不压井作业装置的技术分析及应用探讨

寇 富

（大庆石油管理局装备集团松原机械总厂，吉林松原 138000）

0 引言

为保证油井的正常作业要定期进行修井作业，但传统的修井作业工艺需要对油井进行放喷作业，既会使地层压力受到极大损失，也对环境造成极大污染。为克服上述缺点，开发出可以在带压情况下进行修井的修井装置。不压井作业装置的研发以及在油田修井作业上的应用，不仅能最大限度地保护地层压力以及地层结构，也对周边环境起到了很好的保护作用。因此，不压井作业装置在国外发达国家的石油企业中，早就得到了应用和开发。而我国不压井作业装置的研发起步较晚，不压井作业装置的设备，以及不压井作业修井技术，都远落后于国外发达国家，但在经过多年研究后，目前我国已经能够自主的生产用于修井作业的不压井作业装置。

1 不压井作业装置技术

1.1 特点及分类

（1）不压井作业装置在进行修井作业的时候，不需要对油井进行放喷或是压井作业，在油井保持压力的情况下，通过不压井作业装置的井口装置对井下压力进行密封，实现对井底压力的控制，而油套环空和油管之间的压力则是通过在油管内放置一个堵塞器来实现对油管内压力的控制。与传统的压井修井作业相比较，不压井作业装置具有很多优点，例如，传统的压井修井作业在井底通过注入压井液实现对井底压力的控制，但是压井液再注入地层后，有极大的可能会造成井壁或者地层孔隙的堵塞。在完成油井的修井作业并恢复油井的生产作业后，会对油井的出液量造成很大的影响，同时放喷作业会对环境造成很大污染。而不压井作业装置，不需要通过压井，在油井带压的情况下就可以完成修井作业，而且不会对环境造成污染，同时现代的不压井作业装置在举升力上，也比传统的压井作业装置要大很多。

（2）目前国内研制的不压井作业装置，主要有2种形式，即辅助式不压井作业装置和独立撬装式不压井作业装置。辅助式的不压井作业装置需要通过修井机以及吊车的配合才能完成修井作业，它的作业成本较低，而且拆装也比较方便。而独立撬装式不压井作业装置，则不需要其他辅助设备的辅助，它是将作业装置的主体部分安装在一个底盘车上来完成独立移动。独立撬装式的不压井作业装置在到达修井作业现场以后，可以通过修井机的移动与井口自动进行对中，然后就可以开始进行修井作业，目前我国的修井作业行业中，独立式的不压井作业装置应用比较广泛。

1.2 装置机构

（1）不压井作业装置主要由动力源、卡瓦、环形防喷器、闸板防喷器、平衡四通、液压缸以及液压，控制系统组成。卡瓦主要由固定卡瓦和防顶卡瓦组成，卡瓦的作用是在修井作业时卡紧油管，防止油管的上窜和下落，液压缸的作用是为油管的举升提供动力；环形防喷器和闸板防喷器的作用是控制井底压力；平衡系统的作用是平衡井下压力及进行放空作业；不压井作业装置的动力来源是由柴油发动机带动的液压泵作为动力源。

（2）不压井作业装置还有其他一些辅助设备，如逃生滑道、扶梯、油管滑道等，这些设备都是在不压井作业装置在作业时，提供安全以及辅助作用。

1.3 作业原理

（1）不压井作业装置作业时，首先通过在油管内下入堵塞器控制井底的压力，防止井下压力通过油管泄漏。然后将整个装置的主体部分安装在井口上，通过卡瓦和液压缸的组合将井底的油管拔出井口。在油管的接箍通过防喷器的时候，就要先通过平衡系统的平衡阀将闸板防喷器两侧的压力进行平衡。平衡四通的平衡阀通过平衡管路与井口连接，当平衡阀打开时井底的压力就会通过平衡管路进入四通内，这样闸板防喷器两侧的压力就达到了平衡，然后再打开下闸板防喷器让接箍顺利通过，在接箍通过闸板防喷器后则关闭下闸板防喷器，然后关闭平衡四通的平衡阀，打开平衡系统的泄压阀，将平衡四通环空内的压力卸掉，然后打开上闸板防喷器让油管接箍顺利的通过。

（2）当液压缸在起油管的作业过程中，液压缸的行程达到最大的时候，首先要关闭固定卡瓦，打开游动卡瓦，然后将液压缸下放到最小行程内，这时再关闭游动卡瓦，然后打开固定卡瓦，进行液压缸的下一个行程作业 。一般情况下，不压井作业装置的液压缸行程约3 m，因此在进行油管的起下作业时，都要通过卡瓦和液压缸交替运行2～3次以后，才可以完成一根油管的起下作业。

