淺層外漏抽油機井簡易封堵工具研制

李東雷

（大慶油田有限責任公司第五采油廠）

某采油廠地質條件復雜、斷層較多、地層水礦化度較高，現已進人特高含水開發階段，淺層套管因腐蝕造成新增外漏井數逐年增多，給油田環保帶來較大隱患，同時也為修井作業及后續的油井生產帶來極大的困難[1]。截至2022 年12 月底，該采油廠共有未治理的淺層外漏抽油機井189 口，受意外停機和泵況等條件影響，存在外漏污染周圍環境和影響生產時率的雙重隱患。國內、外在套管外漏井治理方面主要是采用水泥封堵法、加固管封堵法及取換套法[2]。水泥封堵法主要是將水泥漿輸送到漏點周圍，待水泥固化后將漏點封固；取換套技術是將損傷套管取出，更換新套管，治理效果好，但費用較高，施工周期長；加固管封堵技術是采用在套管內補貼封加固，利用加固管將漏點密封隔離，防止管內液體返出[3]。針對淺層外漏注入井，目前可通過查找漏點并在漏點以下位置下入封隔器進行暫時封堵。針對淺層外漏的采出井，在實施大修治理之前尚未發現有可靠的暫時封堵措施[4]。目前常用的封隔器主要有分層用的可洗井封隔器和封堵用的不可洗井封隔器兩大類。封堵用的不可洗井封隔器主要有FXY445-114 空橋、FXZY445-114-CY3 自驗封、Y341-100 楔入式、FX-TDCG-K445-95 空心橋塞、Y443-114 可鉆橋塞、 Y443-100 可鉆橋塞和Y445-112 橋塞等工具[5]，內通徑均低于50mm，用在淺層外漏抽油機井的外漏點封堵后，無法滿足抽油桿接箍及扶正器的通過，封堵后難以繼續生產。急需一種簡易、快速封堵淺層外漏點的技術解決安全環保隱患，提前恢復生產。為此，研制應用淺層外漏抽油機井簡易封堵工具。

1 簡易封堵管柱設計

在封堵管柱設計上著重從“簡化作業施工、保證封堵效果、消除安全環保隱患和延長封堵有效期”出發，依據漏點分布情況，并結合單井生產實際，研發配套的堵漏管柱，在有效堵漏的前提下滿足生產實際。

1.1 橋式雙卡可洗井封堵管柱設計

針對外漏點少、集中且縱向分布距離小，需定期反洗井的采出井，研制橋式雙卡可洗井封堵管柱。該管柱主要由橋式封堵封隔器和防蠕動減載工具組成，在外漏點上下分別下入一級橋式封堵封隔器，兩級封隔器之間設有橋式通道，并通過兩層油管連接，外層油管采用3 寸油管，內管采用2 寸半油管，內外中心管環形空間為單向液流通道，可滿足反洗井需要。通過防蠕動減載工具配合油管錨解決管柱伸縮對封堵封隔器的影響，提高封堵效果、有效延長封堵有效期[6]。橋式雙卡可洗井封堵管柱結構圖見圖1。

圖1 橋式雙卡可洗井封堵管柱結構圖Fig.1 Structure diagram of plugging string for bridge-type double-clip washable well

1.2 單卡封堵管柱設計

針對外漏點多且縱向分布距離大，無需定期反洗井的采出井，研制單卡封堵管柱。該管柱主要由單卡封堵封隔器、防蠕動減載工具和油管錨組成，在外漏點以下位置下入單卡封堵封隔器，單卡封堵封隔器下方連接防蠕動減載工具、油管錨，通過油管錨解決下部油管伸縮產生的蠕動和載荷，通過防蠕動減載工具配合油管錨解決上方管柱伸縮產生的蠕動和載荷，提高封堵效果和封堵有效期。單卡封堵封隔器內通徑不低于62 mm，與2 寸半油管內通徑一致，滿足抽油桿、接箍及扶正器順利通過。單卡封堵管柱結構圖見圖2。

