不压井作业设备引进技术研究

　2004年第33卷　　　　　　　　　　　　　　石油矿场机械　第6期第104页　　　　　　　　　　　OI L 　FIE LD 　EQUIPMENT 　　　　　　　　　　　2004, 33(6) :104～107　文章编号:100123482(2004) 0620104204

不压井作业设备引进技术研究

赵建国, 李友军, 陈兰明, 何　军, 汤星啼, 武月旺

(吐哈石油勘探开发指挥部井下技术作业公司, 新疆鄯善838200)

有油气的情况下不用压井就可以进行钻井或起下管柱作业的一摘要:不压井作业设备是一种能在井筒内有压力、

种先进的新型井下作业装备。不压井作业设备解决了修井作业过程中由于压井工序带来的油层污染及产量下降问题; 解决了注水井作业过程中, 放喷影响注水实效, 造成油藏泄压问题; 特别是针对高压注水油藏, 解决了注水井溢流太大无法作业的问题。它能有效缩短作业周期, 从而提高生产效率, 并能准确地反映地层的真实情况。

关键词:不压井; 设备; 引进; 技术研究

中图分类号:TE935. 02　　　文献标识码:A

T echnical survey on imported snubbing unit

ZHAO Jian 2guo ,L I Y ou 2jun ,CHEN Lan 2ming ,HE J un , TAN G Xing 2ti ,WU Yue 2wang

(Dow nhole Technique Com pany , Tuha Oilf , S hanshan , Abstract :Snubbing unit is a new equipment working and oil and gas in well bore ,drilling operation or 2the problems of formation pol 2lution and production of discharge ,pressure drop in reservoir and especially the impossibility of in It reduces the operation time effectively and shows real condition in down hole.

K ey w ords :snubbing unit ;equipment ;import ;technical survey

　　在中国, 现有的油气层保护技术中, 还没有一种技术完全实现真正意义上的油气层保护。不压井作业设备及技术的引进, 为实现真正意义上的油气层保护提供了可能。现在吐哈油田已进入中后期开采阶段, 油井压力逐年降低, 中高压井数比例小, 无论是低压井作业防止地面环境污染, 还是高压井防止地层污染, 保护地层压力场, 提高生产效益, 都均迫切需要采用不压井设备。

1　不压井作业设备分3大类型

1. 1　与钻机井架配合使用的不压井作业设备

不压井作业设备, 在井筒承压的情况下与其他常规作业机或钻机配合工作, 此系统在不压井情况下起下钻杆或油管, 同时, 能够保证全体现场作业人员的安全。该设备由1台车载油压升降机,2个 179mm (7∀; 英寸) 防喷器等部件组合而成, 升降机配4套防滑钳, 可以作业的管柱直径为

　　收稿日期:2004207219

(篮架) , 升降机的冲程是3048mm (10英尺) 。20. 7MPa (3000psi ) 油压系统, 提升力771kN (170000磅) , 井口下放压入力为350kN (74000磅) ,BOP 可用空间1. 82m , 整套设备为车载式。

设备相对简单, 只需1h 便可拼装起来作业, 此不压井作业设备由井架吊起, 一次到位, 所有的油压喉管与不压井作业设备保持联接, 联接到钻机的油缸或其他测试设备, 压力平衡管联接到套管阀门或环空阀门。不压井作业设备用铁链螺纹紧固在钻机井架上, 梯子及逃生设备妥当安装。1. 2　独立型不压井作业设备该不压井作业设备, 起下油管深度可达2500m , 3048mm (10英尺) 行程, 承载540kN (119000磅) 。提升力10468kN (2307900磅) ; 压入能力682kN (150430磅) 。防喷器可用空间1. 82m , 在不压井情况下, 平均1min 将1根油管下

作者简介:赵建国(19562) , 男, 甘肃清水人, 工程师, 目前主要从事石油机械新产品的开发工作。

入井下, 可安全快速作业到3000m 的井下。所有的设备都是车载式, 不需井架配合, 它配备1台泵车(带容量12m 3的液柜, 回收井口溢流) 、1台防喷器、1部起重吊车、1部用作办公室和作业工人休息室的拖车。整套设备可以在抵达现场1～1. 5h 之内完全组装起来。设备组装完成后, 吊臂伸长成为起下管柱桅杆。该套不压井作业设备配1台车载泵车, 如有需要, 可调配额外的泵车到现场配合。1. 3　油压不压井作业设备

