帶壓作業(yè)技術調研

1、帶壓作業(yè)技術前言帶壓作業(yè)是指利用特殊修井設備，在油、氣、水井井口帶壓的情況下，實施起下管桿、井筒修理及增產(chǎn)措施的井下作業(yè)技術。通過防噴器組控制油套環(huán)空壓力，堵塞器控制油管內部壓力，然后通過對管柱施加外力克服井內上頂力，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)技術人員努力的方向。帶壓作業(yè)技術的出現(xiàn)為實現(xiàn)真正意義上的油氣層保護提供了可能。相對于油井來說，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，不會產(chǎn)生新的層間矛盾，地層壓力系統(tǒng)不會受到破壞，不需要重新建

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

3、，以適應海上作業(yè)；2000年后,鉆、修、帶壓作業(yè)一體機出現(xiàn)。目前帶壓技術和裝備在國外已非常成熟，輔助式和獨立式設備及其配套工具序列齊全，設備實現(xiàn)了全液壓舉升，最高提升力達2669KN，最大下推力達1157KN。已普遍應用于陸地和海洋作業(yè)。最高作業(yè)井壓力可達140MPa。2、國內帶壓作業(yè)技術發(fā)展及現(xiàn)狀國內從二十世紀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。 隨著各油田對油層保護的高度重視及帶壓作業(yè)技術的逐步完善，2000年以后該項技

4、術在國內得到了快速發(fā)展。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國現(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現(xiàn)油套環(huán)空密封。2、加壓動力系統(tǒng)加壓動力系統(tǒng)主要由由雙向雙作用液壓缸、上游動卡瓦和下固定卡瓦等組成。用于當油管

5、自身重量小于井內液體作用于油管的上頂力時，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，通過游動卡瓦咬住井內管柱，操控液壓系統(tǒng)，在管柱重量小于井內液壓的上頂力(浮力)，實現(xiàn)井內管柱的安全起下。當管柱重量大于井內液壓的上頂力時，停止使用升降液缸，而用修井機大鉤起下油管。圖8 液壓缸（2）固定卡瓦和游動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。當井內壓力對油管上浮力小于井內油管重量時，不用固定卡瓦而改用大鉤及吊卡，防止油管掉下去。游動卡瓦是在井內壓力對油管的上浮力大于井內管柱的重量時，用游動卡瓦卡住油管，隨著升降油缸

6、上升或下降從而提出或壓入油管。當井內壓力對油管的上浮力小于井內管柱的重量時，油缸及游動卡瓦停用，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，從而保證了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。包括游動橫梁、上橫梁、中橫梁、下橫梁。游動橫梁下面安裝的是游動卡瓦，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)過程中帶到游動卡瓦一起運動，主要是承受游動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。它們的兩邊是合頁形式的卡子

7、，可以轉過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、工作平臺等組成。（1）液壓操作控制系統(tǒng)由液控操作臺、蓄能器系統(tǒng)及高壓聯(lián)結軟管等組成。液控操作臺實現(xiàn)對井口封井器的開關動作及升降油缸的上下運動，同時可分別調整各封井器系統(tǒng)液壓，使各封井器在最佳工作壓力工作，延長各部位工作壽命。蓄能器系統(tǒng)能儲存一定的壓能，在作業(yè)機或液壓泵出現(xiàn)故障時，靠儲存能量實現(xiàn)液壓快速關井，提高帶壓作業(yè)的安全系數(shù)。聯(lián)結軟管為高壓軟管，和蓄能器、液控操作臺聯(lián)結，傳遞液壓能量

8、，實現(xiàn)遠程控制液壓缸和井控裝備。圖10 液控操作臺（2）油管堵塞器最近幾年，結合生產(chǎn)實際情況，國內有針對性研發(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)技術中油管內部堵塞的核心問題。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計位置，停泵后油管堵塞器在地層壓力的推動下向上運行，至油管接箍處時卡瓦牙卡在油管之間的縫隙處，不能運行。但堵塞器的本體繼續(xù)運行，安全剪釘斷，密封膠筒受壓擴張，實現(xiàn)油管內堵塞。圖11 FXY211-50油管堵塞器井下自動坐封堵塞器主要有：坐封機構、

9、密封總成、卡瓦總成、鎖緊總成等組成。工作原理：當自動坐封堵塞器下到預定位置后，上提，遇到接箍位置時，遇阻，上震擊，中心桿上移，活塞腔進液孔露出，在靜壓的作用下，活塞套上行，推動卡瓦坐卡，膠筒被壓縮，處于預緊狀態(tài)，堵塞器處于工作狀態(tài)。解封時，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 采研院井下自動座封油管堵塞器（3）雙向閥主要用于完井時安裝在管柱最下部，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，使油管內部保持常壓，油管下入完成后，向油管內打壓，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）工作平臺包括主工作平臺和輔助平臺。主平臺上安裝有司鉆控制臺、斜梯、逃生滑道、油管坡道，主平臺主要是提供作業(yè)的空間。輔助平臺上有環(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 工作平臺三、帶壓作業(yè)工藝1、帶壓作業(yè)原理用內堵塞器密封管柱內的壓力后，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壓力的上頂力時，用游動防頂加壓卡瓦和固定防頂卡瓦控制管柱的起下；起管柱時，通過液壓缸、游動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管柱起出；下管柱時，通過液壓缸、游動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，將管柱下入井內至管柱的自重大于井內壓力為止。在管柱的自重高于井內壓力的上頂力時，用修井機的提升系統(tǒng)、游動重力卡瓦和固定重力卡瓦進行起下作業(yè)。3、滑動密封原理（1）環(huán)形防噴器滑動密封原理圖20 環(huán)形防噴器滑動密封在作業(yè)過程中，環(huán)形防噴器

12、對作業(yè)管柱外徑提供主密封，且能適應管柱外徑的變化、強行通過接箍及工具段。當井壓在9MPa以下時可全程用環(huán)形防噴器抱住油管使接箍強行通過環(huán)形膠芯，可大大節(jié)省作業(yè)時間。（2）閘板防噴器滑動密封工作原理圖21 閘板防噴器滑動密封 當接箍到達兩單閘板防噴器之間時，應是上防噴器處于關閉下防噴器處于打開狀態(tài)，此時應把下防噴器關閉，做好準備打開上防噴器，使接箍上移。但此時兩防噴器均處于關閉狀態(tài)，中間四通短節(jié)處于高壓狀態(tài)，如此時打開上部防噴器，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，將高壓卸掉再關上泄壓閥，再打開上部防噴

13、器，就不會出現(xiàn)上述情況。 當接箍提出上部后，上部防噴器應立即關閉、下部防噴器應及時打開，但此時中間短節(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（下采油四通側出口與井控四通側出口之間用高壓軟管與平衡閥相聯(lián)接），將采油四通側出口的高壓水通過軟管和平衡閥引入至井控四通內，使下防噴器閘板上下壓力平衡后，再關閉平衡閥，此時再打開下閘板防噴器就不會出現(xiàn)上述情況。4、某型號帶壓作業(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參數(shù)項 目 技 術 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)承壓件部件強度試驗壓力52.5Mpa整機重量（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主機外形尺寸（不含拔桿絞車系統(tǒng)）mm3100×2500×64000工作平臺外形尺寸mm3000X2400下平臺外形尺寸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T20（29-121）普通非金屬密封件溫度等級BB（18-93）工作介質水、原油、鉆井液表2 BYJ60/21DQ不壓井作業(yè)裝置動力橇主要技術參數(shù)柴油機型號/功率