井下防盗油装置的研制

2010-09-01大庆油田第七采油厂工艺QC小组

石油工业技术监督 2010年8期

关键词：防盗液面浮力

大庆油田第七采油厂工艺QC小组

（黑龙江大庆 163517）

井下防盗油装置的研制

大庆油田第七采油厂工艺QC小组

（黑龙江大庆 163517）

小组概况

图1为小组概况，表1为小组成员表。

选择课题

盗放原油既给油田生产设备造成很大的破坏，又给油田造成巨大的经济损失，同时给生产管理带来很大的困难。大庆油田第七采油厂地处偏远，四周村屯环绕，原油盗放现象较为严重。据初步调查(图2），第七采油厂至少有300口重点盗放油井，仅2009年被上提并割断光杆的油井就有251口，严重影响了原油生产。

因此，研制一种既可有效防止原油被盗，又可避免被破坏的井下防盗油装置，对降低油田经济损失，保证原油生产任务顺利完成具有重要意义，为此小组将活动课题确定为“井下防盗油装置的研制”。

表1 QC小组成员情况简介

设定目标

小组成员对第七采油厂现存的几种盗油方式进行调研，发现目前盗窃原油的方式主要分为3种。

（1）通过上提光杆、短接配电箱及加装摩擦块等手段，令原油采出速度小于地层溢出速度，迫使油套环空液面上升，从而打开套管闸门放油。

（2）直接从油管闸门放油。

（3）其他盗油方式。

在调研中各种盗油方式所占比例具体情况详见图3。从环行通道盗油占总盗油方式的91%，从油管盗油占7%，其他盗油方式占2%，其中从环行通道盗油主要有3种形式：割断光杆方式、短接配电箱方式、加装摩擦块方式，所占比例分别为76%、20%、14%。

从图3中可以看出，从环行通道盗油是目前主要的盗油方式，即通过多种方式使油套环空液面上升，然后打开套管阀门将油盗出。因此，小组成员一致认为，防盗油装置的主要功能应该是--在井内液面上升时密封住油套环行空间。这样可防止绝大多数抽油井原油被盗，为此，小组成员制定出本次小组活动目标：从套管盗放油量为0。

提出各种方案并确定最佳方案

1 方案的提出

针对制定的目标，小组成员从防盗油装置所需的技术特点入手，根据油田生产实际情况，运用 “头脑风暴法”深入研究，提出3种方案：①设计井下压力控制开关；②设计井下溢流控制器；③设计浮力式井下防盗油装置。

2 确定最佳方案

（1）方案1：设计井下压力控制开关

井下压力控制开关（图4）计划设计上接头、外套、缸体、弹簧、柱塞、开关和下接头等结构。上下接头与外套连接，外套的内部设有一个装有弹簧的缸体，在缸体的下端设有柱塞，柱塞的下部连接开关。

随油井动管柱作业，压力控制开关安装于锚定丢手封隔器下部，锚定丢手封隔器在油层射孔段上部丢手（图5）。随着动液面上升，管柱内压力开关处压力随之升高，柱塞带动开关开始上行压缩弹簧，当动液面达到一定程度(接近井口附近)，压力控制开关自动关闭，使井筒内的液体无法从油套环形空间放出，从而达到防盗油的目的；当动液面下降时，弹簧推动柱塞带动开关开始下行，直到动液面达到预定高度及以下时，压力控制开关处于开启状态，不影响油井正常生产。

（2）方案2：设计井下溢流控制器

井下溢流控制器（图6）计划设计割缝管、伸缩管及装有单流阀的封隔器等结构。割缝管连接到伸缩管的上接头，伸缩管的下接头连接到装有单流阀的封隔器上。随油井动管柱作业，下入溢流控制器，当油井沉没度很低，套管内液柱压力与过割缝管的压力损失远远小于井底流压，液流经过割缝管流速很快；随着油井产量的增加，沉没度升高，套管内液柱压力不断升高，过割缝管的压力损失随着过孔流速的降低不断减小，当液面接近或到达井口时，液流过割缝管的流速为0或很低，使从套管内放油放不出或放的很慢，进而达到防盗油的目的。

（3）方案3：设计浮力式井下防盗油装置

浮力式井下防盗油装置（图7）计划设计油管接箍、中心管、密封座和密封滑块等结构，在作业时，将浮力防盗油装置安装在井口以下，上下油管接箍与油管短接或油管相连，密封滑块选用密度低于原油密度的耐压、耐温材质制成，当环套空间内的液面上升到该防盗装置所在位置时，密封滑块在油套环空液体的浮力作用下上升，与密封座的环形空间密封，阻止油套环形空间内的液体上返，从而实现防盗油目的。液面下降后，密封滑块在重力作用下自动下行打开环形空间，不影响正常的洗井、液面测试等工作。

表2 方案优缺点对比表

小组成员根据设计思路，绘制方案优缺点对比表（表 2）。

从表2中可以看出，3种方案各有优、缺点，为了更准确的确定出最佳方案，小组成员运用决策树方法对方案进行优选。通过指标系数及项目系数，得出项目评价结果（表3、表4）。

