一種井口安全控制裝置的研究

摘要：油水井帶壓作業(yè)施工時(shí)，井下防噴開關(guān)或油管堵塞器失效井液外溢會(huì)造成地層損害及環(huán)境污染等問題。為解決該技術(shù)難題，防止安全環(huán)保等事故發(fā)生，研制了井口安全控制裝置。井口安全控制裝置可在油水井帶壓作業(yè)遇到井下防噴開關(guān)或油管堵塞器失效時(shí)，手動(dòng)錨定于井口大四通下部第一根油管內(nèi)壁便于操作的部位，使其密封膠筒變形膨脹堵塞油管內(nèi)孔，防止井底高壓流體從井口溢出，為其他后續(xù)壓井措施贏得時(shí)間。井口安全控制裝置還可用于廢棄井及長(zhǎng)停井的封井處理。該井口安全控制裝置安裝維護(hù)簡(jiǎn)便、一次性投資低，還可重復(fù)使用，其各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)完全達(dá)到了現(xiàn)場(chǎng)使用要求，應(yīng)用效果良好。

關(guān)鍵詞：防噴;手動(dòng);錨定;密封;封井

1 概述

目前，我國(guó)各大油田后期采油廣泛采用注水驅(qū)油的方式提高油井產(chǎn)能。注水驅(qū)油開采方式致使地層壓力升高，油水井在維修時(shí)若采用壓井作業(yè)，高密度壓井液會(huì)降低地層孔隙的滲透率，使地層受到嚴(yán)重污染和損害，從而影響油水井后期注水效果，降低油井產(chǎn)能和采收率。為解決這一技術(shù)難題，各大油田進(jìn)行了油水井帶壓作業(yè)工藝技術(shù)研究。該技術(shù)由于具有減少施工用液和外排井液、避免環(huán)境污染、縮短施工周期、降低作業(yè)成本、保護(hù)油氣資源和地層環(huán)境、提高生產(chǎn)效益等特點(diǎn)，受到各大油田廣泛的推廣和應(yīng)用[1-3]。

油水井帶壓作業(yè)工藝技術(shù)的油套環(huán)空防噴通過安裝在井口大四通上的防噴裝置來實(shí)現(xiàn)，油管內(nèi)防噴采用油管堵塞器或井下防噴開關(guān)。在帶壓作業(yè)施工過程中，若油管堵塞器或井下防噴開關(guān)失效，在壓井措施實(shí)施之前溢出的流體會(huì)造成井場(chǎng)污染等安全環(huán)保事故發(fā)生。為解決上述技術(shù)難題，我們研發(fā)了井口安全控制裝置。

當(dāng)帶壓作業(yè)施工過程中油管堵塞器或井下防噴開關(guān)失效造成油管內(nèi)發(fā)生溢流時(shí)，將上述井口安全控制裝置手動(dòng)錨定于井口大四通下部油管內(nèi)壁便于操作的部位，使井口安全控制裝置的密封膠筒變形膨脹堵塞油管內(nèi)孔，達(dá)到防井噴或封井的目的。該井口安全控制裝置于2017年7月開始在各油田應(yīng)用，應(yīng)用效果表明：井口安全控制裝置在油管內(nèi)其他防噴措施失效時(shí)啟用，為其他后續(xù)壓井等防噴措施贏得了時(shí)間，其各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)完全達(dá)到了現(xiàn)場(chǎng)使用要求，且具有安裝維護(hù)簡(jiǎn)便、可重復(fù)使用、一次性投資低等特點(diǎn)。該井口安全控制裝置在油管內(nèi)實(shí)現(xiàn)錨定和密封功能后，將錨定手柄和防噴手柄取下可永久置于油管內(nèi)實(shí)現(xiàn)封井功能，還可用于廢棄井及長(zhǎng)停井的封井處理。

2.井口安全控制裝置技術(shù)分析

2.1 結(jié)構(gòu)

該井口安全控制裝置主要由接頭、長(zhǎng)軸、錨定內(nèi)套、錨定手柄、鎖緊螺母、防噴螺母、防噴手柄、防噴桿、密封膠筒、外卡簧、密封皮碗、錨定卡瓦等組成，結(jié)構(gòu)如圖1[7-9]。

2.2 工作原理

該井口安全控制裝置作業(yè)時(shí)，將其接頭上端與提升短節(jié)相連接，錨定卡瓦座的下端與抽油桿柱絲扣相連接，用大鉤帶動(dòng)將提升短節(jié)及與之相連的井口安全控制裝置和抽油桿柱系統(tǒng)下到井口第一根油管內(nèi)孔便于手動(dòng)操作的部位，進(jìn)行人工錨定和密封操作。

