不压井作业技术、设备及应用

胡晓林

（大庆油田装备制造集团特车研究所，黑龙江 大庆 163312）

1 不压井作业技术概述

油田为了保障油水井能实现正常生产，需要针对油水井定期开展修井作业（通常为油水管的起下作业），传统作业模式下需要实施压井和放喷作业。但是，传统作业模式下修井耗时过长，作业成本较高，泥浆压井作业过程中经常会导致油层污染。针对以上一些缺点，国内外开展深入的研究不压井作业装置。不压井作业主要指的是在不进行压井、放喷作业的情况下，利用具有自密封作业的防喷器来对油水管的起下作业进行控制。不压井作业与传统修井作业相比，有很多优点：（1）传统修井采用压井作业，压井液会被压入产层，还可能导致堵塞井壁，不压井作业避免了这些缺点。（2）不需要在钻井、修井或完井后处理压井液。（3）与连续油管作业技术相比，不压井作业能带压转动作业管柱。（4）节约了压井及后来排液的时间和费用。（5）与传统的钻井、修井机相比，具有超强的提升能力（型号不同，能力不同）。（6）占地面积小，海上作业时优势明显。

2 不压井作业设备分类及其结构

不压井设备按其作业型式可以分为辅助式和独立式；按液压缸行程又可以分为短冲程(1.829 ～4.267m)和长冲程(10.973 ～12.192m)；按移运方式又可以分为自走式和撬装式。辅助式不压井设备整体结构如图1 所示，图2 是辅助式不压井设备作业示意图。辅助式不压井设备的主要特点是：（1）紧凑的模块化设计；（2）快速安装、拆卸；（3）管柱较重时可用修井机配合作业；（4）整体成撬，方便运输和吊装。独立式不压井设备则增加了循环系统、提升系统和旋转系统，这种设备不需要借助修井机就能独立完成作业。举升系统、井口密封系统级配套液压技术是整个不压井作业装置的主要组成部分。液压举升系统的主要组成部分包括井架、游动和固定卡瓦、液压缸等几个部分，举升系统的主要作用是当井下油液压力在油管上产生的上顶力超过油管自重的情况下实现管柱的提放，保障油管起下作业的安全性。井口密封系统主要组成部分为三闸板防喷器、环形防喷器、单闸板防喷器等几个部分，其主要作用是实现对井口压力的密封，确保作业中井下油液不会产生喷涌，保障作业的安全性。液压控制系统的作用是实现井口防喷器的开关，以及动作过程的控制，同时，能实现对控制过程的检测，接箍探测器、负荷显示仪、小型液压操作平台、油箱防进水回路等共同组成。同时，该部分还实现了与油管堵塞器、双向阀的实现安全生产。液压控制系统主要是用来控制井口密封系统中各种防喷器的开关，相应控制过程的检测，由接箍探测器、负荷显示仪、简易小型液控操作台、油箱防进水回路及各类液压管线等组成。附属配套技术包括油管堵塞器、双向阀以及高压油水井冲砂工艺技术等的结合。

3 国内外不压井作业设备的发展现状

3.1 国外不压井设备发展情况

Otis 压力控制公司的Herber C.Otis 在1929年提出了不压井作业工艺概念。早期的不压井设备是利用钻机或修井机的绞车作为动力源，装置本身包括钢丝绳和滑轮系统，该系统叫作传统作业机，通过上提大钩，采用钻机绞车提供下压力下管柱。这项服务当初耗时、烦琐并易引发井喷。1980年，第一台车载式井架辅助式不压井机在加拿大出厂，提高了带压作业安全性和机动性。当前，国外能够生产制造并提供相应服务的作业企业超过了十几家。其中，美国的Halliburton 公司，Snubco 公司和加拿大High Arctic ISS 公司生产制造的不压井设备主要为3m 行程，同时，装置的配套工具以及产品系列比较完善，国外的不压井作业装置完全实现了电液远程控制、全液压举升等功能；目前，不压井技术和装备在北美发展已非常成熟，辅助式和独立式设备及其配套工具序列齐全，其实际的最大提升力能够达到270t，下推力最大达115t；液缸行程以3m 居多，实际的作业压力最大能够达到140MPa。

