不压井井下控制阀研制与应用

李志广 ，李 川，闫永维，李风涛，张子佳

（大港油田 石油工程研究院，天津300280）①

在油井检泵作业中，为了防止井涌、井喷事故发生，需要采用一定密度的泥浆或清水进行压井作业，增加了成本。由于施工或设计不当，压井作业容易造成油层污染，堵塞有效孔隙度和减少渗流面积。因此，研制了不压井井下控制阀，在检泵中实现不压井作业，避免压井作业对油层的损害。本文介绍了该阀的结构及现场试验情况。

1 技术分析

1.1 结构

不压井井下控制阀由抽油泵底阀、连接轴、密封体、单流阀体、外筒、下接头等组成，如图1。抽油泵底阀的上端与抽油泵下接箍的下端固定连接，下端与连接轴上端固定连接。单流阀体上端与连接轴下端固定连接，下端与弹簧座连接，支撑弹簧安装在单流阀体内孔中，并对阀进行控制；压帽安装在抽油泵底阀的外面并坐在凸台上，其依次与密封体、外筒、下接头固定连接。密封体与连接轴、抽油泵底阀之间形成过流环腔，环腔通过连接轴和抽油泵底阀上的侧孔与内腔相通；在油井起下作业时，只需下放、上提油管柱即可控制井下液流通道的开、关。抽油泵底阀内有挡球环、阀、阀座各一个，挡球环是由直径相等的若干个过流孔组成，其作用是在抽油泵正常生产时，阻挡球离开并保持一定流量的液体通 过［1－2］。

图1 不压井井下控制阀结构

1.2 工作原理

当生产管柱下井时，将不压井井下控制阀连接在抽油泵与封隔器（或锚定器）之间，随管下井，此时，井下控制阀处于自由状态。泵下油管重力通过压帽作用在抽油泵底阀凸台上，密封体与连接轴依靠O形圈密封住外腔通道，单流阀与阀座在支撑弹簧弹力作用下形成密封，封住内腔通道，阻止井内高压液流上窜。

油管柱下至设计深度后，下放管柱使泵下封隔器（或锚定器）坐封。抽油泵底阀带着连接轴同步下行，压在密封体内台阶处，此时，侧孔Ⅱ与外筒内腔联通，泵下液体经外筒与连接轴之间的环腔进入抽油泵底阀内，抽油泵即可正常抽油。

当需要起管柱时，上提油管，抽油泵底阀带动连接轴上行，密封体与连接轴产生相对移动（形成图1所示的关闭状态），阻止井下高压液体冲向井口；而泵上液体经过抽油泵底阀的侧孔Ⅰ、密封体与连接轴的环腔、侧孔Ⅱ作用在单流阀上，压缩支撑弹簧下行，单流阀打开，泵内液体经阀座流到井筒内，避免了井液随油管带到地面造成环境污染［3－5］。

1.3 主要技术参数

最大外径 110mm

长度 650mm

两端连接螺纹 2TBG

1.4 关键技术

1） 不压井井下控制阀将抽油泵底阀与井下开关的作用合二为一，且具有防喷、洗井、生产、泄油功能，避免检泵中压井作业造成储层伤害。

2） 该不压井井下控制阀依靠油管柱的上提、下放控制井下液流通道的启闭。

2 现场应用

不压井井下控制阀需要与抽油泵配套使用，二者组合成为自泄油防喷泵，于2009－02－06首次在大港油田采油二厂岐23－25井试验。管柱结构如图2。试验前该井日产液量为6.37m3，生产井段为2 680.5～2 723.4m。进行不压井作业后日产液量达到了12.08m3，表明不压井井下控制阀的应用取得了良好的效果。

图2 岐23－25井的管柱结构

通过表1所列举的5口井的试验情况说明：使用不压井井下控制阀以后，产液量和泵效有明显提高。该井下工具有良好的推广应用价值。

表1 不压井井下控制阀在大港油田的试验数据

3 结论

1） 研制的不压井井下控制阀具有双向单流阀及配套的阀体和控制机构，增加了洗井、泄油的功能，是集防喷、洗井、生产、泄油为一体的井下专用工具。在检泵时实现不压井作业，保护了油层。

2） 在大港油田的5口井进行试验，提高了泵效和产液量，具有推广应用价值。

［1］《机械设计手册》编委会.机械设计手册［M］.北京：机械工业出版社，2004.

［2］姚春冬.石油钻采机械［M］.北京：石油工业出版社，1994.

［3］孙绛雪.油层保护阀的设计［J］.中国科技信息，2006（10）：103.

［4］采油技术手册编写组.采油技术手册［M］.北京：石油工业出版社，1996：754－760.

［5］杜 勇，李积祥，侯洪涛，等 .液按控式井下流量控制阀研制与应用［J］.石油矿场机械，2012，41（10）：86－87.