抽油机小泵油管防喷工艺技术研究与应用

王鹏程 刘崇江 宋兴良 姚飞 赵骊川

（1.大庆油田有限责任公司采油工程研究院；2.黑龙江省油气藏增产增注重点实验室）

大庆油田现有油水井12.36万口，年作业5.7万井次以上，因地层压力高，作业过程中的井筒出液易造成环境污染。新“两法”实施后，国家层面提出了“绿色矿山”建设理念，油田公司对环境保护也越来越重视，井筒溢流问题日益突出。为解决油水井作业过程中井筒溢流问题，将污染源控制在井筒内，实现“绿色”施工、环保作业，大庆油田相关技术人员开展了井下防喷工具的攻关研制，针对φ57 mm 及以下抽油机小泵井，在井下作业过程中油管内液体出现溢流的问题，不仅存在施工安全隐患，而且污染环境[1-3]。

为了解决抽油机小泵井油管内防喷问题，创新设计了小泵防喷开关工具，形成了抽油机小泵油管防喷工艺管柱，当二次作业井筒压力较高时，可以实现φ57 mm 及以下抽油机井二次作业油管内防喷，这项技术大大降低了固液量和废液拉运产生的费用，极大地改善了作业环境，并且减少了作业工人的劳动强度，提高了作业施工效率，为提质增效提供了技术支持。

1 结构组成

1.1 工艺管柱组成

抽油机小泵油管防喷工艺管柱主要由φ57 mm及以下抽油泵（泵筒和固定凡尔）、小泵防喷开关、活堵、筛管、尾管、丝堵等部分组成（图1），其中，小泵防喷开关是工艺管柱的核心防喷工具，在抽油机小泵井二次作业时可以实现油管防喷的功能。一次作业时，将小泵防喷开关连接在抽油泵筒和固定凡尔之间，在固定凡尔底端连接防喷活堵，由活堵封堵油管通道，实现一次下井油管防喷；二次作业时，通过向油管内打压，小泵防喷开关可以实现油管防喷功能；抽油机小泵油管防喷工艺管柱可以满足一次下井油管防喷和二次作业油管防喷的需求。

图1 抽油机小泵油管防喷工艺管柱结构示意图

1.2 小泵防喷开关

小泵防喷开关主要由上接头、平衡滑套、复位弹簧、剪切销钉、压差滑套、锁环外套、连接套、下接头等部分组成（图2）。其中，平衡滑套设计两端面积相同，保证在有液压的情况下无压力差，始终保持原位不动；复位弹簧需进行涂层处理，满足防腐防垢要求[4-5]，以确保平衡滑套上行复位；正常生产时连接套底部的4个进液侧孔过流量需大于泵筒最大抽液量，确保不会影响泵效；剪切销钉需设计足够大的启动二次防喷功能压差，确保在洗井过程中不会提前启动二次防喷功能，而导致抽油泵无法正常生产[6-7]。

1.3 活堵

活堵主要由顶杆、外套、活塞、销钉等部分组成（图3）。其中，活塞装上外盘根后与外套内表面为过盈配合，以确保密封油管通道；顶杆与活塞设计为丝扣连接，满足顶杆可以上下调节，下井时能够确保将上端固定凡尔内的钢球上顶，打压将其打掉，使油套连通；外套上的销钉，设计为较小的剪切力，安装完井后泵车打压至3 MPa便可以将销钉剪断，同时活塞被打掉，实现正常生产。

图2 小泵防喷开关工具结构示意图

图3 活堵工具结构示意图

2 工作原理

一次作业时，先将φ57 mm 及以下抽油泵拆开，然后将小泵防喷开关工具连接在泵筒和固定凡尔之间，固定凡尔底部连接活堵，按设计要求将管柱下到预定位置，下管柱过程中，由固定凡尔下端的活堵密封油管通道实现一次下井防喷，然后下入抽油杆并安装井口，上提光杆将柱塞提出泵筒，打开井口油管闸门，利用泵车向油管正打压3 MPa将活堵打掉，实现正常生产。

