带压作业技术

带压作业技术前言带压作业是指利用特殊修井设备，在油、气、水井井口带压的情况下，实施起下管杆、井筒修理及增产措施的井下作业技术。通过防喷器组控制油套环空压力，堵塞器控制油管内部压力，然后通过对管柱施加外力克服井内上顶力，从而完成带压起下管柱。几乎所有的油、气、水层从勘探，开发到后期的维护过程中都受到不同程度的伤害。如何避免或减小油气层伤害，提高油水井寿命和产能一直是开发技术人员努力的方向。带压作业技术的出现为实现真正意义上的油气层保护提供了可能。相对于油井来说，带压作业较传统井下作业，没有外来流体入侵，油气层就没有外来固相，液相的伤害，不会产生新的层间矛盾，地层压力系统不会受到破坏，不需要重新建立平衡，有利于油井修复后稳产、高产。相对于传统水井作业，在不放喷，不放溢流的情况下带压作业，对单井而言不需要卸压，同时解决了污水排放问题，降低注水成本；对整个注采网来说，对周边受益井，注水站注入工作不影响，保持整个注采网络地层压力系统不受破坏，不需要再建压力平衡，有利于提高注水实效。一、带压作业技术发展及现状1、国外带压作业技术发展及现状1929年美国奥蒂斯（Otis）公司发明了钢丝绳式起下装置，主要用于辅助钻机带压起下管柱作业，安全性较差；1960年第一台液压式带压作业设备诞生，提高了安全性；1980年，第一台车载液压式带压作业设备在北美出厂，增强了机动性；90年代后，出现了模块化的撬装设备，以适应海上作业；2000年后,钻、修、带压作业一体机出现。目前带压技术和装备在国外已非常成熟，辅助式和独立式设备及其配套工具序列齐全，设备实现了全液压举升，最高提升力达2669KN，最大下推力达1157KN。已普遍应用于陆地和海洋作业。最高作业井压力可达140MPa。2、国内带压作业技术发展及现状国内从二十世纪60年代曾研制过钢丝绳式带压作业装置。70-80年代四川石油管理局研制了用于钻井抢险的BY30-2型带压起下钻装置和用于修井的BYXT15型带压起下钻装置。80年代，吉林油田研制开发出橇装式液压带压作业装置。随着各油田对油层保护的高度重视及带压作业技术的逐步完善，2000年以后该项技术在国内得到了快速发展。据不完全统计，我国现有带压作业装置90多套，各大油田都有自己的带压作业装置。目前，带压作业已实现油水井的起下管杆、通井、打捞、打印、冲砂、刮垢、射孔、换井口、挤灰、堵水、酸化、压裂、套磨铣、水平井（射孔、压裂）等工艺。二、带压作业装置带压作业装置根据作业井别不同而有所不同，但其核心部分包括三大系统，分别是井口密封系统、加压动力系统、附属配套系统。I1、井口密封系统井控密封系统主要由三闸板防喷器、单闸板防喷器、环形防喷器和升高短接等部分组成。其作用是在起下管柱过程中实现油套环空密封。（1）三闸板防喷器三闸板防喷器（全封、半封、安全卡瓦），目前主要应用型号为3FZ18-21和3FZ18-35两种。三闸板防喷器的下腔装全封闸板，可以在井内没有管柱的情况下密封井内压力。三闸板防喷器的中间装半封闸板，根据井内的油管直径，配上相应的半封闸板，可以在井内有油管的情况下密封环形空间。三闸板防喷器的上腔装卡瓦闸板，卡瓦闸板不起密封作用，其闸板上装的是卡瓦，配上相应规格的卡瓦牙，可以在上部设备进行检修或更换配件时卡紧油管，防止油管窜出或掉入井内。（2）单闸板防喷器单闸板防喷器主要应用型号为FZ18-21和FZ18-35两种，参与倒出接箍及井下工具，其闸板及密封胶件都用特种耐压、耐磨材料制成，减小作业油管牙痕对前密封的损坏，保证闸板前密封具有一个合理的寿命。图3单闸板防喷器图2三闸板防喷器（3）环形防喷器环形防喷器主要应用型号为FH18-21和FH18-35两种规格。用于起下油管过程中密封油管及套管环空，确保井内流体不喷出。环形防喷器动密封均采用唇形结构的密封圈，最大限度地降低了密封圈的磨损，密封可靠胶芯不易翻胶、有漏斗效应。另外，井压亦有助封作用等特点。