光杆断脱自动防喷装置的研制＊

2020-03-17李海涛温丽娟

油气田环境保护 2020年1期

李海涛赵凯温丽娟

(中国石油吐哈油田分公司鄯善采油厂)

0 引言

吐哈油田勘探开发区域内多数地区遍布坎儿井、湿地、水渠和农田，生产环境复杂，环保形势严峻[1]。抽油机生产过程中的光杆断脱致使盘根密封失效、井口失控，从而造成油气泄漏和环境污染，引起安全环保生产事故[2]。为此，研制出一种抽油井光杆断脱自动防喷装置。该装置适用于现有抽油井井口装配工艺，满足采油采气技术要求，尤其能起到抽油井光杆断脱后井口的密封作用，消除安全环保风险。

1 防喷装置原理

受井下杆式泵工作时固定凡尔受泵体腔内压力作用而密封的原理启发[3]，在井口盘根盒上安装倒置凡尔球座装置，在光杆断脱掉入井筒后，隐藏于侧孔通道的密封球进入主体装置中心孔处，借助井筒及系统压力作用，密封球被座封在装置上部密封环，起到密封井口的作用。

2 防喷装置的研制

2.1 研究思路

1)光杆断脱后实现井口完全密封，最小承压范围大于井口生产闸门所承受的压力(2.5 MPa)。

2)实现自动密封。

3)安装及使用简单，不影响现有的生产流程及后期井口日常操作。

2.2 实验与改进

根据研究思路设计了多款防喷装置雏形，开展室内静态承压、动态模拟实验和现场安装实验。

2.2.1 室内实验

以水为介质，模拟井筒液分别开展室内承压和动态模拟实验。

1)静态承压实验

采取密封打压，阶梯升压为0.3，0.5，1.0，1.5，2.0，4.0，6.0，8.0 MPa。要求装置稳压30 min，全阶段无压降和泄漏。

2)动态模拟实验

分别模拟承压2.0，1.0，0.5，0.3 MPa下光杆断脱入井情况。要求装置分别在高压和低压情况下都能实现自动密封。

2.2.2 现场实验

随机选择40口抽油机井进行现场安装，跟踪装置安装、运行及维护情况，收集相关问题并进行针对性改进。

根据实验结果，经反复论证，对初期设计的装置进行了如下改进。

1)密封球体材料改进

前期考虑为避免球体与光杆摩擦使光杆受损而采用尼龙材料，而后在室内实验中发现，尼龙密封球会因压力过高而变形，不能起到完全密封的作用，因此,采用刚性较好的钢球代替。

2)密封球体进入中心孔密封方式改进

前期采用尼龙球配合压缩弹簧的方式使尼龙球在光杆断脱后在弹簧的作用下进入中心孔密封[4]，但尼龙球换为钢球后，若继续采用钢球和弹簧压紧的方式，长时间运行过程中会导致光杆和钢球互相摩擦受损而影响密封。根据反复实验和调研，创新性的采用钕铁硼强磁铁加工的密封环，取消弹簧压紧方式，将密封球侧直型孔室改为与钢球外径相当的半弧形，预留一定的活动空间，改用磁力作用引导钢球进入中心孔的方式进行密封。

3)密封球侧孔室堵头改进

前期未考虑该装置在维护过程中更换密封球拆卸堵头存在泄压风险问题。根据现场实验安装情况和巡检人员的建议，增加堵头泄压阀门，进一步确保该装置运行和日常检查零风险。

4)装置内部防偏磨改进

在部分敏感区域，采油井口为满足测试需要采用偏心井口。偏心井口为长喉管设计，易造成喉管和光杆不完全同心的情况，在井口安装该装置后，易造成该装置内钢制密封环与光杆偏磨。因此，在该装置内部添加尼龙光杆限位扶正器，避免偏磨[5-6]。