电泵井专用防喷器在辽河油田的应用

杜延涛

摘 要：电泵井专用防喷器主要是针对电泵井下入电缆特殊性开发出一项技术，在发现井涌时，不需剪断三根电缆，能及时有效完成对井口的密封，提高小修作业的井控装备水平，节省关井时间，同时减少因开关井造成电缆的损失。

关键词：防喷器，电泵井，井控，井涌

引言

SAGD举升具有高温、大排量、大斜度三方面技术特点，技术难度较常规举升大幅度增加。油田公司近几年来针对有杆泵系统在SAGD井下深和最大排量两个方面存在的技术局限性，开展了高温潜油电泵技术研究与试验，无论是国外的斯伦贝谢电泵还是国产高温电泵均见到了良好的生产效果。但是高温潜油电泵的应用时间还偏短，相应的作业井控技术还不完善，主要是电泵由于需要捆绑电缆的特殊性，目前没有配套的大尺寸的电泵井口防喷器，作业时井控装备配置较低。研究电泵井专用防喷器，解决高温电泵井作业施工防井喷的难题。

1、电泵井特点

SAGD电泵井油管管柱上捆绑了三根电缆，包括一根扁电缆宽31.5mm，厚12mm，以及两根口径4mm、6mm的测试电缆，并排分布。并且每隔4～5m就有一个卡电缆的卡子，若安装常规防喷器，部分工具无法下入井内。即便安装了，遇到井涌和井喷，只能先把所有电缆剪断一段后再抢装常规防喷器，然后把无电缆的一段油管放到防喷器的位置才能关闭防喷器，制止井喷。上述操作会延误关井最佳时间，另一方面，电缆被剪断造成很大的损失。

2、电泵井专用防喷器

2.1整体设计

电泵井防喷器主要由上壳体、下壳体、支撑圈、油缸、活塞、密封件等组成。工作原理：当发现井涌需要封井时，从液压控制装置输来的高压油从壳体下部油口进入活塞下部的关闭腔，推动活塞上行，活塞又推动呈半球状的密封胶芯上行，由于受半球形顶盖的限制，迫使胶芯在上行过程中沿着顶盖球面向上、向井口中心运动，直至支承筋间橡胶被挤出而抱紧钻具或全封闭井口，达到封井的目的。当高压油从壳体上部油口进入活塞上部的开启腔，推动活塞下行，作用在胶芯球面上的挤压力消除，胶芯在本身弹性力作用下逐渐复位，达到开井的目的。

2.2主要参数设计

（1）垂直通径：280mm （11in）；

（2）额定工作压力：21MPa （3000psi）

（3）温度等级：T-20 （-29～121℃）

（4）適用介质：油、水、气（H2S）、泥浆等

（5） 性能级别： PR1

（6） 材料等级：EE

（7） 产品规范级别： PSL3

（8） 操作形式：液动

（9操作系统额定工作压力： 21MPa （3000psi）

（10）整机重量： 3400 Kg

2.3 主要配套装置研制

2.3.1胶芯

采用半球形，它是由沿半球面呈辐射状的弓形支承筋与橡胶组成，支承筋用合金钢制造。在胶芯打开时，这些支承筋将离开井口，回复原位。密封面设计为波浪状，胶芯受挤压填补完井内管柱与防喷器之间的环形空间后，多余的橡胶会由波浪的峰顶向峰底或其它有空隙的地方移动，由于每个波浪的面积较小，所以橡胶更容易挤入电缆与管柱之间的细小缝隙，从而达到密封带电缆的管柱的效果。其胶芯具有以下四大优点：

（1）不易翻胶：在封井状态，井压使胶芯中部橡胶上翻，而支承在球面上的支承筋阻止上翻，使橡胶处于安全受挤压状态，可承受较大的压力而不致撕裂。

（2）漏斗效应：球形胶芯从自由状态到封闭状态，各横断面直径的缩小是不等的，上部缩小的数值大，下部缩小的数值小，因而胶芯项部挤出橡胶最多，底部最少，形成倒置漏斗状。这种橡胶的流向不仅可以提高密封性能。

（3）橡胶储备量大：这种胶芯的橡胶储量比其他类型的胶芯大得多，有较多的备用橡胶可陆续挤出补充，适于在管柱和电缆接触不规则的场合使用。

（4）井压助封：在关井时，作用在活塞内腔上部环形面积上的井压向上推活塞，促使胶芯密封更紧密。

2.3.2液控装置

WGFK75-1型外挂式电泵井控制装置是专门为适应修井作业而设计的一种同修井机配合使用的便携式小型外挂式电泵井防喷器控制装置。该型控制装置具有安全、质量可靠、使用维护方便、适用性强能特点，（常规控制箱外形尺寸长2400×宽1290×高1850mm）。结构紧凑液压油泵与电机串在一起，常规油泵与电机通过链条和链轮传动），为蓄能器提供动力，蓄能器储蓄液压能，关闭或打开防喷器由蓄能器储蓄液压能提供动力。

3、室内试验

一共进行了三次室内实验，第一次室内实验：由于防喷器胶芯硬度大，无法密封管柱和电缆空隙，试验失败。第二次室内实验：动力电缆内有缝隙，无法达到密封效果。第三次室内实验：动力电缆剪断，密封两根电缆，达到封井效果。目前联系厂家进行动力电缆改进，电缆内填充橡胶材质，达到电缆内密封。

4、现场试验

截止2018年10月在电泵井防喷器在辽河油田应用，共实施杜84-兴H51、杜84-兴H54两井次，整个施工从早上六点开始到下午五点，整个过程防喷器安装过程顺利，安装完成后开关灵活，之后下入电泵，在下入10根油管时关闭防喷器，测试三根电缆，电缆无损害，井口密封，共历时11小时，安全完成电泵井施工。

5、结论

（1）该防喷器的研制成功，可为小修作业提供可靠的工艺设备，保障电泵井施工中人员、设备的安全，并为油气资源、生态环境的保护提供可靠的保障。

（2）井口位置空间有限，环形防喷器体积较大，需扩大井口空间才能安装防喷器。对电缆性能考虑不足，动力电缆内密封差，需对电缆内从新填充橡胶才能密封。

参考文献：

[1] 赵军，唐洋.环形防喷器壳体有限元分析及试验研究[J].石油机械.2013，41（02）：87-90

[2] 胡霄，翟桂新，胡慧婷，张旺宁，高怀伟，雷宽成.补偿式多用途环形防喷器的研制[J].石油矿场机械.2013，42（03）：91-93