图4环形防喷器（4）各种防喷器的组合形式①基本配置包括一台三闸板防喷器、两台单闸板防喷器和一台环形防喷器。可适用于井筒压力35MPa以下的井的带压作业。图5基本配置防喷器组合②高压力配置如果压力较高，或是井内情况工具比较复杂，也可以增加一台单闸板防喷器，变为一台三闸板防喷器、三台单闸板防喷器和一台环形防喷器。这种结构方式适用于要进行二次投堵的情况：一是投堵塞器不到位，需要二次投堵，二是对于起配水器以下的管柱。图6高压力防喷器组合③低压力配置如果井筒压力较低，可以减少一台单闸板防喷器，变为一台三闸板防喷器、一台单闸板防喷器和一台环形防喷器的组合。这种结构适用于井筒压力14MPa的井的带压作业。也可以将三闸板防喷器改为双闸板防喷器，变为一台双闸板防喷器、一台单闸板防喷器和一台环形防喷器的组合。这样可以降低设备的高度，适用于与井架较低的修井机配合进行带压作业。图7低压力防喷器组合2、加压动力系统加压动力系统主要由由双向双作用液压缸、上游动卡瓦和下固定卡瓦等组成。用于当油管自身重量小于井内液体作用于油管的上顶力时，提放管柱，以保证安全起下。（1）双向双作用液压缸双向双作用液压缸即升降油缸，行程为3.5m左右，在固定卡瓦打开时，通过游动卡瓦咬住井内管柱，操控液压系统，在管柱重量小于井内液压的上顶力(浮力)，实现井内管柱的安全起下。当管柱重量大于井内液压的上顶力时，停止使用升降液缸，而用修井机大钩起下油管。图8液压缸（2）固定卡瓦和游动卡瓦固定卡瓦在作业过程中主要用于卡住油管，阻止油管上窜。当井内压力对油管上浮力小于井内油管重量时，不用固定卡瓦而改用大钩及吊卡，防止油管掉下去。游动卡瓦是在井内压力对油管的上浮力大于井内管柱的重量时，用游动卡瓦卡住油管，随着升降油缸上升或下降从而提出或压入油管。当井内压力对油管的上浮力小于井内管柱的重量时，油缸及游动卡瓦停用，改用大钩及吊卡。图9卡瓦（3）横梁横梁的作用是承受作业过程中的作用力，并且将整套系统连接并固定成一体，从而保证了整个系统的稳定性。包括游动横梁、上横梁、中横梁、下横梁。游动横梁下面安装的是游动卡瓦，上面可以安装重力卡瓦或是吊卡。它的两端分别与升降液缸的活塞杆相连，在作业过程中带到游动卡瓦一起运动，主要是承受游动卡瓦和升降液缸的作用力。上横梁和中横梁的主要作用是将升降液缸和中间的防喷器组连接在一体，保证装置的稳定性。上横梁卡在溢流筒和升降液缸上。中横梁卡在短节和升降液缸上。它们的两边是合页形式的卡子，可以转过1000的角度，卡在升降液缸上。下横梁两边与升降液缸的下部相连，中间卡在下横梁座上，下横梁座下部连接三闸板防喷器，上面连接特种单闸板防喷器。3、附属系统及其配套工具主要由液压控制系统、堵塞器、卸油箱、工作平台等组成。（1）液压操作控制系统由液控操作台、蓄能器系统及高压联结软管等组成。液控操作台实现对井口封井器的开关动作及升降油缸的上下运动，同时可分别调整各封井器系统液压，使各封井器在最佳工作压力工作，延长各部位工作寿命。蓄能器系统能储存一定的压能，在作业机或液压泵出现故障时，靠储存能量实现液压快速关井，提高带压作业的安全系数。联结软管为高压软管，和蓄能器、液控操作台联结，传递液压能量，实现远程控制液压缸和井控装备。图10液控操作台（2）油管堵塞器最近几年，结合生产实际情况，国内有针对性研发了系列油管堵塞器和配件堵塞器，以及其它堵井工艺，有效地解决了带压作业技术中油管内部堵塞的核心问题。二连油田主要使用以下2种油管堵塞器。阜新油管堵塞器主要由钢体、卡瓦、密封胶筒、密封胶皮组成，工作原理：油管堵塞器靠水泥车打压，将油管堵塞器推送至设计位置，停泵后油管堵塞器在地层压力的推动下向上运行，至油管接箍处时卡瓦牙卡在油管之间的缝隙处，不能运行。但堵塞器的本体继续运行，安全剪钉断，密封胶筒受压扩张，实现油管内堵塞。图11FXY211-50油管堵塞器井下自动坐封堵塞器主要有：坐封机构、密封总成、卡瓦总成、锁紧总成等组成。