堵塞器失效時的現場應用表明，該井口安全控制裝置作為帶壓作業工藝技術的配套工具，操作簡便、快捷，可對事故油水井快速錨定密封，有效地防止了帶壓作業工藝技術中油管內防噴措施失效時溢流、井噴等安全環保事故的發生，推動了油水井帶壓作業工藝技術的發展。

（3）井口安全控制裝置一次性投資小、易于維護、可重復使用，符合油田公司低成本發展戰略。

參考文獻：

[1]吳新民.高壓油水井帶壓作業工藝研究[J].石油天然氣學報（江漢石油學院學報）.2010，32（2）：349-351.

[2]樊獎平，張高峰，等.帶壓作業井口安全控制裝置現狀與發展[J].石油礦場機械，2008，（27）：126-127.

[3]肖軍亮，李保紅，等.使用不壓井作業井口安全控制裝置降低作業成本[J].內蒙古石油化工，2001，（27）：126-127.

作者簡介：

顧維遠，2015年7月畢業于重慶科技學院石油工程專業，學歷本科，2015年7月至今在重慶市安全生產科學研究有限公司工作，主要從事油氣田開采和石油天然氣管道運輸安全評價報告編制工作。