帶壓作業(yè)技術(shù)調(diào)研

1、帶壓作業(yè)技術(shù)前言帶壓作業(yè)是指利用特殊修井設(shè)備，在油、氣、水井井口帶壓的情況下，實(shí)施起下管桿、井筒修理及增產(chǎn)措施的井下作業(yè)技術(shù)。通過防噴器組控制油套環(huán)空壓力，堵塞器控制油管內(nèi)部壓力，然后通過對(duì)管柱施加外力克服井內(nèi)上頂力，從而完成帶壓起下管柱。幾乎所有的油、氣、水層從勘探，開發(fā)到后期的維護(hù)過程中都受到不同程度的傷害。如何避免或減小油氣層傷害，提高油水井壽命和產(chǎn)能一直是開發(fā)技術(shù)人員努力的方向。帶壓作業(yè)技術(shù)的出現(xiàn)為實(shí)現(xiàn)真正意義上的油氣層保護(hù)提供了可能。相對(duì)于油井來說，帶壓作業(yè)較傳統(tǒng)井下作業(yè)，沒有外來流體入侵，油氣層就沒有外來固相，液相的傷害，不會(huì)產(chǎn)生新的層間矛盾，地層壓力系統(tǒng)不會(huì)受到破壞，不需要重新建

2、立平衡，有利于油井修復(fù)后穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)。相對(duì)于傳統(tǒng)水井作業(yè)，在不放噴，不放溢流的情況下帶壓作業(yè)，對(duì)單井而言不需要卸壓，同時(shí)解決了污水排放問題，降低注水成本；對(duì)整個(gè)注采網(wǎng)來說，對(duì)周邊受益井，注水站注入工作不影響，保持整個(gè)注采網(wǎng)絡(luò)地層壓力系統(tǒng)不受破壞，不需要再建壓力平衡，有利于提高注水實(shí)效。一、帶壓作業(yè)技術(shù)發(fā)展及現(xiàn)狀1、國(guó)外帶壓作業(yè)技術(shù)發(fā)展及現(xiàn)狀1929年美國(guó)奧蒂斯（Otis）公司發(fā)明了鋼絲繩式起下裝置，主要用于輔助鉆機(jī)帶壓起下管柱作業(yè)，安全性較差；1960年第一臺(tái)液壓式帶壓作業(yè)設(shè)備誕生，提高了安全性；1980年，第一臺(tái)車載液壓式帶壓作業(yè)設(shè)備在北美出廠，增強(qiáng)了機(jī)動(dòng)性；90年代后，出現(xiàn)了模塊化的撬裝設(shè)備

3、，以適應(yīng)海上作業(yè)；2000年后,鉆、修、帶壓作業(yè)一體機(jī)出現(xiàn)。目前帶壓技術(shù)和裝備在國(guó)外已非常成熟，輔助式和獨(dú)立式設(shè)備及其配套工具序列齊全，設(shè)備實(shí)現(xiàn)了全液壓舉升，最高提升力達(dá)2669KN，最大下推力達(dá)1157KN。已普遍應(yīng)用于陸地和海洋作業(yè)。最高作業(yè)井壓力可達(dá)140MPa。2、國(guó)內(nèi)帶壓作業(yè)技術(shù)發(fā)展及現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)從二十世紀(jì)60年代曾研制過鋼絲繩式帶壓作業(yè)裝置。70-80年代四川石油管理局研制了用于鉆井搶險(xiǎn)的BY30-2型帶壓起下鉆裝置和用于修井的BYXT15型帶壓起下鉆裝置。80年代，吉林油田研制開發(fā)出橇裝式液壓帶壓作業(yè)裝置。 隨著各油田對(duì)油層保護(hù)的高度重視及帶壓作業(yè)技術(shù)的逐步完善，2000年以后該項(xiàng)技

