一体化插管采油技术的研究与应用

陈聪颖，马 翔，朱苏清，白友国

(1．中国石化江苏油田分公司采油一厂，江苏 江都 225000;2．中国石化江苏油田分公司石油工程技术研究院，江苏 扬州 225009)

治理套管大段破漏或多点出水的问题油井，目前应用最广泛的是插管采油技术［1］。该技术通过使用桥塞或封隔器，封隔井内的出水层位及套管破漏，实现改善产液结构、降低无效产水的目的。与挤灰作业等治理手段相比，在施工速度、作业成本上优势明显［2－3］，目前也形成了较为系统、成熟的配套工具。但该工艺需要先下入坐封工具和桥塞实施坐封，桥塞坐封后，起出管柱，再连接插管及抽吸泵插入桥塞封堵出水层位进行开采［4－6］，故需下两趟管柱才能完成工艺。并且在起出坐封工具到下入插管的过程中，有井下异物落入桥塞中心管孔道影响插管入槽的风险。为此，开展了一体化采油工艺技术及配套工具和工艺的研发，该技术可实现桥塞坐封、插管、下泵仅需下一躺管柱，简化作业工序，缩短作业周期，降低单井作业成本。

1 研究思路

为了实现插管采油，实现桥塞坐封和插管两道工序仅需下一趟管柱的目的，必须从两方面入手:

(1)机构一体:使坐封工具与插管能够相连为一整体下入井下。

(2)功能改造:对于采用管式泵进行举升油井，改造其固定阀的机构功能，使其既能在桥塞坐封时保持通道畅通及起压要求，又能在油井开抽后具备管式泵固定阀的功能。

2 结构组成

一体化插管采油工艺系统主要由一体化采油插管桥塞、过流固定阀、底部阀和打捞工具四大部分组成，其主要结构如图 1，2，3，4 所示。

2.1 一体化采油插管桥塞

一体化采油插管桥塞是在D型［7］可取式插管采油桥塞的基础上，基于一体化插管挤灰桥塞［8］的设计思路研制的，可实现桥塞坐封和插管采油仅需下一趟管柱。由坐封工具、可取式桥塞、插管和解封工具4部分组成(见图1)。其中，坐封工具为四个液压缸体。

主要技术指标:刚体最大外径114 mm，桥塞长度1 800 mm，工作压差70 MPa，工作温度120℃，解封负荷40～60 kN。

图1 一体化采油桥塞

2.2 过流固定阀

该工具(见图2)用以替代抽油泵的普通固定阀，连接在抽油泵的下方，与一体化插管采油桥塞一趟下入井中。桥塞坐封时，由于顶杆将固定阀顶离凡尔座，液体可通过该装置传递压力，对桥塞进行坐封;下抽油杆时，碰泵下压压杆剪断销钉，固定阀球落座，实现抽油泵固定阀的功能。

图2 过流固定阀

2.3 底部阀

该工具(见图3)连接在一体化采油工具底部，桥塞坐封时，底部阀关闭，承载坐封压力。桥塞坐封后，底部阀销钉剪断，阀球座在弹簧的弹力作用下弹出密封套，打开开采通道。

图3 底部阀

2.4 打捞工具

如需捞桥塞时，下入该打捞工具(见图4)打捞桥塞解封头，上提管柱，桥塞解封，捞出桥塞。

图4 打捞工具

3 工作原理

3.1 桥塞坐封

坐封时，用泵车向管柱内打压10 MPa，坐封销钉剪短，压力通过液压坐封工具中的活塞作用推动桥塞锥体下行，撑开卡在套管壁上;同时，可取式桥塞中心管总成上行，压缩胶筒膨胀，密封油套管环形空间，锁套与锁环啮合，在锁块作用下胶筒心轴与锁定接头紧密相连，桥塞内部结构自锁，完成桥塞坐封。泵车压力升至18 MPa时，张力环剪断，坐封机构和插管与桥塞本体完全分开，上提下发测试悬重验封。

