泄油式油管补偿器的研制与应用*

2021-07-16张威

钻采工艺 2021年3期

张威

中国石化中原油田分公司濮东采油厂

0 引言

油管补偿器的主要作用是顶封油井在抽油过程中可以抵消油管的蠕动伸缩［1］，防止油管变形引起的油管和抽油杆之间发生偏磨［2］，降低偏磨导致躺井的几率，减少作业成本。但现用的油管补偿器［3］存在一些不足：当修井作业起油管时，油管补偿器上部的油液还存留在油管内，油管起出后补偿器上部的油液就会洒落在地面造成环境污染。为此，借鉴目前油管补偿器的技术现状，结合油田的生产实际，开展了满足现场生产及环保要求的泄油式油管补偿器研究与应用。

1 泄油式油管补偿器设计

1.1 技术方案

泄油式油管补偿器包括外管和一端插入外管内孔的内管，外管上部限位环与内管下部限位结构限位配合，内管外壁与限位环内壁形成周向密封，内管下部与外管管壁通过剪切销钉固定连接［4］，内管插入外管的部分与外管内壁形成环空，环空有与内管内孔连通的通道，内管上部的上接头外径小于内管外径。内管管壁能够与外管限位环相对滑动，起到补偿油管蠕动伸缩的作用，当修井作业起油管时，下放油管使与上接头下端低于限位环下端面，内管与外管之间的环空、限位环与上接头之间的环空相连，由于内管与外管之间的环空与外管内部相通，油管内的油液就能够泄入油管与套管之间的空间，解决了泄油装置与补偿器之间油液污染地面的问题。

1.2 泄油式油管补偿器结构设计

泄油式油管补偿器主要是由上接头、接头外螺纹、卡件、滑块、内管、泄油孔、限位台、花键、外管、限位环、剪切销钉及外管内螺纹组成，结构见图1。

图1 泄油式油管补偿器结构

外管下部有外管内螺纹，外管上部有向外管内孔凸出的限位环，外管下端通过外管内螺纹与柱塞泵泵筒相连。

内管下部插入外管上部，内管的外径与限位环的内径相等且二者能形成间隙配合［5］，间隙配合范围是0.02～0.07 mm，内管相对外管能够上下移动起到补偿油管蠕动伸缩的作用，内管还能与限位环形成轴向密封保证正常抽油生产时油管的密封。

内管下部外管管壁上有限位台，限位台能够与限位环下端面形成挡止配合，防止内管脱出外管。限位台与外管内壁通过剪切销钉固定在一起，油管坐封时在剪切销钉的作用下内管和外管不发生相对移动，因此可以传递坐封时的轴向载荷，当坐封完成后剪断剪切销钉，内管相对于外管能够上下移动。

内管限位台上设计有花键，防止内管与外管发生相对的轴向旋转。内管在限位台上部的管壁上还开设有用于连通内管内外空间的连通通道，通道为泄油孔［6］。内管上部还通过螺纹连接有外径小于内管外径的上接头，上接头上端有接头外螺纹与补偿器上部的油管相连。由于限位环凸出外管的内壁，且内管的外径与限位环的内径相等，因此内管与限位环下部的外管内壁之间形成环空；当上接头下端低于限位环下端面时，上接头与限位环之间也能够形成环空，此时内管内部的油液可以沿着泄油孔进入内管外部的环空，随后沿着上接头与限位环之间的环空流到油管外部的空间，形成了由外管内部到油管外部的泄油通道，根据连通器的原理泄掉外管上部的油。

上接头设置有能向下通过限位环的倒刺结构，该倒刺结构具有斜面结构的滑块［7］，通过斜面结构可以使滑块进入外管内部，滑块上端面为平面能够卡在限位环下端面，这样油管在上提的过程中泄油通道不会关闭，在上提的过程中就能泄掉油管内的油。滑块上方还有卡件，卡件能够卡在限位环的上端面防止上接头完全落入外管内部，防止泄油通道的封闭，卡件与弹性滑块的距离大于限位环的高度，保证整个泄油通道的完整。

2 泄油式油管补偿器工况描述

2.1 油管坐封时

如图1所示结构，将油管下至设计位置，旋转下放油管加压，内管和外管之间通过剪切销钉传递轴向载荷，通过外管与限位台的结合面传递扭矩，利用油管自身重力使油管坐封［8］。

2.2 正常生产过程中

如图2所示，通过下放油管继续加压，剪断剪切销钉，内管和外管之间可以相对移动，抵消了油管生产过程中的蠕动伸缩，内管外壁与限位环内壁之间处于密封状态保证了正常的抽油生产。

图2 正常生产过程

2.3 修井作业泄油时

如图3所示，下放油管带动上接头下移，使滑块通过限位环，当限位环被锁止于卡件与滑块之间，内管外径小于外管内径，形成由泄油孔→内外管之间环空→上接头与限位环间环空组成的泄油通道，外管上部的油液通过泄油通道流入油管外部。

图3 修井作业泄油时

3 现场应用效果

H90-5井是胡90块的一口采油井，2018年12月检泵作业时原井管柱卡，活动40 t解卡，用油井产出水75 m3反洗井，历时3 h，未返水，用井温找水显示1 237 m处套管有异常，下Y221-114封隔器，验证在1 231～1 240 m处套管漏失，下顶封封隔套管漏失段完井生产。2019年2月份该井不出油，验证封隔器失效，免修期52 d，分析管柱蠕动造成Y221-114封隔器自动解封失效。为了延长油井免修期，满足清洁生产需要，技术人员经过详细论证，决定配套应用泄油式油管补偿器，减缓油管蠕动造成的封隔器解封［9］，目前该井仍然在生产，免修期长达500多天，效果明显。截止目前，中原油田濮东采油厂共应用泄油式油管补偿器18口井，平均油井免修期由原来的163 d延长至326 d，节约了作业费用的同时减少了作业占产时间，提高了油井效益，同时解决了后续施工作业中起管柱时油管补偿器上部油液洒落地面造成环境污染的问题。管柱图如图4所示。