4、術(shù)在國(guó)內(nèi)得到了快速發(fā)展。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)現(xiàn)有帶壓作業(yè)裝置90多套，各大油田都有自己的帶壓作業(yè)裝置。目前，帶壓作業(yè)已實(shí)現(xiàn)油水井的起下管桿、通井、打撈、打印、沖砂、刮垢、射孔、換井口、擠灰、堵水、酸化、壓裂、套磨銑、水平井（射孔、壓裂）等工藝。二、帶壓作業(yè)裝置帶壓作業(yè)裝置根據(jù)作業(yè)井別不同而有所不同，但其核心部分包括三大系統(tǒng)，分別是井口密封系統(tǒng)、加壓動(dòng)力系統(tǒng)、附屬配套系統(tǒng)1、井口密封系統(tǒng)井控密封系統(tǒng)主要由三閘板防噴器、單閘板防噴器、環(huán)形防噴器和升高短接等部分組成。其作用是在起下管柱過程中實(shí)現(xiàn)油套環(huán)空密封。2、加壓動(dòng)力系統(tǒng)加壓動(dòng)力系統(tǒng)主要由由雙向雙作用液壓缸、上游動(dòng)卡瓦和下固定卡瓦等組成。用于當(dāng)油管

5、自身重量小于井內(nèi)液體作用于油管的上頂力時(shí)，提放管柱，以保證安全起下。（1）雙向雙作用液壓缸雙向雙作用液壓缸即升降油缸，行程為3.5m左右，在固定卡瓦打開時(shí)，通過游動(dòng)卡瓦咬住井內(nèi)管柱，操控液壓系統(tǒng)，在管柱重量小于井內(nèi)液壓的上頂力(浮力)，實(shí)現(xiàn)井內(nèi)管柱的安全起下。當(dāng)管柱重量大于井內(nèi)液壓的上頂力時(shí)，停止使用升降液缸，而用修井機(jī)大鉤起下油管。圖8 液壓缸（2）固定卡瓦和游動(dòng)卡瓦固定卡瓦在作業(yè)過程中主要用于卡住油管，阻止油管上竄。當(dāng)井內(nèi)壓力對(duì)油管上浮力小于井內(nèi)油管重量時(shí)，不用固定卡瓦而改用大鉤及吊卡，防止油管掉下去。游動(dòng)卡瓦是在井內(nèi)壓力對(duì)油管的上浮力大于井內(nèi)管柱的重量時(shí)，用游動(dòng)卡瓦卡住油管，隨著升降油缸

6、上升或下降從而提出或壓入油管。當(dāng)井內(nèi)壓力對(duì)油管的上浮力小于井內(nèi)管柱的重量時(shí)，油缸及游動(dòng)卡瓦停用，改用大鉤及吊卡。圖9 卡瓦（3）橫梁橫梁的作用是承受作業(yè)過程中的作用力，并且將整套系統(tǒng)連接并固定成一體，從而保證了整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。包括游動(dòng)橫梁、上橫梁、中橫梁、下橫梁。游動(dòng)橫梁下面安裝的是游動(dòng)卡瓦，上面可以安裝重力卡瓦或是吊卡。它的兩端分別與升降液缸的活塞桿相連，在作業(yè)過程中帶到游動(dòng)卡瓦一起運(yùn)動(dòng)，主要是承受游動(dòng)卡瓦和升降液缸的作用力。上橫梁和中橫梁的主要作用是將升降液缸和中間的防噴器組連接在一體，保證裝置的穩(wěn)定性。上橫梁卡在溢流筒和升降液缸上。中橫梁卡在短節(jié)和升降液缸上。它們的兩邊是合頁(yè)形式的卡子

7、，可以轉(zhuǎn)過1000的角度，卡在升降液缸上。下橫梁兩邊與升降液缸的下部相連，中間卡在下橫梁座上，下橫梁座下部連接三閘板防噴器，上面連接特種單閘板防噴器。3、附屬系統(tǒng)及其配套工具主要由液壓控制系統(tǒng)、堵塞器、卸油箱、工作平臺(tái)等組成。（1）液壓操作控制系統(tǒng)由液控操作臺(tái)、蓄能器系統(tǒng)及高壓聯(lián)結(jié)軟管等組成。液控操作臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)井口封井器的開關(guān)動(dòng)作及升降油缸的上下運(yùn)動(dòng)，同時(shí)可分別調(diào)整各封井器系統(tǒng)液壓，使各封井器在最佳工作壓力工作，延長(zhǎng)各部位工作壽命。蓄能器系統(tǒng)能儲(chǔ)存一定的壓能，在作業(yè)機(jī)或液壓泵出現(xiàn)故障時(shí)，靠?jī)?chǔ)存能量實(shí)現(xiàn)液壓快速關(guān)井，提高帶壓作業(yè)的安全系數(shù)。聯(lián)結(jié)軟管為高壓軟管，和蓄能器、液控操作臺(tái)聯(lián)結(jié)，傳遞液壓能量