圖2 單卡封堵管柱結構圖Fig.2 Structure diagram of single-clip plugging string

針對易被偷盜的高產油井，或者需要進行液面測試的井，將上述管柱的單卡封堵封隔器改為防盜油功能的封堵封隔器。該封堵封隔器具備防盜油功能的封堵封隔器依靠動液面的高低實現反復坐解封，當油套環空的動液面形成的液柱高于該封隔器一定距離后，封堵封隔器坐封，當動液面下降一定距離后，封堵封隔器解封。

2 配套工具研制

依據兩種淺層外漏抽油機井封堵管柱結構，完成橋式封堵封隔器、單卡封堵封隔器、具備防盜油功能的封堵封隔器和防蠕動減載工具四種配套工具的結構設計。

2.1 橋式封堵封隔器

橋式封堵封隔器采用上下兩級設計，上橋式封堵封隔器的橋式通道位于密封膠筒的上端，從下接頭處進入兩層管，下橋式封堵封隔器與上橋式封堵封隔器為對稱式設計，其橋式通道位于密封膠筒下端，兩級橋式封隔器通過兩層油管連接，外層油管為3 寸油管，兩端均采取螺紋連接的方式；內層油管為2 寸半油管，采取一端螺紋連接一端插接的方式，內通徑不低于62 mm，可以實現對外漏點的有效封堵，同時能夠滿足反洗井和抽油桿及接箍順利通過[7]。橋式封堵封隔器結構見圖3。

圖3 橋式封堵封隔器結構圖Fig.3 Structure diagram of bridge-type plugging packer

2.2 單卡封堵封隔器

在常規機械封堵工具結構基礎上進行優化設計，擴大內通徑尺寸至62 mm，與油管內徑尺寸相同，滿足抽油桿、接箍及扶正器順利通過，同時對內通徑進行防腐處理，提高內通道抗腐蝕和抗偏磨能力。坐封機構采用雙坐封腔設計，擴大坐封面積，降低坐封壓力。單卡封堵封隔器結構見圖4。

圖4 單卡封堵封隔器結構圖Fig.4 Structure diagram of single-clip plugging packer

2.3 具備防盜油功能的封堵封隔器

具備防盜油功能的封堵封隔器通過油套環空的動液面形成的液柱壓力來坐封，當動液面高于該工具一定距離后，液柱壓力推動坐封活塞上行，在壓縮膠筒坐封的同時，壓縮彈簧上行為彈簧蓄力。膠筒坐封到位后，該工具以下的液體無法通過膠筒部位上行，使油套環空的動液面高度無法繼續上升至井口，在有效堵漏的同時實現防盜油功能。當液面低于一定高度時，坐封活塞在壓縮彈簧的作用下，帶動膠筒回位，可實現動液面的環空測試。具備防盜油功能的封堵封隔器結構見圖5。

圖5 具備防盜油功能的封堵封隔器結構圖Fig.5 Structure diagram of plugging packer with anti-theft oil function

2.4 防蠕動減載工具

在抽油泵活塞抽汲過程中，會在油管上產生較大的軸向力，由于油管錨的錨定作用，當封隔器和管錨距離較近時，管錨主要受力，可對封隔器膠筒起到很好的保護作用[8]；當二者距離較遠時，這個力將直接作用在膠筒上，引起膠筒變形和脫落，導致封堵工具失效[9]。為有效解決抽汲過程中軸向力對封堵封隔器膠筒密封效能的影響，保證封堵效果及有效期，研制一種防蠕動減載工具，消除軸向力的影響[10]。該防蠕動減載工具設有滑動機構，滑動的兩個部件之間采用車氏組合密封，上沖程時，滑套上行并壓縮彈簧，靠彈簧的壓縮力和位移量抵消上沖程對密封膠筒的影響；下沖程時，滑套下行，彈簧逐步恢復至原狀態，靠位移量抵消下沖程對密封膠筒的影響，如此往復。該工具下井時，在承受一定拉伸力時，滑套的兩個防轉部件的凹凸槽配合，可防止其發生旋轉[11]。防蠕動減載工具結構見圖6。