该不压井作业设备, 可进行任何常规的钻机及修井机任务。在不压井情况下, 能够用油压起下钻杆或油管。承载1814kN (400000磅) , 配液压钳。该套设备占地很少、体积小、质量小, 采用组装设计, 因此, 运输简便、维修容易, 特别适合在有限空间作业。配备279. 4mm (11英寸) , 68. 94MPa (10000psi ) 防喷器, 可用于常规钻井或作欠平衡钻井, 也可用于开窗侧钻定向井或磨铣之用。用该套不压井作业设备可免除压井, 省去泵压井液的费用, 完全避免了油层污染, 因而增加产量, 、方便、省时机、气分离器、。动处理器处理, 入井下。旋转系统可产生45. 36kN (10000磅) 扭力, 转速90r/min 。

井口最大压力是经验值, 吐哈油田油井、水井(停注) 井口压力一般低于20MPa ; 截面积取

F =480kN , 因此, 强行下压力值取500kN 。考虑到

吐哈油田井深在3500m 左右, 井内封隔器解封等需要, 上提力取1000kN ; 如有特殊情况, 作业过程需要大力拔钻, 不压井装置可与常规修井机配合提高承载力。其主要技术参数为提升力1000kN ; 带压强行下入力500kN ; 可起下的管外径

根据吐哈油井地层压力、注水井注水压力, 以及和现有的防喷器配合要求, BOP 工作压力选取35MPa 、通径取

独立式不压井作业设备外形结构如图2。独立式不压井作业设备防喷器结构如图3。

2　设备选型分析

根据吐哈等西部油田的实际情况, 认为独立式

不压井作业设备具有一定市场。该独立式不压井作业设备, 如果遇到复杂情况, 可不经过改装直接与修井机或钻机配合, 它主要用于油田注水井、自喷井、气举井, 进行压裂、酸化, 兼顾欠平衡侧钻加深。2. 1　套管参数

吐哈油、水井油层套管中,

2. 2　强行下井压力计算

图1　不压井作业施工布置示意

在初下少量油管时, 井内压力对油管上顶力超过油管自重情况下, 为保证油管正常起下, 不压井作业设备能够给管柱施加的外力为

F =pS =20×3. 14×79. 72=400kN ,

式中, F 为上顶力; p 为井口最大压力, 取20MPa ; S 为

1—快速更换式防喷器;2—泄漏闸门;

3—. 球状防喷器(又称南瓜芯防喷器) ;4—钢铁平台;

5—整套不压井作业设备装置;6—卡瓦装置;

7—液压千斤顶;8—液压车;9—卡车

图2　独立式不压井作业设备外形结构

　　起下管柱通过活动卡瓦(液压起降) 上下移动实

现, 井内带压时防喷由环形防喷器、快速更换防喷器、全封防喷器、半封防喷器实现。　　图4为不压井作业设备在加拿大的作业场景, 在无井架情况下与泵车、防喷器系统(主机) 、可伸延臂的起重机、运载油管及防喷器的拖车和一个值班室配合, 即可完成起下油管作业

。

沿着平台上连接到地上的钢线, 配合逃生系统安全滑落到地面。在不压井作业设备下层设有第2个工作平台, 可在此更换卡瓦及环形南瓜芯防喷器的配件。此工作平台比上层工作平台略小, 两工作平台

有楼梯连接, 此楼梯直达地面, 并配一套安全防跌装置以保工作人员安全。

图4　, 或油管平板车) 上的

, 将油管吊至m 3罐, 主要是平衡压力及回收井

图3　。上层工

作平台安装有仪表板, 仪表可显示管柱指重, 系统压力、防喷器压力、液压钳压力、环空压力及井筒压力。有液压操控杆, 可操控液压千斤顶、泄漏阀、卡瓦、防喷器及千斤顶压力。工作平台上作业工人有2种方法安全逃生, 一是系上安全带沿楼梯爬到地上; 二是

内开关防喷器时放出的液体。在不压井起下管柱操作过程中, 有时井口压力和上浮力叠加结果大于油管或油管柱的重力, 在此轻管状态下, 管柱会从井眼中喷出, 称为轻管。有时油管或管柱的重力比引起管柱从井眼中上浮的井口压力和浮力的叠加更大, 从而使油管自行滑入井眼

