抽油機小泵油管防噴工藝技術研究與應用

王鵬程 劉崇江 宋興良 姚飛 趙驪川

（1.大慶油田有限責任公司采油工程研究院；2.黑龍江省油氣藏增產增注重點實驗室）

大慶油田現有油水井12.36萬口，年作業5.7萬井次以上，因地層壓力高，作業過程中的井筒出液易造成環境污染。新“兩法”實施后，國家層面提出了“綠色礦山”建設理念，油田公司對環境保護也越來越重視，井筒溢流問題日益突出。為解決油水井作業過程中井筒溢流問題，將污染源控制在井筒內，實現“綠色”施工、環保作業，大慶油田相關技術人員開展了井下防噴工具的攻關研制，針對φ57 mm 及以下抽油機小泵井，在井下作業過程中油管內液體出現溢流的問題，不僅存在施工安全隱患，而且污染環境[1-3]。

為了解決抽油機小泵井油管內防噴問題，創新設計了小泵防噴開關工具，形成了抽油機小泵油管防噴工藝管柱，當二次作業井筒壓力較高時，可以實現φ57 mm 及以下抽油機井二次作業油管內防噴，這項技術大大降低了固液量和廢液拉運產生的費用，極大地改善了作業環境，并且減少了作業工人的勞動強度，提高了作業施工效率，為提質增效提供了技術支持。

1 結構組成

1.1 工藝管柱組成

抽油機小泵油管防噴工藝管柱主要由φ57 mm及以下抽油泵（泵筒和固定凡爾）、小泵防噴開關、活堵、篩管、尾管、絲堵等部分組成（圖1），其中，小泵防噴開關是工藝管柱的核心防噴工具，在抽油機小泵井二次作業時可以實現油管防噴的功能。一次作業時，將小泵防噴開關連接在抽油泵筒和固定凡爾之間，在固定凡爾底端連接防噴活堵，由活堵封堵油管通道，實現一次下井油管防噴；二次作業時，通過向油管內打壓，小泵防噴開關可以實現油管防噴功能；抽油機小泵油管防噴工藝管柱可以滿足一次下井油管防噴和二次作業油管防噴的需求。

圖1 抽油機小泵油管防噴工藝管柱結構示意圖

1.2 小泵防噴開關

小泵防噴開關主要由上接頭、平衡滑套、復位彈簧、剪切銷釘、壓差滑套、鎖環外套、連接套、下接頭等部分組成（圖2）。其中，平衡滑套設計兩端面積相同，保證在有液壓的情況下無壓力差，始終保持原位不動；復位彈簧需進行涂層處理，滿足防腐防垢要求[4-5]，以確保平衡滑套上行復位；正常生產時連接套底部的4個進液側孔過流量需大于泵筒最大抽液量，確保不會影響泵效；剪切銷釘需設計足夠大的啟動二次防噴功能壓差，確保在洗井過程中不會提前啟動二次防噴功能，而導致抽油泵無法正常生產[6-7]。

1.3 活堵

活堵主要由頂桿、外套、活塞、銷釘等部分組成（圖3）。其中，活塞裝上外盤根后與外套內表面為過盈配合，以確保密封油管通道；頂桿與活塞設計為絲扣連接，滿足頂桿可以上下調節，下井時能夠確保將上端固定凡爾內的鋼球上頂，打壓將其打掉，使油套連通；外套上的銷釘，設計為較小的剪切力，安裝完井后泵車打壓至3 MPa便可以將銷釘剪斷，同時活塞被打掉，實現正常生產。

圖2 小泵防噴開關工具結構示意圖

圖3 活堵工具結構示意圖

2 工作原理

一次作業時，先將φ57 mm 及以下抽油泵拆開，然后將小泵防噴開關工具連接在泵筒和固定凡爾之間，固定凡爾底部連接活堵，按設計要求將管柱下到預定位置，下管柱過程中，由固定凡爾下端的活堵密封油管通道實現一次下井防噴，然后下入抽油桿并安裝井口，上提光桿將柱塞提出泵筒，打開井口油管閘門，利用泵車向油管正打壓3 MPa將活堵打掉，實現正常生產。