（3）不压井作业装置液压系统的所有操作，都是通过操作平台上的液压操作平台来实现的。

2 不压井作业装置的发展现状

2.1 不压井作业技术国内外的发展

（1）不压井作业技术首先是在国外兴起的，早在1929年，不压井工艺的概念由Otis压力控制公司的Herber C.Otis提出。早期的不压井作业装置需要通过钻机和修井机来完成修井作业，修井作业装置本身的结构只包括钢丝绳滑轮系统，对管柱的上提和下放作业主要是通过绞车连接大钩来完成。传统的修井作业技术，必须再经过压井作业后才能够进行油管的上提和下放作业。在20世纪60年代，出现了配备液压缸作业的不压井作业装置，不压井作业人员就不用再依赖修井机来提供动力完成油管的上提和下放作业，作业的安全性和作业效率都得到极大提升，也使不压井作业装置在油田的修井作业领域得到了广泛应用，20世纪80年代，出现了第一台车载辅助式的不压井作业装置，极大提升了不压井作业装置的机动性。

（2）在我国不压井作业装置的研发起步较晚，不压井作业装置的装备及技术水平都很落后，但经过科研人员研发后，我国在不压井作业装置的研发及使用上也取得了一定成绩。如湖北第四石油机械厂、华北荣盛机械制造有限公司等，在不压井作业装置的研发及生产上都走在了国內不压井作业装置技术的前列。而且经过多年研究后，在不压井作业装置的液压系统及液压结构件的组合上，都取得了很大进展。例如，牡丹江市新安石油钻采配件厂研发制造的35 MPa密封防喷作业装置，采用了上下两组防顶卡和固定卡瓦来交替完成抱紧油管的作业，有效防止了在不压井作业装置进行修井作业时油管的上窜和下落，不压井作业装置的安全性得到了极大提升，而且在密封防喷装置中采用了一种高压密封密闭伸缩节装置来实现在起下油管作业中井下井下压力的密封，使装置在进行油管的起下作业时，油管与闸板防喷器闸板之间的相对运动减少，大大提高了闸板防喷器闸板的使用寿命，不仅作业效率得到极大提升，也减少了作业成本。

3 不压井作业装置技术使用及问题

3.1 技术问题

目前在我国的油田原油开采作业中越来越注重环境的保护，而不压井作业装置压井作业的修井技术，使不压井修井作业装置在进行修井作业时做到了对环境的很好保护，因此，不压井作业装置在修井作业行业得到广泛应用。虽然不压井作业装置在油田修井作业上的应用，极大提高了油田修井作业效率，也提高了油田原油开采的生产效率，但也出现了一些问题：①目前大部分不压井作业装置动力来源都是通过大功率柴油机带动液压马达，对液压油进行加压来完成整个不压井作业装置液压系统的压力供应，而大功率柴油机在作业时，产生的噪声较大，对能源消耗也较大。②不压井作业装置自动化程度较低，而且液压系统的集成化程度也较低，各种阀体及液压缸占用空间较大，不压井作业装置操作非常复杂。③能否有效控制井底压力是不压井作业装置作业中非常关键的环节，而防喷器是进行井底压力密封的主要装置，其密封作用的安全与稳定关系着整个不压井作业装置作业的稳定进行，但自主研制的防喷器还有很多质量问题，如防喷器的橡胶胶芯质量较差，在进行2～3次作业后就要更换，而提高了修井作业的成本。④防喷器不能完成对井底压力的旋转密封，防喷器的体积较大，密封压力较低。

3.2 应对措施

目前国内对不压井修井作业技术的重视程度还不够，不压井作业装置在结构以及液压系统的研发上不够完善，因此在今后的生产与研发过程中，应加大对不压井作业装置的宣传力度，让油田企业充分认识到不压井作业装置在修井作业行业的优势，以及不压井作业装置的高效性能为油田带来的经济效益。同时，在不压井作业装置的液压系统及结构研发上，应向着更加合理自动化智能化的方向发展。

4 结语

虽然在油田修井作业的行业中，不压井作业装置具有很明显的优势。但目前我国的不压井作业装置在结构，以及液压系统的研发上还不够完善，装置的自动化程度也比较低，因此，应该加大对不压井作业装置结构以及液压系统的研发，同时加大不压井作业装置的主体部件的研发力度，让不压井作业装置向着集成化、自动化、智能化的方向不断发展，这样才能为我国的石油经济发展做出更大的贡献。