二次作业时，将光杆放置最底端，利用下部柱塞下推小泵防喷开关内部的平衡滑套，通过井口向油管内正打压15 MPa，压差滑套两端形成压力差，剪切销钉被剪断，小泵防喷开关内部的压差滑套在压力作用下向下运动，锁环咬合锁环套上的锁环扣将压差滑套锁紧，利用压差滑套底端的4道盘根将4 个进液侧孔密封，封堵油管通道，从而实现二次作业油管内防喷。

3 现场试验

3.1 试验情况

开展抽油机小泵油管防喷工艺现场模拟试验2口井，验证了抽油机小泵油管防喷工艺管柱的防喷性能及工艺适应性，不同冲洗的防喷情况见表1。

表1 不同井况的防喷情况

XX 井为高压井，下φ57 mm 抽油机小泵油管防喷工艺管柱到预定位置后，先利用抽油杆将小泵防喷开关内的平衡滑套下推，通过泵车向油管正打压14 MPa，稳压10 min，确保压差滑套下端的4 道盘根密封进液侧孔；然后从套管闸门反向打压15 MPa，稳压20 min，观察到井口油管内无液体溢出，试验表明防喷效果良好。

XX 井为高压井，下φ38 mm 抽油机小泵油管防喷工艺管柱到预定位置后，然后下入抽油杆，将抽油杆丢入油管内，模拟杆断井施工作业，利用泵车向油管正打压12 MPa，稳压10 min，确保压差滑套下端的4 道盘根密封进液侧孔，封堵油管通道。从套管闸门反向打压15 MPa，稳压10 min。观察到井口油管内无液体溢出，试验表明杆断井也能实现二次作业油管防喷，并且防喷效果良好[8-9]。

3.2 试验结果

试验表明了抽油机小泵油管防喷工艺可以有效控制φ57 mm及以下抽油机井油管内溢流，并且可以满足杆断井油管防喷需求，实现了抽油机小泵井作业油管内防喷，试验效果较好，小泵防喷开关达到了设计技术指标要求，满足了工具防喷性能及工艺适应性，下步准备进行现场应用[10]。

4 应用效果

截止到2019 年12 月底，抽油机小泵油管防喷工艺现场累计应用28 口井，其中16 口井进行了二次施工作业，平均施工周期超过一年，作业井均属于高压采出井，全部采取了防喷措施，二次作业前，通过下放光杆并进行油管打压，启动二次防喷功能，验证抽油机小泵油管防喷工艺，一次防喷成功率和二次防喷成功率均为100%，节省了废液拉运产生的费用以及污油污水处理费用。创造的经济效益：累计减少污油污水排放量0.36×104t，减少压井次数44井次，节省成本22.605 6万元。

现场试验表明：抽油机小泵油管防喷工艺可以有效控制油管溢流，实现φ57 mm及以下抽油机井作业油管防喷，现场应用效果良好，而且大大节省了作业施工成本，其中减少了罐车拉运、污油污水处理、压井施工的工作量，提高了施工效率，工具结构简单可靠，施工操作方便易行，工艺技术稳定有效，下步可以进行推广应用。

5 结论

1）小泵防喷开关工具具有机械结构可靠、性能稳定、使用寿命长的优点，适用于φ57 mm及以下抽油机井油管内防喷。

2）抽油机小泵油管防喷工艺实现了抽油机小泵井作业油管内防喷，解决了二次作业高压抽油机小泵井井筒防喷问题，节省了作业施工的人工成本和设备成本，为油田提质增效开发提供了技术支持。

3）抽油机小泵油管防喷工艺进一步强化了井下作业井筒流体控制体系，完善了φ57 mm及以下抽油机井油管防喷技术，为大庆油田清洁化作业奠定了基础。

4）抽油机小泵油管防喷工艺已取得较好的现场应用效果，但仍需进一步改进完善，为确保工具的长期有效性，实现避免在生产过程中提前启动二次防喷动作，而影响采出井正常生产，减少抽油机能耗损失。下一步将对工具进行优化，提高二次防喷启动压差，优化工具结构，增加使用寿命，降低工具成本，实现大规模推广应用。