SAGD双管作业防喷器研制与应用

摘要：近年来，辽河油田SAGD采油技术发展迅速，已经成为保障油田稳产的一项重要手段。但SAGD作业技术还不完善。由于SAGD井的特殊性，原有防喷器难以满足高温环境和双管柱作业需要，井控风险高。为此，在借鉴已有防喷器结构的基础上，开展SAGD井双管作业防喷器研制。该防喷器采用液压双闸板结构，由主壳体、侧门、密封闸板总成、卡瓦总成、油缸、活塞、缸头和锁紧丝杆等零部件组成，远程控制，操作简便。研制成功后，经过试验改进，在SAGD作业井中推广应用，有效提高了井控安全水平。

关键词：辽河油田;SAGD;双管;修井作业;防喷器

1 概述

近年来，SAGD采油技术作为一项新兴技术，在辽河油田稠油开采中起到日益重要的作用。随着SAGD井组的不断增加，SAGD采油技术也日趋成熟。但受SAGD井特殊的井口环境和井身结构影响，修井作业方面，仍有许多技术问题需要解决。特别是作业过程中，由于井口结构复杂、井内管柱配置特殊、井筒温度较高、井底压差变化较大、气窜严重、井控技术相对落后，存在严重的隐患。因此，研究更先进、更具有针对性的SAGD双管作业防喷器势在必行。

在借鉴已有防喷器原理的基础上，结合SAGD井双管作业特点，考虑高温环境的影响，开展SAGD双管作业防喷器研制。该防喷器可满足双管柱悬挂、注蒸汽、采油井起下管柱作业对防喷器的特殊要求，能实现悬挂、锁紧、全封三个功能。

2 结构特点

SAGD井双管作业防喷器是由液压控制的双闸板防喷器。主要由主壳体、侧门、密封闸板总成、卡瓦总成、油缸、活塞等零部件组成，具有承压高、密封可靠、操作简便、开关迅速等优点。该防喷器液压油路为内置式结构，可防止在安装、运输及使用过程中受到碰撞。防喷器正面有两组液压油口，上组液压油口有两个负责全封闸板开关，下组液压油口有三个负责卡瓦总成及锁紧卡瓦的开关。

3 技术原理

3.1 开关工作原理

当液控系统高压油进入左右液缸关闭腔时，推动活塞运动，从而带动闸板总成或卡瓦总成向井口中心移动，实现封井或悬挂锁紧管柱功能。当液压油进入左右液缸开启腔时，推动活塞运动后，又带动左右闸板总成或卡瓦总成向离开井口中心方向移动，打开井口。闸板卡瓦总成开关由液控系统的换向阀控制，一般在3～8秒内可完成一次开、关动作。

3.2 上腔全封密封原理

上腔用于有效地封闭井口，有四处密封起作用，分别是：闸板顶密封与主壳体之间的密封、闸板前密封相互间的密封、主壳体与侧门之间的密封、活塞杆与侧门之间的密封。

闸板的密封作用由两个方面产生。一是在液压系统压力的作用下，活塞推动闸板前密封胶芯和顶密封胶芯挤压变形，密封前部和顶部，形成初始密封;二是井内存在压力时，井压可从闸板的通道进入后部，推动闸板前密封进一步挤压变形，同时井压从下部推动闸板上浮，贴紧主壳体上密封面，在井压助封作用下形成可靠密封。

3.3 下腔卡瓦总成的悬挂和锁紧原理

下层液缸为复合活塞，由内侧悬挂活塞和外侧锁紧活塞串联而成，既可独立运动又可整体运动。内侧悬挂活塞可推动卡瓦总成实现悬挂油管柱作用，外侧锁紧活塞可推动锁紧卡瓦片实现夹紧油管接箍。

当液压油从防喷器“悬挂关”油口进入左右液缸关闭腔时，推动内、外侧活塞整体运动，左右卡瓦总成合拢。下放管柱，卡瓦总成上的第一个管柱接箍座在卡瓦座上，实现“悬挂管柱功能”。在卡瓦总成关闭后，操作防喷器控制箱的“锁紧”手柄，悬挂和锁紧活塞之间的液压油与液控箱的油箱连通，液压油从“悬挂关”油口进入左右液缸关闭腔，推动外侧锁紧活塞单独运动，夹紧卡瓦片在锁紧活塞推动下夹紧油管接箍，实现“锁紧接箍功能”。

4 技术参数

a）额定工作压力：21MPa;

b）强度试验压力：42MPa;

c）工作温度：-29～220℃;

d）垂直通径：φ186mm;

e）夾紧油管规格1.9"、2-3/8"、2-7/8"、3-1/2"、4-1/2";

f）油缸液控压力：8.4～10.5 MPa;

g）防喷器外形尺寸：1520×380×650（长×宽×高）mm;

h）整机重量：890kg。

5 技术创新点

a）内置悬挂锁紧卡瓦和全封闸板双级机构，主体结构新颖、功能实用;

b）内置液压系统，布局合理，体积小，高度低;

c）防喷器密封胶件耐温200℃以上，满足SAGD井作业要求;

d）远程控制，安全性高;

e）操作简便，关井迅速。

6 抢喷操作程序

6.1 抢喷操作

出现井喷显示后，按照《井控细则》规定的发、停、抢、关、关、看程序进行关井。

其中，抢的程序可分为：抢提油管接箍至井口;关防喷器悬挂;下放油管;锁紧油管接箍;卸扣上提油管。之后正常关全封、关套管闸门实现关井。

6.2 注意事项

a）防喷器在上井安装前应进行密封试压至工作压力，合格后方可运往井场;

b）应保证各法兰联接处的钢圈槽及密封钢圈清洁无损伤，钢圈槽内涂轻质油;

c）上紧联接螺栓要用力均匀，对角依次上紧;

d）防喷器下腔悬挂锁紧卡瓦总成尺寸要和现场管柱相一致;

e）检查液压管线与开关状态;

f）突发状态抢喷必须严格按程序操作。

7 现场应用情况

SAGD双管作业防喷器研制成功后，进行了室内试验和检测，各项技术指标均达到了设计要求。先后在杜32-兴H103Z（SAGD双管注汽井）、杜84-馆平14（SAGD检泵井）等12口井进行了现场安装、试压，并对φ114油管、φ89油管、φ73油管、φ62油管和φ48.3无接箍油管等五种管柱结构进行了悬挂、锁紧、锁紧后卸扣、卸扣后关闭全封闸板等试验，取得圆满成功。经过改进完善，目前SAGD双管作业防喷器年应用40井次以上，有效保障了辽河油田SAGD井组修井作业过程中井控安全。

8 结论

SAGD双管作业防喷器通过现场应用和不断完善，对井控装备水平的提升起到了很好的作用。规模应用表明，该防喷器适合SAGD双管作业井特点，可以有效地克服井口温度高、管柱结构复杂的井控难题。以此防喷器为依托，制定针对性的SAGD作业井控技术，完善井控制度，能够有效预防SAGD作业过程中井控险情的发生。

参考文献：

[1]朱峰等. SAGD高温修井作业探讨[J]. 中国石油和化工标准与质量. 2014（04）

[2]刘万海. SAGD长期注汽井作业技术研究[J]. 中国高新技术企业.2014（32）

[3]杨启明. FPQ-178型钻柱内井下防喷器的设计研究[J]. 石油和化工设备. 2012（03）

作者简介：

张丽，女，1984年生，汉族，籍贯四川省内江，2007年7月毕业于长江大学石油工程系。井下作业工程师，现就职于辽河油田曙光采油厂科技科，从事技术研究和科技管理工作。