井下作业油管控制装置的研制和应用

井下作业油管控制装置的研制和应用

胡慧婷 1

西安宇星石油机械新技术开发有限公司；陕西西安， 710032

关键词：油管、防顶防喷、快速堵塞、结构设计、应用

摘要：在油田井下作业起下油管过程中，会发生井涌、井喷、油管上顶现象，对安全和环境带来极大的危险。为解决油管上顶和快速防喷堵塞问题，研制一种油管快速防顶防喷控制装置。该装置设计合理、结构新颖、安全可靠、操作方便、提高了现场施工安全保障能力，同时对环境保护方面也起到好的影响。针对目前中原油田大多数油藏已经进入高含水期，许多的分层采油井因受到注入水的严重影响，经常存在灰塞，井筒塞等现象，进而使堵塞物下方形成高压油气区域。一旦将这些堵塞物钻开，地层压力就会得到突然释放，很容易产生油管上顶、管涌、井喷现象，出现上顶现象，传统的解决办法危险性高，可靠性低，存在很大的安全隐患。

基于以上背景，特研制一种油管快速控制装置，针对井下作业中起下油管过程中存在发生井涌、井喷、油管上顶现象，实现远程控制、安全、快捷、环保。

1.技术分析

1.1研究主要内容

（1）油管快速封堵且具有压井功能；

（2）防止油管上窜功能；

（3）调整油管复位功能；

（4）司钻远程操作控制功能；

1.2方案设计

整个控制装置包括油管堵塞器、升降下压液缸、横向推动液缸纵向移动轨道；翻转机构、横向推动液缸、调节支撑杆、法兰支架等组成，整体安装示意如图1示

图1.油管快速控制装置结构示意图

1.3主要技术参数

最大工作耐压及防脱力：35MPa；

通径：Ф30mm

堵塞直径：Ф62mm，Ф76mm

上部连接：2”-1502扣由壬接头

通道开关方式：球阀结构，手动开关

执行动力：液压动力

2.工作原理及操作步骤

将整套装置安装在井口上，液缸连接支座与下端防喷器法兰间固定好调节支撑。连接好远程液压控制系统与油管液压堵塞器、液压防顶卡盘、横向推动液缸、升降下压液缸之间的液压管线。操作横向推动液缸、升降下压液缸来回活动几次，排除液缸内部空气。最后利用横向推动液缸将整套装置拉置井口外侧，处于准备状需要控制油管时，首先利用远程控制系统操作液压防顶卡盘，控制管柱的上顶趋势，将井口的管柱卡紧固定在中心。然后利用横向推动液缸、升降下压液缸垂直水平运动将液压快插式油管堵塞器送至井口中心位置，对正于油管接箍上方。操作液压快插式油管堵塞器，撑开端部的卡瓦牙，完成锁定和密封。整套装置处于工作状态，完成油管防顶、防喷的功能。上部的旋塞阀部分，在需要时可以快速和放喷管线连接。使用专用扳手快速旋转阀体，实现油管流道的打开或关闭，配合放喷作业。

当管内溢流情况已得到解决后，油管内无压力时，操作远程液压控制系统使液压快插式油管堵塞器回到初始位置，完成解堵。继续利用升降下压液缸、横向推动液缸将堵塞器移至水平轨道最外侧。然后拉出翻转机构两侧的弹簧销，继续升起下压液缸，装置沿着翻转机构轴心旋转至30°左右限位，整套装置处于不工作状态，保证井口附近工作空间。

所有的液缸动作（水平垂直移动、压紧）都是通过专用的远程控制箱液压站的换向阀控制实现的。通过横向推动液缸、升降下压液缸水平和垂直方向的运动将液压快插式油管堵塞器送至井口中心位置，垂直插于油管内，操作堵塞器完成油管内封堵。液压快插式油管堵塞器其下方安装液动防顶卡盘，液动防顶卡盘安装于井口法兰上，用于防止油管管柱上顶。远程液压控制装置提供液压源，连接液压管线与液压快插式堵塞器、液动防顶卡盘、横向推动液缸、升降下压液缸连接，提供油压，实现油管防顶防喷作业。远程控制箱为双联箱，一个箱体内安装液压站，一个箱体用于储存整套装置。所有部件使用完毕后可以拆卸分解，集中放置在远程控制箱体内，方便存放和运输中转。

3 性能特点

（1）油管上顶管内溢突发状况时实现全部机械自动化控制。

（2）采用液压快插式堵塞技术，既能快速堵塞油管，又能开关油管内通道，保证压井需要。

（3）堵塞器最大工作压力及防脱力：35MPa。

4 现场应用

油管快速防顶防喷装置在室内验证试验的基础上，在长庆油田区域进行了现场试验和应用。通过室内试验及的现场试验结果表明，油管防顶防喷快速控制装置已经达到了预先设定的目标值，实现了油管上顶管内溢突发状况时机械自动化控制，采用液压快插式堵塞技术，既能快速堵塞油管，又能开关油管内通道，保证压井需要。

该装置能很好地实现其快速控制油管所出现的突发事件，将人从不安全的环境中解放出来，大大提高了现场施工人员的安全保障能力，具有很好的推广应用前景。

5 结论

1) 油管快速防顶防喷装置的设计、制造、试验和检验全过程均按照API SPEC 6A 20版《井口装置及采油树设备规范》及SY/T6690-2008《井下作业井控技术规程》的标准要求完成。

2) 油管快速防顶防喷装置实现了油管上顶管内溢突发状况时实现全部机械自动化控制，保证了人员安全。

3) 该装置结构设计合理，功能实现方便可靠。液压快插式堵塞器结构新颖，密封可靠。远程控制箱为双联箱，液压站、所有部件集中放置，方便存放和运输中转。

4）该装置解决油田施工现场突发的油管上顶、管涌、井喷异常问题，提高了现场施工安全保障能力，同时对环境保护方面也起到好的影响。

参考文献：

[1] API SPEC 6A-2017.钻通设备规范 [S].20版，2017

[2] SY/T6690-2016.井下作业井控技术规程 [S]. 2016