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1、带压作业工艺配套技术,李文彪 张国防 殷向阳华北油田二连分公司作业大队2008年02月,目 录,一、前言二、DYZY1814/21带压作业装置 带压作业装置的组成及各部分的作用 1、下内堵塞系统 2、正常起管柱控制系统 3、装置各组成部分的作用 其主要技术参数三、该装置具体可以完成的作业项目四、带压作业操作工艺步骤五、安全操作规程及技术要求六、DYZY1814/21带压作业装置试验与应用情况 带压作业装置需解决的技术问题 带压作业装置试验与应用情况七、经济效益分析八、总结九、参考文献,摘要 在油田开发的中后期以及许多特殊油藏开发过程中，完善注采关系、提高水驱效率，以期达到提高最终采收率的目的。
2、应用带压作业技术以其节约资源、保护油气层免受污染，并满足高压油水井施工设计要求等优点，成为许多油田高压油水井施工问题的主要手段。本文针对二连油田高压油水井作业存在的诸多问题，试验应用DYZY1814/21带压作业装置。经过几年的试验应用，基本上实现了井压在15MPa以下的油水井带压作业需要，为二连油田完善注采关系、提高最终采收率发挥了积极作用。,主题词 带压作业 工艺 技术 配套,一、前言,随着油气田开发的不断深入，特别是低效、低渗透油田开发以及油田开发进入中后期阶段，完善注采关系，提高注水效率，成为提高最终综合采收率的主要手段。对于处于高压状态下的注水井施工存在极大的困难和风险。一般多采用泄
3、压甚至使用高密度压井液等方法来降低井内压力，满足常规作业施工的要求。,一、前言,但极易造成：1、注水资源浪费；2、对应井组地层压力整体下降，影响井组产液（产油）量；3、诱发水井吐砂，易砂埋管柱，同时对井身造成损害；4、压井会造成地层污染。,一、前言,为此，积极试验、应用带压作业已经成为解决这一难题的重要手段。带压作业就是达到在井内有压力但采取不扩压、不放喷、不压井措施而进行的井下作业施工。,一、前言,2004年二连油田与河北华北石油荣盛机械制造有限公司合作试验应用其生产的DYZY1814/21 型带压作业装置。经过几年的实践和应用，基本解决了困扰二连油田的高压油水井施工难题，满足了井压15MP
4、a内的油水井施工作业任务，为二连油田的稳定持续发展提供了技术保障。,二、DYZY1814/21带压作业装置,DYZY1814/21带压作业装置,DYZY18-14/21带压作业装置其主要用途是：在作业过程中控制井口压力而有效地防止井喷事故的发生，实现安全作业。,、带压作业装置的组成及各部分的作用,该套带压作业装置带压作业方式主要由两大部分组成（见附图）：1、下内堵塞系统。用水泥车将油管堵塞器送至设计位置。,、带压作业装置的组成及各部分的作用,2、正常起管柱控制系统。正常起管柱控制系统主要由液压系统、管柱密封系统、安全系统、辅助系统等组成。,3、装置各组成部分的作用：,、液压系统 液压系统由液压
5、源、液控操作台、液控管线和蓄能器四部分组成。液压源部分由天动4130柴油机、分动箱、齿轮泵、液压油箱组成。一台齿轮泵的排量为160ml/r，专供升降液缸使用，另一台排量为80ml/r，供其余液控部分使用。每台泵出口都配有可调溢流阀，当压力调定后，多余油量溢流回油箱。,3、装置各组成部分的作用：,液控操作台型号为：FYK2010，最高工作压力为21MPa，10个头，分别控制升降油缸、全封闸板、半封闸板、卡瓦闸板、FH1821环形、固定卡瓦、两台TFZ1821单闸板、游动卡瓦。液控管线应用的是外编钢丝的高压胶管。蓄能器系统配备了4个16升的蓄能器，它的作用是在泵停止工作或系统泄露致使压力降低时提供
