帶壓作業(yè)裝置技術(shù)發(fā)展及展望

楊峰 張梁 孫靈蘭 劉洪應(yīng) 唐廉宇（長江大學(xué)地科學(xué)院，湖北 荊州 434023）

帶壓作業(yè)裝置技術(shù)發(fā)展及展望

楊峰 張梁 孫靈蘭 劉洪應(yīng) 唐廉宇（長江大學(xué)地科學(xué)院，湖北 荊州 434023）

介紹了國內(nèi)外帶壓作業(yè)設(shè)備的技術(shù)、現(xiàn)狀及未來發(fā)展，對帶壓作業(yè)工藝關(guān)鍵技術(shù)：如何對管柱內(nèi)、油套環(huán)空壓力進行控制和管柱上頂力控制進行了分析，并提出了帶壓作業(yè)裝置未來的發(fā)展趨勢，可為帶壓作業(yè)裝置及工藝的技術(shù)發(fā)展提供參考。

帶壓作業(yè)；技術(shù)現(xiàn)狀、壓力控制、發(fā)展趨勢

帶壓作業(yè)技術(shù)是近幾年發(fā)展起來的一種新技術(shù),其作業(yè)方式為：在井口不放壓的情況下，進行鉆、修井作業(yè)。這種作業(yè)技術(shù)不僅可以保持原始地層壓力，提高采出率而且還可以避免施工過程中對地層的污染及傷害，最大限度的保護開采層的潛能、及環(huán)境。因其可以保證原始地層壓力不被破壞所以對油田后期的產(chǎn)能回復(fù)及穩(wěn)產(chǎn)有很大幫助。

近年來，隨著環(huán)保及石油工藝的發(fā)展，帶壓作業(yè)技術(shù)及工藝已經(jīng)被廣泛推行，這使得帶壓作業(yè)設(shè)備在國內(nèi)也得到了迅猛發(fā)展，帶壓作業(yè)裝置的標(biāo)準(zhǔn)、操作規(guī)程及其標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)相繼出臺。

1 國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀

國外帶壓作業(yè)技術(shù)發(fā)展比較早，工藝技術(shù)水平相對成熟，早在20世紀(jì)20年代美國一家公司就已經(jīng)開始試驗。經(jīng)過多年的發(fā)展，國外帶壓作業(yè)設(shè)備壓力等級最高可達105MPa，并且形成了在不同工況、不同壓力等級條件下的成體系配套的油管內(nèi)封堵工具，其作業(yè)效率較高，設(shè)備的安全性、穩(wěn)定性經(jīng)過長期的發(fā)展也達到了較高的水平，并廣泛應(yīng)用于氣井、油水井帶壓作業(yè)。

國內(nèi)帶壓作業(yè)研究始于20世紀(jì)60年代，起步相對較晚，技術(shù)理論滯后，施工壓力等級較低，油管內(nèi)封堵工具沒有形成配套體系，水井帶壓作業(yè)不能實現(xiàn)封隔器以下鉆具的封堵，不能夠達到全程帶壓作業(yè)的目的，并且?guī)鹤鳂I(yè)效率相對較低，主要施工于水井帶壓作業(yè)。

2 帶壓作業(yè)核心技術(shù)

帶壓作業(yè)的核心技術(shù)為對井內(nèi)壓力的控制、油管和套管間環(huán)空壓力的控制、管柱上頂力的控制三部分。

2.1 油管內(nèi)壓力控制

管柱內(nèi)壓力控制主要是采用合適的堵塞工具和工藝對油管進行投堵施工，從而達到對油管內(nèi)的壓力進行有效的控制。國內(nèi)各油田根據(jù)帶壓作業(yè)現(xiàn)場的實際工況研發(fā)了不同種類的管柱內(nèi)堵塞工具，如油管橋塞、單流閥、雙作作用閥、預(yù)置工作筒等，通過水力投送、鋼絲投送和空心油桿等投送方式，有效解決了帶壓作業(yè)技術(shù)中管柱內(nèi)壓力控制的核心問題。油管投堵施工的常規(guī)步驟為：首先，根據(jù)施工目的和井況選用管柱底部封堵方式；然后采取安全保障措施，當(dāng)內(nèi)堵工具座封后，向管柱內(nèi)注入水及其他介質(zhì)，保障內(nèi)堵工具處于良好工作狀態(tài)，如果井下管內(nèi)堵塞器發(fā)生泄漏會提前發(fā)現(xiàn)溢流，可以搶裝旋塞閥。油管內(nèi)壓力的有效控制離不開堵塞工具和工藝技術(shù)，二者相輔相成，缺一不可。

2.2 油管和套管間環(huán)空壓力的控制

油管和套管間的環(huán)空壓力控制主要依靠帶壓防噴器組進行控制，兩個半封閘板防噴器相互配合倒出接箍以及配合放壓閥和卸荷閥起出井下工具。另外還有一種特殊防噴器，其特點是采用油缸外置式結(jié)構(gòu)，驅(qū)動閘板的液缸外裝于防噴器本體兩側(cè)，閘板結(jié)構(gòu)形式為圓柱形，前密封于管柱的接觸面積增加，密封更可靠，前密封鑲嵌有特殊耐磨材料，使前密封在滿足動密封的工況下具有較長的使用壽命。

