一种机抽井口高压转换工具的研制与应用

宋正聪, 李 青, 高珊珊， 李 楠, 陈生财, 杨 征

(1中国石化西北油田分公司 2中石油青海油田采油一厂采油工艺研究所)

0 引言

塔河油田油藏类型为缝洞型碳酸盐岩油藏，油藏埋深在5 500～7 000 m，压力系数一般为1.08～1.10，50℃地面原油黏度在1 500～1 800 000 mPa·s，硫化氢浓度平均为13 275 mg/m3。近年来，稠油油藏产量占西北油田产量的60%以上，是油田增储上产的重要阵地。

塔河油田稠油油藏开发采用套管掺稀降黏方式进行，现场管理不到位可导致稠油堵塞油管，需上修井机更换70 MPa井口正打压解堵或检管维护，目前存在以下难题：①上修井机穿换井口，增加作业成本达11万元，检管费用高达30余万元;②穿换井口时间需要3 d，影响油井生产时效；③70 MPa井口高度较高，部分井抽油机基础高达2 m以上，给现场管理带来诸多不便[1]。为解决以上问题，研制了井口高压转换工具，该工具将35 MPa井口承压提高至70 MPa，适用于稠油井解堵、注气、酸化等作业[2]，取得较好效果。

1 高压转换工具结构原理

1.1 结构

该35 MPa机抽井口高压转换工具主要由密封组件、中心管、验封插杆三大部分组成(见图1)。

图1 高压转换工具结构示意图

1.1.1 密封组件

主要由两个橡胶密封胶筒和一个试压胶筒组成，采用双向皮碗橡胶密封，材质为氢化丁晴橡，承受压差为70 MPa；高压作业时压力通过传压孔挤压两个口朝下的胶皮碗，皮碗膨胀后起到与采油树隔离的作用，使35 MPa井口耐压提高至70 MPa[3]。设计专门验封结构和验封插杆，施工前可试压确保密封效果。

1.1.2 中心管

中心管上部为Ø79.4 mm 5000PSI R35～Ø88.9 mm EU丝扣法兰盘，具有8个M30×3×138双头螺栓，该法兰以栽丝方式连接至机抽井口上，主要起到固定工具作用；外侧有橡胶密封胶筒和一个试压胶筒；中心管内部为内径43 mm的过流通道，管壁下部有试压孔和倒液孔，在倒流孔下部设计缩径部位，坐封验封插杆堵塞中心管内过流通道；底部有抽油杆悬挂接头，底部设计抽油杆母扣，解封杆式泵，可悬挂井内抽油杆至井口，实现快速启抽恢复生产。

1.1.3 验封插杆

验封插杆为实体杆柱，顶部外侧对称设计过流槽，底部为台阶结构，台阶周围设计4圈“O”型密封圈，封堵中心管内过流通道。正打压通过传压孔使橡胶皮碗膨胀，可实现对工具试压(见图2)。

图2 高压转换工具验封示意图

1.1.4 油管刮壁器

由连接头、本体、刮刀组成(见图3)。连接头在上部可以与抽油杆进行连接，用于下放工具、通管、刮壁。

1.2 工作原理

高压作业时压力通过传压孔挤压两个口朝下的橡胶皮碗，皮碗膨胀后起到与采油树隔离的作用。使用时，将高压转换工具的中心管从350机抽井口顶部R35法兰部位直接穿入井内油管中，底部可悬挂抽油杆，上端连接泵车管线，下端带有两个橡胶密封胶筒和一个试压胶筒。使用时，将高压转换工具从井口下放至油管悬挂器内下方，利用橡胶密封将采油树与油管压力隔离，避开机抽井口的各个35 MPa承压点，能够使泵压直接作用到油管内，实现将350机抽井口油管注入压力提高至70 MPa[4]。为确保密封效果，需对密封装置进行试压，在液流通道上部设计缩径部位，专门设计验封插杆，穿入验封插杆后正打压，可实现对密封装置试压(见图4)。取出验封插杆后进行高压解堵等施工作业。

1.3 技术参数

工作温度：-30℃～80℃；额定工作压力：70 MPa；工具长度：2 123 mm；中心管外径：74.5 mm；中心管内径：43 mm；橡胶皮碗外径：80 mm；验封插杆长度：2 000 mm；过流孔长度:30 mm；过流孔宽度：10 mm。

图3 油管刮壁器结构示意图

图4 高压转换工具工作示意图

1.4 结构特点

1.4.1 结构简单

顶部直接通过法兰连接至机抽井口R35法兰上，底部设计抽油杆母扣悬挂(见图5)抽油杆，解封杆式泵，可将井内抽油杆悬挂至井口，实现快速启抽恢复生产[5]。

1.4.2 密封性能可靠

密封部分采用双向皮碗橡胶密封，材质为氢化丁晴橡，密封性能可靠，使35 MPa井口承压提高至70 MPa，有效降低井控风险。设计专门验封插杆和验封结构，使用前可试压确保密封效果。

1.4.3 配套完善

专门设计油管刮壁器，清除油管内壁上残留的铁锈杂质，确保皮碗橡胶密封一次性成功。由于存在高压作业期间可能需要泄压、开井生产，常规机抽生产流程可能超压等问题，因此现场专门配套70 MPa管汇流程。

图5 抽油杆悬挂示意图

2 现场应用评价

2.1 现场应用情况

2012年9月份以来，机抽井口高压转换工具在塔河油田A1、B2等146口井成功进行了稠油解堵、注气、酸化等施工，成功率100%，节约作业成本1 525万元，取得了满意效果[6]。

2.2 典型井例

A1井2013年2月因稠油上返堵塞油管，安装机抽井口高压转换工具后实施打压解堵作业，现场最高施工压力达54 MPa，施工过程井口未出现异常情况，解堵成功[7]。

B2井2016年9月井实施注气作业，该井为35 MPa机抽井口，直接安装机抽井口高压转换工具后实施高压注气，井口最高压力达39 MPa，现场应用成功。注气后焖井时间长达35 d，期间工具密封性能良好[8]。

2.3 现场使用步骤

1)检查高压转换工具橡胶皮碗是否完整，无划痕。

2)上吊车解封杆式泵，拆原井口二级密封和双闸板防喷器，倒扣光杆、下放。

3)采用油管刮壁器对双公短接上下2 m反复进行清洗、刮壁3～5次，确保油管内壁干净。

4)对扣上提抽油杆，倒扣出2根抽油杆，吊装高压转换工具，将井内剩余抽油杆与高压转换工具底部母扣连接后悬挂至井口，中心管从R35法兰部位穿入油管中，确保橡胶皮碗无损伤。

5)送入验封插杆，正打压70 MPa试压，不渗不漏，稳压30 min为合格。

6)取出验封插杆，实施稠油解堵、注气三次、酸化等高压作业。

下步随着塔河油田稠油开发规模不断深入，该装置在降成本、提时效方面将有广阔的应用前景。

3 结论

1)针对部分稠油井高压解堵施工过程中频繁上修井机穿换井口的问题，研发的机抽井口高压转换工具具备试压、正注、悬挂抽油杆功能，较好满足现场施工要求。

2)应用机抽井口高压转换工具，可实现机抽井口承压级别由35 MPa提高至70 MPa，避免两次上修井机穿换井口，有效降低井控风险，单井次节约时间3 d，有效提高解堵施工时效。

3)现场应用实践证明，机抽井口高压转换工具安全可靠，工艺成熟，操作方便，单井次节约成本11万元，建议在稠油解堵、注气、酸化等高压作业中推广应用。