8、，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制液壓缸和井控裝備。圖10 液控操作臺(tái)（2）油管堵塞器最近幾年，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際情況，國(guó)內(nèi)有針對(duì)性研發(fā)了系列油管堵塞器和配件堵塞器，以及其它堵井工藝，有效地解決了帶壓作業(yè)技術(shù)中油管內(nèi)部堵塞的核心問題。二連油田主要使用以下2種油管堵塞器。阜新油管堵塞器主要由鋼體、卡瓦、密封膠筒、密封膠皮組成，工作原理：油管堵塞器靠水泥車打壓，將油管堵塞器推送至設(shè)計(jì)位置，停泵后油管堵塞器在地層壓力的推動(dòng)下向上運(yùn)行，至油管接箍處時(shí)卡瓦牙卡在油管之間的縫隙處，不能運(yùn)行。但堵塞器的本體繼續(xù)運(yùn)行，安全剪釘斷，密封膠筒受壓擴(kuò)張，實(shí)現(xiàn)油管內(nèi)堵塞。圖11 FXY211-50油管堵塞器井下自動(dòng)坐封堵塞器主要有：坐封機(jī)構(gòu)、

9、密封總成、卡瓦總成、鎖緊總成等組成。工作原理：當(dāng)自動(dòng)坐封堵塞器下到預(yù)定位置后，上提，遇到接箍位置時(shí)，遇阻，上震擊，中心桿上移，活塞腔進(jìn)液孔露出，在靜壓的作用下，活塞套上行，推動(dòng)卡瓦坐卡，膠筒被壓縮，處于預(yù)緊狀態(tài)，堵塞器處于工作狀態(tài)。解封時(shí)，在地面上震擊，剪斷解封剪釘，膠筒被釋放、退回，然后撈住卡瓦座，撈出堵塞器。圖12 采研院井下自動(dòng)座封油管堵塞器（3）雙向閥主要用于完井時(shí)安裝在管柱最下部，在油管下入過程中，在單向翻板的作用下，凡爾球座于上球座中，起反向止回作用，使油管內(nèi)部保持常壓，油管下入完成后，向油管內(nèi)打壓，在液力作用和球的自重作用下，凡爾球沖過單向翻板座入下球座中，起擋球作用，可以實(shí)現(xiàn)分

10、注作業(yè)。圖13 雙向閥（4）泄油箱一般在上環(huán)形防噴器上方加裝一個(gè)升高短節(jié)式的泄油短節(jié)，一方面便于上部防頂卡瓦的安裝，另一方面從環(huán)形防噴器微漏出的水和接箍瞬間流出的水能通過導(dǎo)流管流到指定地方，不要上噴和流到井口處，污染地面環(huán)境。（5）工作平臺(tái)包括主工作平臺(tái)和輔助平臺(tái)。主平臺(tái)上安裝有司鉆控制臺(tái)、斜梯、逃生滑道、油管坡道，主平臺(tái)主要是提供作業(yè)的空間。輔助平臺(tái)上有環(huán)形防噴器及部分控制閥，為環(huán)形防噴器及固定卡瓦的檢修提供空間。圖14 工作平臺(tái)三、帶壓作業(yè)工藝1、帶壓作業(yè)原理用內(nèi)堵塞器密封管柱內(nèi)的壓力后，將整套裝置安裝在井口上，用環(huán)形防噴器或閘板防噴器密封油套環(huán)空的壓力，使用液壓卡瓦卡緊管柱，使用大鉤或升

11、降液壓缸進(jìn)行起下管柱和井下工具。 2、起下管柱過程起下管柱作業(yè)過程中，在管柱的自重低于井內(nèi)壓力的上頂力時(shí)，用游動(dòng)防頂加壓卡瓦和固定防頂卡瓦控制管柱的起下；起管柱時(shí)，通過液壓缸、游動(dòng)防頂加壓卡瓦及固定防頂卡瓦三者的配合，給管柱施加一定的控制力，靠液壓缸的舉升力將井內(nèi)管柱起出；下管柱時(shí)，通過液壓缸、游動(dòng)防頂加壓卡瓦及固定防頂卡瓦三者的的配合，并給管柱施加一定的下推力，將管柱下入井內(nèi)至管柱的自重大于井內(nèi)壓力為止。在管柱的自重高于井內(nèi)壓力的上頂力時(shí)，用修井機(jī)的提升系統(tǒng)、游動(dòng)重力卡瓦和固定重力卡瓦進(jìn)行起下作業(yè)。3、滑動(dòng)密封原理（1）環(huán)形防噴器滑動(dòng)密封原理圖20 環(huán)形防噴器滑動(dòng)密封在作業(yè)過程中，環(huán)形防噴器

