轮式卡瓦连续加载带压作业装置的研究与应用

岳 振 玉

（胜利油田公司采油工艺研究院，山东东营 257000）

轮式卡瓦连续加载带压作业装置的研究与应用

岳 振 玉

（胜利油田公司采油工艺研究院，山东东营 257000）

普通不压井设备采用固定卡管器和游动卡管器交替夹卡实现管柱起下作业，导致设备操作程序多，速度慢。为此，研制了轮式卡瓦连续加载带压作业装置。设计了加载控制系统和井口密封防喷系统，形成了液压马达驱动滚动头连续滚压的加载控制技术以及内置自封式球封和半全封组合而成的井口密封防喷技术，实现了低压井管柱快速起下和密封防喷，具有加载效率高、作业速度快、安全可靠等优点。现场应用表明，该装置可满足低压不压井作业需要。

轮式卡瓦；带压作业装置；连续加载；不压井作业

油水井不压井作业作为一种节能、环保型作业技术被广泛应用于修井作业中。不压井作业设备是实现不压井作业的重要设备保障，它通过防喷器组合确保油套环空密封，通过固定卡管器、游动卡管器配合液压缸举升实现油管的加载控制起下［1-2］。这种通过不压井设备固定卡管器和游动卡管器交替夹卡进行管柱起下的方式作业程序多，速度慢，不能够实现连续作业，卡管器卡瓦牙易损坏，使用寿命短。鉴于此，研制了加载效率高、作业速度快、适合低压油水井带压作业技术要求的轮式卡瓦连续加载带压作业装置。

1 结构

轮式卡瓦连续加载带压作业装置可确保带压作业过程中井口的密封防喷和管柱的加载控制，结构见图1。

1.1 井口密封防喷

为了实现井口密封防喷，除了采用半封和全封实现静密封以外，还设计了内置自封式球形防喷器［3-4］，以确保起下管柱的动密封。球形防喷器最大的设计特点是将自封内置球形防喷器内部，其主要目的是降低平台高度，便于装置与小修作业配套。

图1 轮式卡瓦连续加载带压作业装置结构示意图和轮式卡瓦器结构示意图

球形防喷器主要用于起下油管、大直径工具及更换自封时，短时密封油套环空，实现油套环空的动、静密封。球形防喷器主要由变径法兰、压盖、活塞、球型胶芯、壳体组成，胶芯设计为球形。当液压力作用于活塞上平面时，活塞向下移动，压缩球形胶芯变形抱紧管柱，实现油管的动、静密封；当液压力作用于活塞下表面时，活塞上移，带动胶芯松开管柱恢复变形，实现管柱的正常起下。

内置式高压自封封井器由法兰压盖和自封胶芯组成，胶芯下部内置于球封壳体内部，通过胶芯内孔的预紧力实现油管初密封，利用油套环空压力作用于自封胶芯外围，使自封胶芯收缩变形，抱紧油管实现油套环空密封。

1.2 管柱加载控制

轮式卡瓦连续加载带压作业装置能够实现管柱加载控制起下，其关键部件是滚轮式卡瓦器，通过实验确定滚轮式卡瓦器的加载能力。实验设定3种约束条件：管柱被滚轮式卡瓦器挤扁、滚轮式卡瓦器过接箍以及接箍点压滚轮式卡瓦器。在上述3种约束条件下，用滚轮式卡瓦器加载Ø73 mm油管，通过200 kN弹簧拉力计测试油管被挤扁、滚轮式卡瓦器损坏、接箍划伤时的加载负荷。

测试结果表明：油管被挤扁时最大压力为150 kN；滚轮式卡瓦器损坏最大压力为120 kN；油管接箍划伤的最大压力为100 kN。因此，确定在3种约束条件下极限加载负荷为100 kN，此载荷可以控制低于5 MPa压力的管柱上顶力。

2 工作原理

在低压井带压作业中，轮式卡瓦连续加载带压作业装置的半封用于密封井内有管柱且不进行起下作业时的环空压力，全封在井内无管柱时起封井的作用；自封及球封实现管柱动密封；当管柱质量较轻不足以克服管柱上顶力时，夹紧液缸活塞推动联轴和拉杆实现管柱夹卡，利用液压马达带动滚轮式卡瓦器，快速滚压油管本体和接箍，实现管柱的快速连续上提或连续下放。轮式卡瓦器固定在举升液缸上部，以举升液缸为支点可以实现卡瓦器的开关。更换自封胶芯时，举升液缸将轮式卡瓦器升高即可进行操作。