3.2 凡尔落座

桥塞验封后，下入抽油杆及柱塞，依靠其重力载荷(10～20 kN)通过压杆、阀球剪断顶杆销钉，顶杆下落到托筒内，固定阀球落座，实现抽油泵固定阀的功能。

3.3 桥塞解封

需要解封时，拔出插管，用油管下入桥塞解封工具，解封工具抓住桥塞解封头后，上提管柱，解封头剪断销钉，封头上行，锁块失去约束而退出锁块槽，心轴与锁定接头分开，胶筒收缩，锥体上行，卡瓦收回到卡瓦筒内，桥塞解封，并随管柱起至地面。

4 技术特点

(1)一体化采油工具采用将插管采油桥塞置于桥塞内部的设计，一趟管柱下井即可实现桥塞坐封和插管采油的目的。同时，桥塞坐封后坐封机构和插管与桥塞本体完全分开，管柱可向上自由活动。

(2)可靠的防卡设计。卡瓦部分采用内置式卡瓦结构，桥塞在井筒中起下时不易遇阻遇卡，可以在任意斜度的井中安全使用。

(3)独特的锚定机构。该桥塞利用卡瓦、卡瓦锥体、卡瓦外筒的巧妙结合，具有良好的双向承压能力。

(4)安全的解封机构。桥塞解封按锁定机构、密封机构、卡瓦机构的顺序逐级进行，不管桥塞上下压力是否平衡，对解封力不产生影响。

(5)独特的配套过流固定阀装置。既能满足桥塞坐封时通道畅通及起压要求，又能在油井开抽后具备管式泵固定阀的功能。

5 现场应用

一体化插管采油技术自从2013年10月开始应用以来，现场共使用 4井次，工艺成功率达到100%，累计增油527.6 t(见表1)。

典型井例:F130井2013年10月上返投产生产全水，通过测试找漏，发现出水破漏段为1 604～1 958 m，2013年10月对出水段采用一体化插管采油封堵作业，施工一次成功，下泵生产后日产油6.4 t，含水也得到明显控制，达到了预期封堵效果。

表1 措施增油效果

6 结论

(1)采油插管与桥塞及坐封工具采用一体化独特设计，操作简单，坐封、解封安全可靠，为封堵出水层或套管破漏井段实施插管采油工艺提供了一种有效的技术手段。

(2)实现了一趟管柱完成桥塞坐封和插管采油两项作业，成功率高，有效缩短施工时间，降低施工成本。

(3)该工艺不仅适用于直井，还适用于定向井、水平井，特别是在一些深井、超深井的措施作业中具有广阔的应用前景。

［1］ 余杰，骆向杰，谢斌.新型挤注式桥塞的研制与应用.石油机械［J］．2011，39(1):54 －55.

［2］ 白友国，谢军，汪祥林等.新型可取式插管桥塞在封堵工艺中的应用.石油机械［J］．2006，34(11):61－63.

［3］ 钱忆春，丁院平.插管找卡水采油工艺技术研究与应用.石油化工应用［J］．2011，30(11):12－15.

［4］ 施必华，苏庆欣，周宏斌，等.封隔器坐封载荷控制器的研制与应用［J］．石油机械.2005，33(8):81－82.

［5］ 徐建.可取式桥塞研制与应用.石油钻采机械［J］．2009，31(3):114－118.

［6］ 郑如忠，胡琪，白俊丽，等.可取式挤灰桥塞在挤灰作业中的应用与评价［J］．内蒙古石油化工.2011(11):48－50.

［7］ 陈宁，李颖，赵春林，等.新型桥塞的研制与应用［J］．钻采工艺.2000，23(4):68－69.

［8］ 湛精华，王国荣，刘清友.井下封隔器工作行为仿真研究［J］．石油矿场机械.2006，35(2):9－12.