12、對(duì)作業(yè)管柱外徑提供主密封，且能適應(yīng)管柱外徑的變化、強(qiáng)行通過接箍及工具段。當(dāng)井壓在9MPa以下時(shí)可全程用環(huán)形防噴器抱住油管使接箍強(qiáng)行通過環(huán)形膠芯，可大大節(jié)省作業(yè)時(shí)間。（2）閘板防噴器滑動(dòng)密封工作原理圖21 閘板防噴器滑動(dòng)密封 當(dāng)接箍到達(dá)兩單閘板防噴器之間時(shí)，應(yīng)是上防噴器處于關(guān)閉下防噴器處于打開狀態(tài)，此時(shí)應(yīng)把下防噴器關(guān)閉，做好準(zhǔn)備打開上防噴器，使接箍上移。但此時(shí)兩防噴器均處于關(guān)閉狀態(tài)，中間四通短節(jié)處于高壓狀態(tài)，如此時(shí)打開上部防噴器，一方面單面受高壓打開困難，另一方面易把前密封膠件刺壞，而且高壓水易往上噴出使作業(yè)環(huán)境受損壞。因些，在打開上部防噴器前先打開泄壓閥，將高壓卸掉再關(guān)上泄壓閥，再打開上部防噴

13、器，就不會(huì)出現(xiàn)上述情況。 當(dāng)接箍提出上部后，上部防噴器應(yīng)立即關(guān)閉、下部防噴器應(yīng)及時(shí)打開，但此時(shí)中間短節(jié)處無壓力。如要打開下部防噴器，其防噴器閘板上、下面壓差太大，一方面開啟困難，防噴器油缸行走緩慢，而且頂密封受壓大，特容易磨損，因而先把平衡閥打開（下采油四通側(cè)出口與井控四通側(cè)出口之間用高壓軟管與平衡閥相聯(lián)接），將采油四通側(cè)出口的高壓水通過軟管和平衡閥引入至井控四通內(nèi)，使下防噴器閘板上下壓力平衡后，再關(guān)閉平衡閥，此時(shí)再打開下閘板防噴器就不會(huì)出現(xiàn)上述情況。4、某型號(hào)帶壓作業(yè)裝置參數(shù)表1 BYJ60/21DQ不壓井作業(yè)裝備井口部分主要技術(shù)參數(shù)項(xiàng) 目 技 術(shù) 參 數(shù)升降液缸行程：3.6m升降液缸上頂力

14、（最大）600KN升降液缸下拉力（最大）420KN升降液缸最大空載上升速度26.4m/min升降液缸最大空載下降速度41.4m/min系統(tǒng)最高工作壓力21Mpa系統(tǒng)承受最大靜壓力35Mpa系統(tǒng)承壓件部件強(qiáng)度試驗(yàn)壓力52.5Mpa整機(jī)重量（不含拔桿絞車系統(tǒng)）11000Kg系統(tǒng)通徑186mm閘板防噴器所配閘板規(guī)格全封、2 3/8、2 7/8、3 1/2卡瓦所配卡瓦牙規(guī)格2 3/8、2 7/8、3 1/2主機(jī)外形尺寸（不含拔桿絞車系統(tǒng)）mm3100×2500×64000工作平臺(tái)外形尺寸mm3000X2400下平臺(tái)外形尺寸mm2850X2100拔桿絞車系統(tǒng)重量3000Kg拔桿絞車系統(tǒng)外形尺寸11500X1100X500拔桿絞車系統(tǒng)額定起重量（雙絞車）750KgX2承壓部件金屬件的溫度等級(jí)T20（29-121）普通非金屬密封件溫度等級(jí)BB（18-93）工作介質(zhì)水、原油、鉆井液表2 BYJ60/21DQ不壓井作業(yè)裝置動(dòng)力橇主要技術(shù)參數(shù)柴油機(jī)型號(hào)/功率