3 技术参数

（1）静密封能力：14 MPa；

（2）动密封能力：5 MPa；

（3）举升力：100 kN；

（4）下压力：100 kN；

（5）操作平台高度：1.5 m；

（6）起下油管速度：200 m/h。

4 技术特点

（1）装置的加载部件为花牙式滚动加载头，加载能力强。

（2）装置通过液压马达的驱动实现连续滚压加载，加载速度快，起下单根速度较普通带压作业装置快3～4倍。

（3）用过自封内置球封的设计，使作业平台高度降低，相比普通3～5 m高度的不压井作业装置，该装置的操作平台只有1.5 m，能够顺利进行小修作业，施工效率高，作业成本低。

（4）该装置极限加载负荷为100 kN，可以实现低压油水井连续加载带压作业，安全性高且操作方便。

5 现场试验

截至目前，利用该装置已在胜利油田进行了350井次的带压作业现场应用。作业时井口平均压力3 MPa，不压井作业成功率达100%。

该装置于2010年3月20日首次在ST3-7-438检泵井进行了现场应用。应用时，在球封上安装自封，确保管柱起下的动密封，装置的半全封确保管柱的静密封，启动液压控制站，利用轮式卡瓦连续加载实现200 mØ73 mm管柱的快速滚压起下。现场试验结果表明，由液压马达驱动的滚轮装置，在确保管柱动密封的状态下能够起下自如，作业时间较使用普通不压井设备缩短工期1～2 d，减少了溢流排放和占产时间，作业效果良好。

6 结论与认识

（1）轮式卡瓦连续加载带压作业装置通过液压驱动滚动头滚压加载技术和密封防喷技术，在确保井控安全的情况下，实现了管柱快速、连续加载起下。

（2）该装置平台高度较低，可操作性好，不压井作业施工效率较高，而且能够实现与小修作业的配套，作业成本低。

（3）对于低压不压井作业，该装置具有操作简便、易于加工、费用低的特点，但对于高压井不压井作业，还存在一定的不适应性，需进一步进行研究。

［1］ 霍丙新，刘成延，江阿明.不压井防喷带压作业装置在长庆油田的应用［J］. 石油机械， 2009，37（6）：81-83.

［2］ 崔斌. 带压作业修井装置的研制［J］.石油矿场机械, 2007，36（1）：63-66.

［3］ 周文化，左运峰，杜平，等. 数字化电控液防喷器控制系统的研制与应用［J］.石油钻采工艺，2009，31（4）：21-23.

［4］ 杨永超，权培丰，崔大庆，等. ZY-1型带压作业装置的研究与应用［J］.石油矿场机械， 2000，29（3）：22-23.

（修改稿收到日期 2013-09-13）

〔编辑 景 暖〕

Development and application of wheel slip continuous loading snubbing device

YUE Zhenyu
（Oil Production Technology Research Institute of Shengli Oilfield Company, Dongying 257000, China）

For a common snubbing device, to carry out manager of moving pipe by fixed clamping and the sliding clamping device’s alternating clamp operations leads to many slow operating produces.Wheel slip continuous loading snubbing device was developed, it was designed a loading control system and a wellhead sealing blowout prevention system, can load control through hydraulic motor driven head rolling, and seal blowout prevention technology consistsing of built-in self sealed ball wellhead sealing and semi closed, realize the pipe column clamp quickly, and pipe column sealing blowout preventer. The advantages of device is high loading efficiency, fast speed, safety and reliability. The field application results show that the design of device meeting the needs of low snubbing operation.

wheel slip; snubbing device; continuous loading; snubbing service

岳振玉. 轮式卡瓦连续加载带压作业装置的研究与应用［J］. 石油钻采工艺，2013，35（6）：122-124.

TE935

B

1000 – 7393（ 2013 ） 06 – 0122 – 03

国家专利：实用新型专利，专利号：ZL201020172338.2。

岳振玉，1978年生。2004年毕业于西安石油大学材料工程专业，现从事石油机械研究工作。电话：13205469772。E-mail：yuezhenyu1111@sohu.com。