二次作業時，將光桿放置最底端，利用下部柱塞下推小泵防噴開關內部的平衡滑套，通過井口向油管內正打壓15 MPa，壓差滑套兩端形成壓力差，剪切銷釘被剪斷，小泵防噴開關內部的壓差滑套在壓力作用下向下運動，鎖環咬合鎖環套上的鎖環扣將壓差滑套鎖緊，利用壓差滑套底端的4道盤根將4 個進液側孔密封，封堵油管通道，從而實現二次作業油管內防噴。

3 現場試驗

3.1 試驗情況

開展抽油機小泵油管防噴工藝現場模擬試驗2口井，驗證了抽油機小泵油管防噴工藝管柱的防噴性能及工藝適應性，不同沖洗的防噴情況見表1。

表1 不同井況的防噴情況

XX 井為高壓井，下φ57 mm 抽油機小泵油管防噴工藝管柱到預定位置后，先利用抽油桿將小泵防噴開關內的平衡滑套下推，通過泵車向油管正打壓14 MPa，穩壓10 min，確保壓差滑套下端的4 道盤根密封進液側孔；然后從套管閘門反向打壓15 MPa，穩壓20 min，觀察到井口油管內無液體溢出，試驗表明防噴效果良好。

XX 井為高壓井，下φ38 mm 抽油機小泵油管防噴工藝管柱到預定位置后，然后下入抽油桿，將抽油桿丟入油管內，模擬桿斷井施工作業，利用泵車向油管正打壓12 MPa，穩壓10 min，確保壓差滑套下端的4 道盤根密封進液側孔，封堵油管通道。從套管閘門反向打壓15 MPa，穩壓10 min。觀察到井口油管內無液體溢出，試驗表明桿斷井也能實現二次作業油管防噴，并且防噴效果良好[8-9]。

3.2 試驗結果

試驗表明了抽油機小泵油管防噴工藝可以有效控制φ57 mm及以下抽油機井油管內溢流，并且可以滿足桿斷井油管防噴需求，實現了抽油機小泵井作業油管內防噴，試驗效果較好，小泵防噴開關達到了設計技術指標要求，滿足了工具防噴性能及工藝適應性，下步準備進行現場應用[10]。

4 應用效果

截止到2019 年12 月底，抽油機小泵油管防噴工藝現場累計應用28 口井，其中16 口井進行了二次施工作業，平均施工周期超過一年，作業井均屬于高壓采出井，全部采取了防噴措施，二次作業前，通過下放光桿并進行油管打壓，啟動二次防噴功能，驗證抽油機小泵油管防噴工藝，一次防噴成功率和二次防噴成功率均為100%，節省了廢液拉運產生的費用以及污油污水處理費用。創造的經濟效益：累計減少污油污水排放量0.36×104t，減少壓井次數44井次，節省成本22.605 6萬元。

現場試驗表明：抽油機小泵油管防噴工藝可以有效控制油管溢流，實現φ57 mm及以下抽油機井作業油管防噴，現場應用效果良好，而且大大節省了作業施工成本，其中減少了罐車拉運、污油污水處理、壓井施工的工作量，提高了施工效率，工具結構簡單可靠，施工操作方便易行，工藝技術穩定有效，下步可以進行推廣應用。

5 結論

1）小泵防噴開關工具具有機械結構可靠、性能穩定、使用壽命長的優點，適用于φ57 mm及以下抽油機井油管內防噴。

2）抽油機小泵油管防噴工藝實現了抽油機小泵井作業油管內防噴，解決了二次作業高壓抽油機小泵井井筒防噴問題，節省了作業施工的人工成本和設備成本，為油田提質增效開發提供了技術支持。

3）抽油機小泵油管防噴工藝進一步強化了井下作業井筒流體控制體系，完善了φ57 mm及以下抽油機井油管防噴技術，為大慶油田清潔化作業奠定了基礎。

4）抽油機小泵油管防噴工藝已取得較好的現場應用效果，但仍需進一步改進完善，為確保工具的長期有效性，實現避免在生產過程中提前啟動二次防噴動作，而影響采出井正常生產，減少抽油機能耗損失。下一步將對工具進行優化，提高二次防噴啟動壓差，優化工具結構，增加使用壽命，降低工具成本，實現大規模推廣應用。