高气油比油井丢手式防喷管柱

唐 凡罗有刚姚 洋刘嘉文程 颢王 茜

（1.中国石油长庆油田分公司油气工艺研究院，陕西西安 710021；2.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室，陕西西安 710021；3.中国石油长庆油田分公司勘探开发研究院，陕西西安 710018；4.中国石油长庆油田分公司第五采油厂，陕西西安 710086）

高气油比油井丢手式防喷管柱

唐 凡1，2罗有刚1，2姚 洋1，2刘嘉文2，3程 颢1，2王 茜4

（1.中国石油长庆油田分公司油气工艺研究院，陕西西安 710021；2.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室，陕西西安 710021；3.中国石油长庆油田分公司勘探开发研究院，陕西西安 710018；4.中国石油长庆油田分公司第五采油厂，陕西西安 710086）

引用格式：唐凡，罗有刚，姚洋，等. 高气油比油井丢手式防喷管柱［J］.石油钻采工艺，2015，37（6）：119-121.

针对长庆油田高气油比区块油井在作业起下管柱过程中出现的油气溢出井口问题，开展了高气油比油井防喷工艺技术研究，依据井下开关阀的原理对管柱进行优化设计。该管柱采用悬挂封隔器、旋板开关和单流密封插管等关键工具，检泵作业时旋板开关关闭，将地层油气封堵在封隔器下部，解决了起下管柱过程中油气溢出井口无法防喷的技术难题。经室内测试及现场应用，该管柱实现了起下钻过程中防止地层油气喷出地面的作用，达到检泵作业时防喷的目的。

高气油比；防喷管柱；旋板开关；单流密封插管

长庆油田三叠系油藏气油比在80～120 m3/m3，在油井检泵作业时，部分井出现油气从油管喷出地面的现象，不仅造成了对周边环境的污染，还存在一定的安全隐患［1-3］。目前在修井检泵作业下管柱过程中主要采用防喷泄油器来防止地层油气从油管喷出［4-6］，但在起管柱时，因泄油器已打开，与油管内外实现了连通，无法再起到防喷作用；而对于地层能量较高且套返的油井进行检泵作业时，起钻因无法防喷，需要在井口放喷泄压，待放喷后才能进行检泵作业，大大影响了油井采油时率；此外，由于结蜡等原因热洗井筒时，无洗井保护装置，易对储层造成伤害。鉴于此研制了具有防喷、洗井保护、泄油功能的丢手式油井防喷管柱［7-9］，防止检泵作业起下管柱过程中油气喷出地面污染环境，同时在洗井时防止洗井液进入地层，避免对地层的伤害。

1　油井防喷管柱

1.1管柱结构与工作原理

油井丢手式防喷管柱主要包括管式抽油泵、筛管、单流密封插管、悬挂封隔器、旋板开关、连通阀和底部球座，如图1所示。丢手式防喷管柱初次使用，需要两趟管柱。首先，将球座、连通阀、悬挂封隔器和旋板开关连接成丢手管柱，将丢手管柱下到预定位置后，打压坐封并实现丢手；其次连接生产管柱，将单流密封插管随生产管柱下入，插入旋板开关中，打开旋板开关，实现油层段与悬挂封隔器上部的连通，可实现正常抽油。同时在洗井过程中，通过洗井保护阀及洗井保护皮碗，确保洗井液不会通过油管内及插管与旋板开关间隙污染地层。检泵作业时，上提单流密封插管，旋板开关在强制复位弹簧的作用下关闭，将封隔器下部地层油气封堵，起到防止地层流体溢出井口的作用。

图1　丢手式防喷管柱结构

1.2技术指标与技术特点

防喷管柱技术指标：坐封压力12～15 MPa ；工作压力15 MPa；工作温度120 ℃；解封负荷50～80 kN；适用套管内径Ø121～Ø124 mm。

技术特点：检泵作业时，不需动丢手管柱，上提生产管柱，旋板开关关闭，将油层段与悬挂封隔器上部封闭；采用机械式开启与关闭，开关性能可靠；洗井时，通过单流密封插管可防止洗井液进入地层造成储层污染。

1.3关键配套工具结构及原理

1.3.1单流密封插管 单流密封插管主要由洗井保护阀［10］（上接头、单流阀罩、阀球、阀座）、洗井保护皮碗（皮碗胶筒、中心管、支撑座）、导流插管（导流孔 、导流顶杆）组成，如图2所示。其工作原理：单流密封插管连接在生产管柱最下段，将导流顶杆插入旋板开关内，打开旋板开关使其与油层连通，井筒中液体通过导流孔进入悬挂封隔器上部油套环形空间；洗井时，由于洗井保护阀具有单向流动的特点，洗井液不能通过单向阀进入地层，同时，单流密封插管上的洗井保护皮碗起到密封作用，使洗井液无法通过单流密封插管与旋板开关之间的间隙污染地层，防止洗井液倒灌入地层。

图2　单流密封插管结构

1.3.2旋板开关 旋板开关主要由上接头、固定销座、旋转轴、旋板机构、推杆、强制复位弹簧、下接头等组成，如图3所示。其工作原理：旋板开关上端连接在悬挂封隔器上，单流密封插管中导流顶杆插入旋板开关内，旋板受到导流顶杆的推力，以旋转轴为轴心向下运动，并推动推杆压缩强制复位弹簧收缩，使旋板开关处于打开状态，与地层连通；当单流密封插管上提起出时，依靠强制复位弹簧的弹力推动推杆使旋板机构复位，使其处于关闭状态，与地层封闭。