3.2 国内不压井设备发展情况

自20 世纪60年代我国开始研究油水井的带压作业。新世纪以来，二次带压作业在油田生产中逐渐兴起，而且在技术不断的发展过程中，对国外的一些成熟经验进行了充分借鉴，液压控制成为这一时期不压井作用和工艺的主要方式。不压井装置最初是与作业车进行配套使用，与作业车共用动力系统，而且修井作业过程需要与作业车进行配套，因此，一旦作业车出现故障，会导致不压井装置则无法实现正常运转。此外，由于作业车在高度上有一定的要求，这也使得不压井装置在实际应用中缺乏基本的安全性以及合理性，整体的作业效率比较低。不压井作业装置从2003年开始进入二次改进，从而实现了动力源与操作套的独立配置，装置整体与作业车也实现了分离，从而使得不压井作业装置摆脱了传统模式下作业车的限制。目前，国内已有不少单位生产不压井装备。如华北石油荣盛机械制造有限公司生产的DY-12-14 带压作业装置；河北省任丘铁虎石油机械有限公司生产的DYZY1821/35；牡丹江市新安石油钻采配件厂生产的DFP12-14 车载动密封防喷作业装置。值得一提的是，牡丹江市新安石油钻采配件厂正在研制JFP 系列35MPa 平衡式静密封防喷作业装置，使用上下两组闸板半封环形防喷器交替抱紧油管，设备伸缩动作时的密封由一只高压密闭伸缩节来实现，闸板半封前密封件与油管间无任何相对运动，为静密封形式，密封件使用寿命较长，避免了现场作业过程中停机更换密封件，大大提高了设备的作业效率；密封件消耗量也降低数倍，降低了作业成本。

4 不压井设备在国内油田使用中出现的问题及建议

通过在各大油田的应用，国内不压井作业在设备上还存在不足，主要包括：

（1）国产设备自动化程度低、操作复杂。国产设备液压系统集成度较低，液压缸、阀岛体积偏大且操作较为复杂。

（2）设备故障率高，可靠性低。环形防喷器胶芯和卡瓦是不压井的关键设备，国产设备在使用过程中发现胶芯使用寿命较短，需要频繁更换；卡瓦卡紧管柱后不松开等情况。

（3）井控设备体积较大造成不压井设备整体结构占地面积大，对井场要求较高。各部件安装复杂，前期准备工作量大，安装、拆卸时间长，影响施工进度。

（4）对进口不压井设备性能挖掘不够，施工内容单一，主要针对注水井方面。国内油田使用不压井设备主要是针对注水井，除此之外，仅在个别气井上使用过，这与国外将不压井设备普遍应用到油、气、水井形成了鲜明的对比，没有完全发挥产品性能。

（5）缺少专门与不压井设备配套使用的工具。目前，还没有形成与不压井作业相配套的专门工具，设备的性能没能完全发挥。

（6）缺少统一的不压井设备性能和操作标准，缺少带压作业的施工标准。

5 发展不压井设备的几点建议

不压井作业技术的应用有效地保护了油层，减少了污染。随着各大油田对不压井技术的重视程度不断增加，国内装备制造业的不断进步以及对国外先进经验的吸收和消化，不压井作业装备正在各大油田广泛推广应用，这项技术一定会发展成油田的主体作业技术。

（1）鉴于不压井作业的巨大效益，应加强不压井作业的宣传和培训力度，提高对不压井作业的认识，在油田大力推广不压井作业。

（2）进一步改进与完善带压作业装置结构,确保施工安全，使安装、拆迁、操作更方便快捷。

（3）开展高温带压作业技术研究，实现注汽井和SAGD井带压作业。

（4）不断完善不压井设备的配套工具的开发，提高该技术对复杂井况的适应性，进一步探索扩大带压作业技术的应用范围。

（5）开展气井带压作业技术研究，解决天然气动态密封技术。

（6）开展带压作业井口操作机械化研究，实现井口远程操作、夜间连续作业。

（7）开展海上不压井作业技术，使不压井作业由陆地油田向海上油田发展。

（8）制定统一的带压作业施工标准和不压井设备操作标准，尽快提高带压作业队伍的技术水平和施工能力，加大操作人员的技术培训。