根据指标项目评价结果，绘制决策树（图8），计算综合评价值Xi，选择较大的Xi值，确定为最佳技术方案。

表3 指标系数评价表

i为方案 A、B、C

根据综合评价值确定方案3——浮力式井下防盗油装置为最佳方案。

制定对策

表4 项目系数评价表

根据优选的方案，小组成员通过实际考察，确定设计内容，制定出对策实施表，并做到问题清楚，目标明确，措施具体，专人负责，限期完成（表5）。

实施对策

小组成员根据所制定的对策实施表，各负其责，立即组织实施。

表5 对策实施表

1 实施1：设计压盖式可调结构，提高装置适应性

因油井套管内径受生产误差、内壁毛刺及作业磕碰等条件的影响，套管直径尺寸皆存在细微差别。因此，为使井下防盗油装置可在绝大部分采油井上应用，设计了压盖可调结构（图9、图10）。

该结构由旋转压盖、固定座、遇水膨胀橡胶圈及顶丝组成。在井下防盗油装置下入前，可现场测量套管内径后对密封座外径进行调节。考虑到套管内径存在的毛刺有可能在防盗油装置下入井筒时刮坏密封圈，将密封座外径调节至小于油井套管内径1mm左右即可。

为保障密封座与套管之间在承压状态下的密封性，本小组采用遇水可膨胀式橡胶作为密封座橡胶圈。该橡胶在遇水的状态下在6h内将体积膨胀至本体1.5倍以上，从而保证密封座与套管之间的密封可靠性。

第七采油厂共有抽油井3 735口，其中套管内径在122～126mm之间的非定点检测井3248口，占总井数的的86.96%，而通过压盖式可调结构，密封座外径可在121～127mm之间任意调节，所以井下防盗油装置可在全厂86.96%的抽油井上顺利下入，具有较强的适应性。

2 实施2：设计环行通道，保障动液面测试的正常实施

动液面测试是使用回声仪，通过采集经过油管接头反射的接箍波信号和经过油层表面反射的液面波信号，找出井口位置、动液面位置和基准接箍波。然后利用公式来计算动液面深度。它是油田测试液面的常规方法，是确定油井沉没度，确定抽油泵泵效的有效手段。因此，在正常生产时，必须在油套环形空间留有足够空间，使声波的上下传递不受干扰，从而保证动液面测试的顺利实施。因此，我们在密封座上设计了环形通道，密封座与中心管通过均布的3条支撑筋连接，其余部分为中空，即形成环形通道（图11），该通道半径4mm，整体为环形结构，为声波传递留下了足够的空间。试验井葡64-93井在装置下入3天后进行测试，液面为520m，曲线清晰，测量准确，表明该结构达到了设计要求。

3 实施3：设计上浮式密封滑块，实现环空开关

为使井下防盗油装置达到正常生产时不影响洗井、动液面测试等措施的实施，在停井时密封油套环形空间，打开套管闸门无油流的目的，设计了可上下灵活运动的上浮式密封滑块。密封滑块采用低密度（密度为 0.37g/cm3），耐高压（25MPa），耐高温(160℃)材质制成，不影响油井正常的热洗、化清等工作。根据第七采油厂原油密度0.83g/cm3，可得出计算公式为：

通过计算可以看出，浮子在平衡浮子自身重力后，仍剩余上顶力17.758N，可以实现浮力式井下防盗油装置在液面到井口时封闭油套环空的目的，并在后续的室外试验中得到了验证（图12）。

4 实施成果

浮力式井下防盗油装置已在葡64-93及葡86-902井上成功应用，经定期动液面测试及多次现场停井放油试验证明，该装置正常工作。在现场作业时，该井溢流量较大，套管闸门及井口皆有液体溢出，下入浮力式井下防盗油后，套管闸门溢流立即停止。关闭所有闸门憋压5min后，套管闸门无液体流出，说明密封滑块与密封座之间、密封座与套管壁之间密封良好，可实现停井后，液面到井口时关闭油套环空的目的。应用后，该装置防盗效果明显，并且地面装置除在下入浮力式井下防盗油装置初期遭到2次破坏外，再无遭破坏记录，达到了麻痹盗油份子，保护油田设施的目的，节省了大量设备维修、更换及作业费用。

效果确认

1 效果检查

工艺QC小组通过一年来的活动，勇于创新，不断完善,成功研制出浮力式井下防盗油装置（图13）。

（1）试验后动液面测试情况

下入浮力式井下防盗油装置2d后，小组成员即对葡64-93井进行现场动液面测试，从图14中可看出液面测试曲线清晰，可以证明该装置的下入，不影响抽油井动液面测试。

（2）试验后单井放油效果及跟踪情况

为了进一步验证测试效果，小组成员还进行定期动液面监督测试（表6），液面测试情况稳定正常。

下入浮力式井下防盗油装置后，小组成员将葡86-902停井6h，打开套管闸门放油量均为0（图15）。

表6 葡64-93井下入浮力式防盗油装置后效果跟踪情况一览表

小组成员进行每周抽样调查，并及时与采油队相关人员结合，确定该装置工作正常，并且打开套管闸门放油量均为0，达到了防盗油目的，成功完成了小组本次活动确定的活动目标。

2 效益分析

（1）经济效益

经对葡64-93及葡86-902井以往盗油情况的核实，两口井年被盗放原油约100t，截至2009年12月，防盗油装置已试验应用3个月，累计防盗油量约为25t，按吨油效益2 000元计算，该井已获得经济效益5万元，实际投入费用1.2万元，目前已获纯经济效益3.8万元。若全厂大范围推广使用，经济效益将更加可观。

（2）社会效益

浮力式井下防盗油装置可以避免在盗油过程中出现的安全隐患及环保问题，对保障顺利完成原油生产任务，创建环保矿区起到了积极作用。并且该装置可麻痹盗油份子，使其误以为抽油井产量不高而放弃盗油，从而避免油田物资被反复破坏，降低生产管理难度。