2.3 管柱上頂力的控制

帶壓作業(yè)施工過程中主要是利用卡瓦和升降液缸的配合來對管柱的上頂力進行有效控制?？ㄍ邔苤峁┛ňo力，然后依靠升降液缸來控制管柱的起下?，F(xiàn)階段主流的帶壓作業(yè)裝置主要配置為錐形自緊式卡瓦。此類卡瓦系統(tǒng)用1個液缸實現(xiàn)2個卡瓦體同步動作，采用液壓回路控制卡瓦的關(guān)閉和打開，關(guān)閉壓力可調(diào)，關(guān)閉和打開的速度可調(diào)。為了防止誤操作而發(fā)生墜管和竄管事故，整個卡瓦系統(tǒng)配備2套承重錐形自緊式卡瓦和2套防頂錐形自緊式卡瓦，在液壓控制系統(tǒng)中，對升降液缸的控制要求具備換向、制動、差動、鎖死和速度可調(diào)等功能，這些控制功能的實現(xiàn)主要是通過液缸控制閥配合液壓輔助回路實現(xiàn)。另外在液壓控制系統(tǒng)上還安裝了卡瓦互鎖裝置，以防止處于工作狀態(tài)的1對承重卡瓦或防頂卡瓦同時處于打開位置，從而保證了操作的安全性。

3 發(fā)展趨勢

3.1 高性能、高穩(wěn)定性、高安全性

帶壓作業(yè)裝置主要是由液控系統(tǒng)組成，但國內(nèi)液控系統(tǒng)中的的液壓閥件穩(wěn)定性較差，舉升液缸行程較短，速度較慢，因此導(dǎo)致施工作業(yè)效率低，與進口液壓設(shè)備存在一定差距。因此提高液控部件的可靠性變得非常重要。同時為保證施工安全，可在卡瓦液控系統(tǒng)上安裝互鎖裝置。安全防噴器、剪切閘板等重點設(shè)備的液控操作也可在遠程和司鉆兩處進行控制，如遇突發(fā)情況可就近采取措施。

3.2 節(jié)能、環(huán)保

隨著對環(huán)保意識的增強及外部市場油價的下跌，作業(yè)成本的不斷攀升，各公司已越來越重視作業(yè)過程中的節(jié)能、環(huán)保。電力驅(qū)動修井機及帶壓設(shè)備已經(jīng)推廣并相繼在各油田推廣使用。這不僅大幅降低了作業(yè)成本，也對環(huán)境保護起到了積極的推進作用。

3.3 智能化

未來帶壓作業(yè)裝置將會融入更多的傳感技術(shù)配合現(xiàn)場操作人員，實現(xiàn)油管接箍，防噴器及卡瓦開關(guān)等設(shè)備的檢測使帶壓作業(yè)更智能化。并且可以將井筒各項數(shù)據(jù)輸入帶壓設(shè)備，系統(tǒng)將會生成計算并生成施工中的關(guān)鍵參數(shù)，對現(xiàn)場操作人員的施工起到一定的指導(dǎo)及參考作用，當(dāng)人工智能化發(fā)展到一定水平也可實現(xiàn)井口無人智能化施工。

4 結(jié)語

(1)對國內(nèi)外帶壓作業(yè)裝置進行了分析比較，國外帶壓設(shè)備及工藝由于起步較早，經(jīng)過長期發(fā)展，現(xiàn)階段其帶壓設(shè)備及工藝都比較成熟，已經(jīng)實現(xiàn)規(guī)范化和系列化，而國產(chǎn)設(shè)備及工藝現(xiàn)階段能滿足的帶壓工藝還不完善，需要加快步伐提高自身帶壓設(shè)備性能及其工藝。

(2)分析了帶壓作業(yè)的核心技術(shù)，油管內(nèi)壓力控制應(yīng)由堵塞工具和相關(guān)工藝結(jié)合起來保證作業(yè)安全；帶壓防噴器組中的半封閘板前密封要求在起下管柱頻繁的情況下具有較高的使用壽命；為了實現(xiàn)對管柱上頂力的有效控制，對液壓控制系統(tǒng)的要求越來越高。

(3)結(jié)合自己的理解，簡單對帶壓作業(yè)裝置的發(fā)展趨勢進行了分析預(yù)測。

楊峰（1986-）男，漢，陜西涇陽，工程師，本科，單位：長江大學(xué)地科學(xué)院

張梁（1979-）男，漢，天津，中國石油物資天津公司經(jīng)理助理/中級，研究生

孫靈蘭（1980-）女，漢，湖北，中國石油天然氣股份有限公司天津銷售分公司主管，中級，

劉洪應(yīng)（1984-）男，漢，重慶萬州，技術(shù)員，助工，本科，單位：冀東油田井下作業(yè)公司，研究方向：帶壓作業(yè)技術(shù)

唐廉宇（1992-）男，漢，河北唐山，技術(shù)員，助工，本科，單位：冀東油田井下作業(yè)公司