抽油机井防喷锚定一体化工艺技术研究

梁猛（大庆油田有限责任公司第六采油厂）

2015年，新环保法的颁布实施，给油井清洁作业生产提出了更高的要求。针对抽油机井作业防喷技术问题，目前在用的主要防喷工具为654-ⅢD滑套式防喷开关[1]，由于井液腐蚀作用及开关滑套处结垢情况，导致作业时开关关闭动作失效，现场应用效果不理想。为此，开展抽油机井防喷锚定一体化工艺技术研究，即防喷管柱与生产管柱同步下入井内，并完成防喷工艺管柱的锚定、密封胶筒的坐封及与生产管柱的分离。

1 结构与工作原理

抽油机井防喷锚定一体化装置主要由三部分构成：丢手封隔装置、支撑装置和防喷浮子开关。丢手封隔装置、支撑装置、防喷浮子开关依次连接泵下，将防喷浮子开关捅杆上端外螺纹接在丢手封隔装置下端内螺纹处，将支撑装置连接在丢手封隔装置下端外管螺纹处，将防喷开关装置接在支撑装置下端。工具连接示意图如图1所示。

下井应用时，油管、抽油泵、防喷锚定一体化装置、尾管依次连接。防喷锚定一体化装置与生产管柱同时下井，与654-ⅢD滑套式防喷开关相比，减少一趟丢手管柱及协调泵车打压释放工序。管柱连接示意图如图2所示。

图1 工具连接示意图

图2 管柱连接示意图

工作原理：工具下入井内预设深度，通过上提下放生产管柱使支撑装置坐封，再下压管柱使丢手封隔装置胶筒撑开，并完成丢手动作，实现生产管柱与防喷管柱分开；上提生产管柱，带动捅杆机构上行，防喷浮子开关关闭，即实现防喷目的。

图3 丢手封隔装置结构示意图

图4 管柱连接示意图

2 工具结构设计

2.1 丢手封隔装置结构

丢手封隔装置即在Y211-114封隔器[2]基础上进行改进，主要增加丢手机构。其结构示意图如图3所示。

坐封动作：通过下压生产管柱，连接接头带动打捞接头、释放套、连接套、卡瓦挂下行，剪断释放销钉，胶筒压缩、卡瓦张开，此时卡簧与连接套锁死，完成装置释放。

解封动作：将分瓣捞矛下到工具位置处，捞矛捞到打捞接头后，上提管柱，打捞接头带动释放套、连接套、卡瓦挂上行，剪断卡簧座上解封销钉，卡瓦、胶筒回缩，完成解封。

丢手动作：采用爪型结构设计，在支撑装置锚定后，释放套解除上中心管爪型件的锁定，此时上提油管，带动连接接头与连接杆上行，连接杆台阶处经过上中心管爪型处并撑开爪，防喷锚定装置部分被丢开。

2.2 支撑装置结构

支撑装置即在螺杆泵专用支撑卡瓦[3]基础上进行改进，坐封行程由350mm提高到500mm，防止下管柱过程中提前坐封，导致丢手封隔装置在下管柱惯性力作用下提前坐封。结构示意图如图4所示。

2.3 防喷开关结构

防喷开关采用浮子开关[4]，即在捅杆的下压力作用下实现打开功能，捅杆上提后，浮子在井液浮力及井液喷势作业下上浮关闭，实现防喷目的。防喷浮子开关结构示意图如图5所示。

图5 防喷开关装置结构示意图

防喷浮子开关有以下技术优势：

1）结构简单，不易损坏，且打开关闭动作易实现。浮子开关的主要部件为浮子阀，打开力为捅杆压力，关闭作用力为井液浮力。捅杆下入开关工作筒内即实现打开，捅杆提出开关工作筒即实现关闭。

2）捅杆通用性强。捅杆的作用是在油井正常生产时下压浮子，防止浮子阀上浮关闭，因此在结构和尺寸上无特殊要求，只要长度和直径满足要求即可。根据工具结构尺寸，捅杆长度在2500～3500mm、直径在30～50mm范围内均可满足要求。

3 工具参数计算

3.1 丢手封隔装置坐封力设计

丢手封隔装置坐封时，需下压油管剪断解封销钉[5]，计算公式如下：

式中：G——油管重力，N；

F浮——油管浮力，N；

Q坐——丢手封隔器坐封力，N；

F压——下压油管压力，N。

泵挂深度按1000m、井液密度按1.0g/cm3计算。若全井应用外径φ89mm油管，当F压为0时，计算Q坐=112.25kN，设计Q坐为160kN。

根据销钉剪切力计算的公式如下：

式中：d——剪断销钉直径，mm；

Q坐——总剪切力，N；

n——销钉个数；

τb——材料抗剪强度，N/mm。

设计应用抗剪强度τb=600N/mm2销钉，销钉个数6个，求得销钉直径d≥φ6.9mm。

3.2 丢手封隔器解封力设计

封隔器解封力[6]通常设计60～70kN，销钉个数n=4，应用同样抗剪强度销钉，求得解封销钉最小直径d=5.5mm。

4 现场应用及其效果

1）在抽油机井上应用防喷锚定一体化工具35井次，现场试验防喷成功率100%，平均单井释放压力83.3kN，二次作业井2口，防喷成功率100%。

2）抽油机井防喷锚定一体化工具单套成本1.46万元，应用泥浆、无固相压井液压井单井施工费用增加1.3万元，延长施工周期1d；因此，一次作业即可收回成本，同时实现了清洁作业生产，减少了作业躺井时间。

5 结论与认识

1）抽油机井防喷锚定一体化装置随生产管柱一次下入井内，与目前在用654-ⅢD滑套式防喷开关相比，减少一趟丢手打压释放管柱，缩短作业周期1d，并节约了生产成本。

2）该装置在成熟井下工具基础上进行改进并组合应用，工具稳定性好。

3）防喷开关采用浮子开关，结构简单，打开力为捅杆下压力，关闭力为井液浮力，打开关闭动作易实现。

4）与654-ⅢD滑套式防喷开关相比，对捅杆无特殊结构尺寸要求，通用性强，且不易损坏。

[1]万仁溥.采油工程手册：下册[M].北京：石油工业出版社，2000：255-258.

[2]谢建华，刘崇江，赵骊川，等.桥塞压裂工艺技术[J].大庆油田地质与开发，2004，23（4）：38-39.

[3]隋春彦，马来增，孙卫娟，等.自验封可洗井封隔器的研制与现场试验[J].石油机械，2002，30（8）：35-36.

[4]周全兴.钻采工具手册：下册[M].丹东：科学出版社，2000：228-230.

[5]范家齐，曲宪刚，杨晓翔.非线性有限元混合法分析油井封隔器胶筒[J].石油学报，1991，12（1）：129-138.

[6]岳澄，王燕群，邵立国，等.高温封隔器胶筒与套管接触压力的实验研究[J].实验力学，1999（3）：390-394.