一种井口安全控制装置的研究

摘要：油水井带压作业施工时，井下防喷开关或油管堵塞器失效井液外溢会造成地层损害及环境污染等问题。为解决该技术难题，防止安全环保等事故发生，研制了井口安全控制装置。井口安全控制装置可在油水井带压作业遇到井下防喷开关或油管堵塞器失效时，手动锚定于井口大四通下部第一根油管内壁便于操作的部位，使其密封胶筒变形膨胀堵塞油管内孔，防止井底高压流体从井口溢出，为其他后续压井措施赢得时间。井口安全控制装置还可用于废弃井及长停井的封井处理。该井口安全控制装置安装维护简便、一次性投资低，还可重复使用，其各项技术指标完全达到了现场使用要求，应用效果良好。

关键词：防喷;手动;锚定;密封;封井

1 概述

目前，我国各大油田后期采油广泛采用注水驱油的方式提高油井产能。注水驱油开采方式致使地层压力升高，油水井在维修时若采用压井作业，高密度压井液会降低地层孔隙的渗透率，使地层受到严重污染和损害，从而影响油水井后期注水效果，降低油井产能和采收率。为解决这一技术难题，各大油田进行了油水井带压作业工艺技术研究。该技术由于具有减少施工用液和外排井液、避免环境污染、缩短施工周期、降低作业成本、保护油气资源和地层环境、提高生产效益等特点，受到各大油田广泛的推广和应用[1-3]。

油水井带压作业工艺技术的油套环空防喷通过安装在井口大四通上的防喷装置来实现，油管内防喷采用油管堵塞器或井下防喷开关。在带压作业施工过程中，若油管堵塞器或井下防喷开关失效，在压井措施实施之前溢出的流体会造成井场污染等安全环保事故发生。为解决上述技术难题，我们研发了井口安全控制装置。

当带压作业施工过程中油管堵塞器或井下防喷开关失效造成油管内发生溢流时，将上述井口安全控制装置手动锚定于井口大四通下部油管内壁便于操作的部位，使井口安全控制装置的密封胶筒变形膨胀堵塞油管内孔，达到防井喷或封井的目的。该井口安全控制装置于2017年7月开始在各油田应用，应用效果表明：井口安全控制装置在油管内其他防喷措施失效时启用，为其他后续压井等防喷措施赢得了时间，其各项技术指标完全达到了现场使用要求，且具有安装维护简便、可重复使用、一次性投资低等特点。该井口安全控制装置在油管内实现锚定和密封功能后，将锚定手柄和防喷手柄取下可永久置于油管内实现封井功能，还可用于废弃井及长停井的封井处理。

2.井口安全控制装置技术分析

2.1 结构

该井口安全控制装置主要由接头、长轴、锚定内套、锚定手柄、锁紧螺母、防喷螺母、防喷手柄、防喷杆、密封胶筒、外卡簧、密封皮碗、锚定卡瓦等组成，结构如图1[7-9]。

2.2 工作原理

该井口安全控制装置作业时，将其接头上端与提升短节相连接，锚定卡瓦座的下端与抽油杆柱丝扣相连接，用大钩带动将提升短节及与之相连的井口安全控制装置和抽油杆柱系统下到井口第一根油管内孔便于手动操作的部位，进行人工锚定和密封操作。

锚定原理：锚定内套上端部外螺纹与锁紧螺母、旋转螺母、锚定手柄、防喷螺母、防喷手柄、防喷杆的内螺纹相连。旋转螺母及其上的锚定手柄旋转时带动防喷杆同步旋转，锁紧螺母配合旋转螺母实现旋转功能。旋转过程中，防喷杆下端头部的圆锥形与锚定卡瓦的内锥面配合实现轴向位移，锚定卡瓦张开，其卡牙在周向上同步外移，紧紧锲入油管内壁，实现锚定功能。当反方向旋转锚定手柄时，锚定卡瓦的卡牙在开口弹簧圈作用下回缩，解除锚定状态。

密封原理：井口安全控制装置的防喷杆下端面与密封胶筒上端面相接触。旋转井口安全控制装置的防喷手柄，推动防喷杆下移，防喷杆下移过程中挤压密封橡胶筒，使其产生弹性形变，从而实现密封油管内部空间的目的。密封皮碗的外径大于油管内径，与油管内壁为过盈配合，皮碗内孔与锚定内套外圆为过度配合，在管内高压流体作用下具有自封性，能起到辅助密封的效果。井口安全控制装置中的O型圈可起到起密封间隙的作用。

该井口安全控制装置用于封井工况时，在油管内壁实现锚定和密封功能后，将锚定手柄和防喷手柄取下，使井口安全控制装置永久置于油管内，实现封井的目的。

2.3 井口安全控制装置特点

人工进行坐封和解封，方便、快捷、锚定可靠性高。它具有密封皮碗和密封胶筒两道密封防线，密封压力≥10MPa，密封可靠性高。主要承力部件材质为经过热处理的合金钢，具有强度高、耐腐蚀的特性;密封胶筒和密封皮碗选用氟橡胶，并与钢骨架硫化在一起，具有耐压高、耐磨性强的特点。与其他带压作业防喷装置相比，具有总长小、重量轻、便携性能好、可重复使用、一次性投资小等优点，其设计符合安全环保要求。

3.结论

（1）井口安全控制装置在长停井封井的现场应用表明，井口安全控制装置性能完全满足封井工况的安全要求，与封井器联合使用，可实现长停井的双重安全防护。

（2）井口安全控制装置在油水井带压作业井下防喷开关或油管堵塞器失效时的现场应用表明，该井口安全控制装置作为带压作业工艺技术的配套工具，操作简便、快捷，可对事故油水井快速锚定密封，有效地防止了带压作业工艺技术中油管内防喷措施失效时溢流、井喷等安全环保事故的发生，推动了油水井带压作业工艺技术的发展。

（3）井口安全控制装置一次性投资小、易于维护、可重复使用，符合油田公司低成本发展战略。

参考文献：

[1]吴新民.高压油水井带压作业工艺研究[J].石油天然气学报（江汉石油学院学报）.2010，32（2）：349-351.

[2]樊奖平，張高峰，等.带压作业井口安全控制装置现状与发展[J].石油矿场机械，2008，（27）：126-127.

[3]肖军亮，李保红，等.使用不压井作业井口安全控制装置降低作业成本[J].内蒙古石油化工，2001，（27）：126-127.

作者简介：

顾维远，2015年7月毕业于重庆科技学院石油工程专业，学历本科，2015年7月至今在重庆市安全生产科学研究有限公司工作，主要从事油气田开采和石油天然气管道运输安全评价报告编制工作。