图3　旋板开关结构

2　室内实验

2.1实验目的及过程

（1）旋板开关下密封性能实验。主要是验证旋板开关关闭状态下，其对下部地层流体的承压及密封性能，将试压接头等连接好，从套管打压至20 MPa，并稳压5 min，上部筛管不出水，同时停泵后压力稳定不降，说明旋板开关下密封性能完好。

（2）旋板开关与单流密封插管打开、关闭实验。主要是验证旋板开关能否正常打开、关闭及其密封性能，连接好试压接头，从油管打压15 MPa打开底部连通阀，并在单流密封插管上接小管，插入油管内，从套管打压5 MPa，并稳压不放，给单流密封插管施加下压吨位，若油管上部小管出水且套压下降为0，表明旋板开关打开；上提单流密封插管，将单流密封插管上部小管取出，在油管上部接打压头，从油管打压10 MPa，停泵后压力稳定不降，表明旋板开关关闭，同时反复插拔单流密封插管，观察弹簧抗疲劳能力。

2.2实验结果

室内实验结果见表1，通过不同压力条件下，从套管打压5.2～20.8 MPa，停泵后5 min压力稳定不降，表明旋板开关下密封性能完好，达到了设计要求；同时，对单流密封插管反复进行加压下放、上提，加压下放单流密封插管后，单流密封插管上部能正常出水，套压落0；上提单流密封插管后，从油管打压10 MPa，停泵后5 min压力稳定不降，表明单流密封插管与旋板开关配合使用后，旋板开关打开、关闭正常可靠，密封性能良好，能够满足现场生产需求。

表1　旋板开关及插管密封器性能实验数据

3　现场试验

2013年11月在合水油田某检泵井进行了现场试验，试验井完钻井深1 406.0 m，气油比86.5 m3/t。该井检泵前因地层能量高、气油比大，井口有溢流，起管柱时有井液从油管喷出地面。在地面实施放喷泄压后下入丢手式防喷工艺管柱，封隔器坐封完毕后验证了该管柱的防喷效果。

在试验过程中缓慢下放生产管柱，当接近封隔器位置时，下放生产管柱，并从油套环空隔0.5 h测试液面变化情况，下放管柱后液面逐渐上升，表明旋板开关已打开，将地层流体与井口连通，可实现正常生产；然后上提管柱，进行起油管作业，上提管柱后，从油套环空测试液面，发现液面基本保持不变，表明旋板开关关闭，将地层流体与井口阻断，同时上提油管30根，在起油管过程中观察井口，井口无溢流，未出现地层流体溢出井口，起到了防喷效果。

从现场试验来看，应用丢手式油井防喷管柱后，有效解决了起下管柱过程中地层油气溢出井口的问题，缩短了因井口泄压造成的修井占井时间，提高了油井开井时率，避免了油气喷出地面污染环境，产生了明显的经济效益和社会效益，达到了预期效果。

4　结论

（1）针对高气油比井作业存在的问题，研制了单流密封插管、旋板开关组成的丢手式防喷管柱，解决了高气油比井检泵作业过程中，油气从油管喷出地面污染环境的问题。

（2）旋板开关、单流密封插管通过机械式强启强闭结构设计，旋板开关安全可靠，旋板开关密封性能良好。单流密封插管通过洗井保护阀及洗井保护皮碗，可以有效防止洗井液污染地层。

（3）丢手式防喷管柱对井口有溢流的检泵井，节省了放喷泄压时间，降低了成本。但在初次施工时，需要两趟管柱完成，且需要动用泵车来完成悬挂封隔器的坐封，因此在高频检泵井使用较为经济。

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（修改稿收到日期 2015-11-10）

〔编辑 李春燕〕

Release-type BOP string for oil wells with high gas-oil ratio

TANG Fan1，2，LUO Yougang1，2，YAO Yang1，2，LIU Jiawen2，3，CHENG Hao1，2，WANG Qian4
（1. Oil & Gas Technology Research Institute of Changqing Oilfield Company，CNPC，Xi'an 710021，China；2. National Engineering Laboratory for Exploration and Deνelopment of Low-Permeability Oil & Gas Fields，Xi'an 710021，China；3. Research Institute of Petroleum Exploration and Deνelopment of Changqing Oilfield Company，CNPC，Xi'an 710018，China；4. NO.5 Oil Production Plant of Changqing Oilfield Company，CNPC，Xi'an 710086，China）

In view of the oil/gas flowing out of the wellhead during pipe tripping in wells in high gas-oil ratio block of Changqing Oilfield，research was conducted on blowout prevention technology for wells with high gas-oil ratio and optimization design was made to the pipe string based on the principle of down-hole switch valve. This pipe string used key tools like suspended packer，vane switch and uniflow sealing intubation. The vane switch is closed during pump inspection，which blocks off the formation oil/gas below the packer，hence solving the difficulty of oil/gas flowing out of the wellhead during pipe tripping. Lab tests and field application show that this pipe string realizes the function of preventing oil/gas from blowing out of surface and achieves the goal of blowout prevention during pump inspection.

high gas-oil ratio； blowout prevention pipe string； vane switch； uniflow sealing intubation

TE931.2

B

1000-7393（ 2015 ） 06-0119-03 doi:10.13639/j.odpt.2015.06.031

唐凡，1980生。2004年毕业于西安石油大学油气储运专业，现主要从事采油工艺方面的研究工作。E-mail：tangf_cq@ petrochina.com.cn。