, 称为重管。如图5～图8, 下放油管吊卡的应用情况。

4　几点启示

1) 　应用不压井作业设备有许多优点, 对水井

作业, 它不需要停注放压, 带压起下油管, 免去常规作业所需压井液及其地面设备的投入, 省去了排压井液的费用, 无污染、保护了环境。它的最大优点还在于可以保护和维持底层的原始产能, 减少酸化、压裂等增产措施的次数, 为油田的长期开发和稳定生产提供良好的基础。一方面, 可节约大量的成本; 另一方面, 由于原始地层得到了保护, 油气层的产能会得到相应的提高, 最大限度地利用地下油气资源。　　2) 　在国外, 美国和加拿大等国对不压井作业设备已开展了近10a 的不断开发、研究及实践使用, 已形成了较成熟的工艺技术, 取得了良好的作业效果。目前, 这项技术在国外已得到了广泛应用, 且利

用率达90%以上。

总之, 由于不压井作业技术有其独特的优势, 具有很大市场潜力, 而且在国外作为一项成熟的技术在应用, 在国内应该作为一项保护油气层和环保的新技术、新工艺加以大力推广应用。

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学工业出版社,1993.

, 濮阳457001)

　　为了降低腐蚀造成的损失, 延长管道的使用寿命, 我们研制开发了双金属复合防腐油管, 其优点是将表面覆盖技术和耐蚀合金化技术进行了有机的融合, 利用表面覆盖技术制造成本低, 而耐蚀合金化技术结构完整, 材料致密无孔, 在充分发挥普通油管优良的机械力学性能的基础上, 以耐蚀合金化材料为防腐覆盖层, 提高了管道防腐性能, 其防腐性是普通管道的4～6倍, 解决了长期存在的管道腐蚀问题。

a) 　基本结构　双金属复合管衬管采用薄壁耐蚀合金

管道采用先在基管两端焊接与衬管材质相同、规格与基管相同的钢环。然后加衬复合, 并将衬管两端与钢环进行环焊密封, 这样复合管在连接过程中焊接实际上就变成了2种相同材质材料之间的焊接(即2个钢环之间的焊接) 。

d) 　性能特点　与普通碳钢管相比双金属复合管价格

为普通碳钢管价格的2倍; 双金属复合管使用寿命是普通碳钢管使用寿命的4～6倍。水力摩阻系数低, 可延缓结蜡结垢; 管内表面光滑, 粗糙度Ra =010015～0101; 与不锈钢管相比双金属复合管价格为不锈钢管价格的015倍; 其机械性能>不锈钢管机械性能。与特种耐蚀合金管道相比双金属复合管价格是钛合金或锆合金管价格的1/5～1/3倍; 其使用寿命与特种耐蚀合金管使用寿命相等。与热塑复合管相比双金属复合管价格

1/3～1/2, 冲击强度只有钢管的65%。温度是制约玻璃钢

材料管材, 可根据腐蚀环境的不同, 选用相应的衬管(普通/特种不锈钢管、钛/铝、铜合金管或其他耐蚀合金管材) 材料, 保证良好的耐腐蚀性能; 基管采用碳钢(无缝或焊接钢) 管或其他合金钢管, 保证优异的机械力学性能。

b) 　制造原理　液压动力管产生的瞬间化学能以爆轰

波形式, 通过介质传递给衬管, 使衬管发生塑性变形, 基管发生弹性变形, 变形完成瞬间, 基管的回弹远大于衬管, 从而使基管衬管贴合紧密, 达到复合状态, 这样既不改变原基管的各项性能, 同时内衬提高了管道的耐腐蚀性。

c) 　联接方式　接箍形式的管螺纹联接是在螺纹联接

的复合管道中, 复合管的两端采用翻边技术, 将衬管翻边后包裹基管, 并与基管环焊密封。2根复合管通过接箍联接, 并用专用接箍密封橡胶圈密封, 这样一方面防止了介质进入复合界面; 另一方面径向翻边又使介质与基管端面隔离, 从而达到了防腐和卫生要求。焊接形式的管道联接是在管道的联接过程中有一部分采用焊接的方式来联接, 这部分复合

管使用的一大难题, 目前推荐使用的最高温度是93. 3℃。要提高温度上限, 就得开发耐高温的树脂, 同时要考虑耐高温树脂的成本对管材价格提高的比例。

总之, 双金属复合管的使用, 证明了其耐压和耐腐蚀性能得到了有机的结合, 内衬复合管以其较高的性价比优势必将在管道防腐领域, 得到越来越广泛的应用。