圖6 防蠕動減載工具結構圖Fig.6 Structure diagram of anti-creep load-shedding tool

3 現場應用

淺層外漏抽油機井簡易封堵管柱累計應用5 井次，其中橋式可洗井雙卡封堵管柱應用2 井次、單卡封堵管柱應用3 井次，均封堵成功，下井成功率100%，施工周期由大修處理的14 d 縮短至4.6 d，5口井累計縮短躺井周期47 d，多產油45 t，折合人民幣23 萬元。淺取套單井施工費用70 萬元，水泥漿封堵施工費用18 萬元，采用該方案施工費用3.5萬元。施工5 口井，按減少1 口淺取套、4 口水泥封堵計算，節省費用124.5 萬元。累計創造經濟效益147.5 萬元。淺層外漏抽油機井簡易封堵管柱應用情況見表1。

表1 淺層外漏抽油機井簡易封堵管柱應用情況統計Tab.1 Statistical table of application of simple plugging string in shallow external leakage pumping well

橋式雙卡封堵管柱以X9-D4-120 井為例，該井于2022 年10 月23 日因泵漏失待作業處理，10 月25日完成工程設計，并隨工程方案設計了淺層外漏的封堵工具，X9-D4-120 井工程方案設計見表2。

表2 X9-D4-120 井工程方案設計Tab.2 Engineering scheme design of Well X9-D4-120

10 月27 日進行作業施工，根據漏點情況，10 月28 日選擇下入橋式封堵管柱，并將橋式封堵封隔器上接頭下至75 m 處，使該封隔器的上下兩組膠筒分別置于漏點的上下位置，完井管柱下入完成后進行地面打壓，打壓至10 MPa 時，封隔器釋放，釋放完成后下入抽油桿。完井后在該井進行了反洗井試驗，洗井過程地面未發現滲漏，驗證了封堵的可靠性。

單卡封堵管柱以X9-3-28 井為例，該井于2022年4 月9 日因套外漏處于待大修處理，8 月18 日完成工程設計，并隨工程方案設計了淺層外漏的封堵工具，X9-3-28 井工程方案設計見表3。

表3 X9-3-28 井工程方案設計Tab.3 Engineering scheme design of Well X9-3-28

8 月29 日進行作業施工，通過找漏，發現3 處外漏點，分別在19.5 m、34.6 m 和53.3 m，根據漏點情況，9 月5 日選擇下入單卡封堵管柱，并將封堵封隔器上接頭下至55 m 處，使該封隔器的膠筒置于最深漏點的以下位置，完井管柱下入完成后進行地面打壓，打壓至10 MPa 時，封隔器釋放，釋放完成后下入抽油桿。完井后在該井正常生產，生產過程中進行停機試驗并連續觀察48 h，地面未發現滲漏，驗證了封堵的可靠性。

4 結論

1）通過設計應用橋式雙卡可洗井封堵管柱和單卡封堵管柱兩種適應于淺層外漏抽油機井封堵管柱，為及時解決淺層外漏井地表返液帶來環保隱患提供了新的技術手段。

2）通過研制應用橋式封堵封隔器、單卡封堵封隔器和具備防盜油功能的封堵封隔器三種封堵封隔器，配合防蠕動減載工具，有效解決了當前不同井況條件淺層外漏封堵的需要。

3） 通過5 井次的現場應用，封堵成功率100%，平均施工周期4.6 d，封堵后平均日產液41.8 t，日產油量0.96 t，累計縮短躺井周期47 d，多產油45 t，獲得產油效益23 萬元，節省施工成本124.5 萬元，累計創造經濟效益147.5 萬元。