錨定原理：錨定內(nèi)套上端部外螺紋與鎖緊螺母、旋轉(zhuǎn)螺母、錨定手柄、防噴螺母、防噴手柄、防噴桿的內(nèi)螺紋相連。旋轉(zhuǎn)螺母及其上的錨定手柄旋轉(zhuǎn)時(shí)帶動(dòng)防噴桿同步旋轉(zhuǎn)，鎖緊螺母配合旋轉(zhuǎn)螺母實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)功能。旋轉(zhuǎn)過程中，防噴桿下端頭部的圓錐形與錨定卡瓦的內(nèi)錐面配合實(shí)現(xiàn)軸向位移，錨定卡瓦張開，其卡牙在周向上同步外移，緊緊鍥入油管內(nèi)壁，實(shí)現(xiàn)錨定功能。當(dāng)反方向旋轉(zhuǎn)錨定手柄時(shí)，錨定卡瓦的卡牙在開口彈簧圈作用下回縮，解除錨定狀態(tài)。

密封原理：井口安全控制裝置的防噴桿下端面與密封膠筒上端面相接觸。旋轉(zhuǎn)井口安全控制裝置的防噴手柄，推動(dòng)防噴桿下移，防噴桿下移過程中擠壓密封橡膠筒，使其產(chǎn)生彈性形變，從而實(shí)現(xiàn)密封油管內(nèi)部空間的目的。密封皮碗的外徑大于油管內(nèi)徑，與油管內(nèi)壁為過盈配合，皮碗內(nèi)孔與錨定內(nèi)套外圓為過度配合，在管內(nèi)高壓流體作用下具有自封性，能起到輔助密封的效果。井口安全控制裝置中的O型圈可起到起密封間隙的作用。

該井口安全控制裝置用于封井工況時(shí)，在油管內(nèi)壁實(shí)現(xiàn)錨定和密封功能后，將錨定手柄和防噴手柄取下，使井口安全控制裝置永久置于油管內(nèi)，實(shí)現(xiàn)封井的目的。

2.3 井口安全控制裝置特點(diǎn)

人工進(jìn)行坐封和解封，方便、快捷、錨定可靠性高。它具有密封皮碗和密封膠筒兩道密封防線，密封壓力≥10MPa，密封可靠性高。主要承力部件材質(zhì)為經(jīng)過熱處理的合金鋼，具有強(qiáng)度高、耐腐蝕的特性;密封膠筒和密封皮碗選用氟橡膠，并與鋼骨架硫化在一起，具有耐壓高、耐磨性強(qiáng)的特點(diǎn)。與其他帶壓作業(yè)防噴裝置相比，具有總長(zhǎng)小、重量輕、便攜性能好、可重復(fù)使用、一次性投資小等優(yōu)點(diǎn)，其設(shè)計(jì)符合安全環(huán)保要求。

3.結(jié)論

（1）井口安全控制裝置在長(zhǎng)停井封井的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，井口安全控制裝置性能完全滿足封井工況的安全要求，與封井器聯(lián)合使用，可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)停井的雙重安全防護(hù)。

（2）井口安全控制裝置在油水井帶壓作業(yè)井下防噴開關(guān)或油管堵塞器失效時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，該井口安全控制裝置作為帶壓作業(yè)工藝技術(shù)的配套工具，操作簡(jiǎn)便、快捷，可對(duì)事故油水井快速錨定密封，有效地防止了帶壓作業(yè)工藝技術(shù)中油管內(nèi)防噴措施失效時(shí)溢流、井噴等安全環(huán)保事故的發(fā)生，推動(dòng)了油水井帶壓作業(yè)工藝技術(shù)的發(fā)展。

（3）井口安全控制裝置一次性投資小、易于維護(hù)、可重復(fù)使用，符合油田公司低成本發(fā)展戰(zhàn)略。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳新民.高壓油水井帶壓作業(yè)工藝研究[J].石油天然氣學(xué)報(bào)（江漢石油學(xué)院學(xué)報(bào)）.2010，32（2）：349-351.

[2]樊獎(jiǎng)平，張高峰，等.帶壓作業(yè)井口安全控制裝置現(xiàn)狀與發(fā)展[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械，2008，（27）：126-127.

[3]肖軍亮，李保紅，等.使用不壓井作業(yè)井口安全控制裝置降低作業(yè)成本[J].內(nèi)蒙古石油化工，2001，（27）：126-127.

作者簡(jiǎn)介：

顧維遠(yuǎn)，2015年7月畢業(yè)于重慶科技學(xué)院石油工程專業(yè)，學(xué)歷本科，2015年7月至今在重慶市安全生產(chǎn)科學(xué)研究有限公司工作，主要從事油氣田開采和石油天然氣管道運(yùn)輸安全評(píng)價(jià)報(bào)告編制工作。