工作原理：当自动坐封堵塞器下到预定位置后，上提，遇到接箍位置时，遇阻，上震击，中心杆上移，活塞腔进液孔露出，在静压的作用下，活塞套上行，推动卡瓦坐卡，胶筒被压缩，处于预紧状态，堵塞器处于工作状态。解封时，在地面上震击，剪断解封剪钉，胶筒被释放、退回，然后捞住卡瓦座，捞出堵塞器。图12采研院井下自动座封油管堵塞器（3）双向阀主要用于完井时安装在管柱最下部，在油管下入过程中，在单向翻板的作用下，凡尔球座于上球座中，起反向止回作用，使油管内部保持常压，油管下入完成后，向油管内打压，在液力作用和球的自重作用下，凡尔球冲过单向翻板座入下球座中，起挡球作用，可以实现分注作业。图13双向阀（4）泄油箱一般在上环形防喷器上方加装一个升高短节式的泄油短节，一方面便于上部防顶卡瓦的安装，另一方面从环形防喷器微漏出的水和接箍瞬间流出的水能通过导流管流到指定地方，不要上喷和流到井口处，污染地面环境。（5）工作平台包括主工作平台和辅助平台。主平台上安装有司钻控制台、斜梯、逃生滑道、油管坡道，主平台主要是提供作业的空间。辅助平台上有环形防喷器及部分控制阀，为环形防喷器及固定卡瓦的检修提供空间。图14工作平台4、二连分公司带压作业装置（1）辅助式华北石油荣盛机械制造有限公司生产的DYZY18—14/21型带压作业装置，二连分公司于2004年引进。产品代码说明DYZY18-14/21图15辅助式带压装置作业大队目前应用的DYZY18-14/21带压作业装置的液压系统由液压源、液控操作台、液控管线和蓄能器四部分组成。液压源部分由天动4130柴油机、分产品代号最高工作压力（MPa）最高静密封压力（MPa）通径代号动箱、齿轮泵、液压油箱组成。一台齿轮泵的排量为160ml/r，专供升降液缸使用，另一台排量为80ml/r，供其余液控部分使用。液控操作台型号为：FYK20—10，最高工作压力为21MPa，10个头，分别控制升降油缸、全封闸板、半封闸板、卡瓦闸板、FH18—21环形、固定卡瓦、两台TFZ18—21单闸板、游动卡瓦。液控管线应用的是外编钢丝的高压胶管。蓄能器系统配备了4个16升的蓄能器，它的作用是在泵停止工作或系统泄露致使压力降低时提供压力。图16液压源图17控制台和蓄能器图18液控管线（2）独立式华北石油荣盛机械制造有限公司生产的BYJ60/21DQ型带压作业装置，二连分公司于2010年引进1套，租赁1套。产品代码说明本装置型号为：BYJ60/21DQ，各代号的具体意义如下：BYJ―――――不压井作业装备60―――最大提升载荷为600KN21--------最高工作压力为21MpaD--------结构形式为独立式Q--------结构形式为橇装式图19独立式带压装置表1BYJ60/21DQ不压井作业装备井口部分主要技术参数项目技术参数升降液缸行程：3.6m升降液缸上顶力（最大）600KN升降液缸下拉力（最大）420KN升降液缸最大空载上升速度26.4m/min升降液缸最大空载下降速度41.4m/min系统最高工作压力21Mpa系统承受最大静压力35Mpa系统承压件部件强度试验压力52.5Mpa整机重量（不含拔杆绞车系统）11000Kg系统通径φ186mm闸板防喷器所配闸板规格全封、23/8＂、27/8＂、31/2＂卡瓦所配卡瓦牙规格23/8＂、27/8＂、31/2＂主机外形尺寸（不含拔杆绞车系统）mm3100×2500×64000工作平台外形尺寸mm3000X2400下平台外形尺寸mm2850X2100拔杆绞车系统重量3000Kg拔杆绞车系统外形尺寸11500X1100X500拔杆绞车系统额定起重量（双绞车）750KgX2承压部件金属件的温度等级T20（－29-121℃）普通非金属密封件温度等级BB（－18-93℃）工作介质水、原油、钻井液表2BYJ60/21DQ不压井作业装置动力橇主要技术参数柴油机型号/功率6LTAA8.9-C325/239KW液控系统最大工作压力21MPa蓄能器容积4X40L油箱容积1500L动力橇外形尺寸mm6060X2440X2440动力橇重量9100K