6、压力。,3、装置各组成部分的作用：,、管柱密封系统 管柱密封系统由球形胶芯环形防喷器和特种单闸板防喷器组成。球形胶芯环形防喷器：密封管柱。该设备配有一个10L蓄能器，蓄能器内充有一定压力的氮气（充氮气压力为油压的1/3）用于过接箍时起到缓冲作用，减小胶芯磨损。特种单闸板防喷器：参与倒出接箍及井下工具。其闸板及密封胶件都用特种耐压、耐磨材料制成。,3、装置各组成部分的作用：,（参考资料）环形防喷器：环形防喷器有两种结构形式，即A型：锥形胶芯环形防喷器和D型：球形胶芯环形防喷器。球形胶芯环形防喷器由顶盖、壳体、活塞、球形胶芯、防尘圈等五个主要部件组成。锥形胶芯环形防喷器由顶盖、耐磨板、壳体、活塞、
7、锥形胶芯、防尘圈、支撑筒等七个主要部件组成。环形防喷器顶盖与壳体有螺栓连接和爪块连接两种连接方式。环形防喷器动密封均采用唇形结构的密封圈，最大限度地降低了密封圈的磨损，密封可靠胶芯不易翻胶、有漏斗效应。另外，井压亦有助封作用等特点。,3、装置各组成部分的作用：,（参考资料）闸板防喷器：闸板防喷器根据每套所装闸板数量的多少可分为：单闸板、双闸板和三闸板防喷器。他们分别装有一付、二付或三付闸板。闸板防喷器按闸板开关方式可分为液压闸板防喷器和手动闸板防喷器。闸板防喷器按闸板锁紧方式可分为手动锁紧和液压锁紧；闸板防喷器按侧门开关方式的不同，可分为两种形式：旋转侧门式闸板防喷器和直线运动侧门式闸板防喷器
8、。旋转侧门式闸板防喷器侧门开关时，侧门绕着固定在壳体上的铰链座旋转，这种防喷器壳体腔体在垂直闸板轴的纵向截面呈矩形。直线运动侧门式闸板防喷器侧门开关时，侧门沿着位于固定在壳体上的两个侧门开、关活塞杆做直线运动，这种防喷器壳体腔体在垂直闸板轴的纵向截面呈长圆形。,3、装置各组成部分的作用：,（参考资料）橡胶密封件：闸板前密封 闸板顶密封 球形胶芯 O形密封圈,3、装置各组成部分的作用：,安全系统安全系统主要是三闸板防喷器。三闸板防喷器的下腔装全封闸板，可以在井内没有管柱的情况下密封井压。三闸板防喷器的中间装半封闸板，根据井内的管子直径，配上相应的半封闸板，可以在井内有管子的情况下密封环形空间。三
9、闸板防喷器的上腔装卡瓦闸板，卡瓦闸板不起密封作用，其闸板上装的是卡瓦，配上相应规格的卡瓦牙，可以在上部设备进行检修或更换配件时卡紧管子，防止管子窜出或掉入井内。,3、装置各组成部分的作用：,辅助系统 固定卡瓦固定卡瓦在作业过程中主要用于卡住油管，阻止油管上窜。当井内压力对油管上浮力小于井内油管重量时，不用固定卡瓦而改用大钩及吊卡，防止油管掉下去。,3、装置各组成部分的作用：,游动卡瓦（亦叫防顶卡瓦）游动卡瓦是在井内压力对油管的上浮力大于井内管柱的重量时，用游动卡瓦卡住油管，随着升降油缸上升或下降从而提出或压入油管。当井内压力对油管的上浮力小于井内管柱的重量时，油缸及游动卡瓦停用，改用大钩及吊卡
10、。,3、装置各组成部分的作用：,升降液缸 升降液缸的作用是在井压对油管的上顶力大于油管的自重时进行起下油管。当井压对油管的上顶力小于井下油管的自重时，停止使用升降液缸，而用修井机大钩起下油管。,3、装置各组成部分的作用：,横梁 横梁的作用是承受作业过程中的作用力，并且将整套系统连接并固定成一体，从而保证了整个系统的稳定性。本装置共有四种横梁：游动横梁、上横梁、中横梁、下横梁。游动横梁下面安装的是游动卡瓦，上面可以安装重力卡瓦或是吊卡。它的两端分别与升降液缸的活塞杆相连，在作业过程中带到游动卡瓦一起运动，主要是承受游动卡瓦和升降液缸的作用力。上横梁和中横梁的主要作用是将升降液缸和中间的防喷器组连
11、接在一体，保证装置的稳定性。上横梁卡在溢流筒和升降液缸上。中横梁卡在短节和升降液缸上。它们的两边是合页形式的卡子，可以转过1000的角度，卡在升降液缸上。下横梁两边与升降液缸的下部相连，中间卡在下横梁座上，下横梁座下部连接三闸板防喷器，上面连接特种单闸板防喷器。,3、装置各组成部分的作用：,拉杆 拉杆的作用是将整套装置通过铰链和修井机连成一体，保证作业过程中带压作业装置的稳定性。溢流筒 收集环形防喷器里溢流出的液体并按照管线流到指定的地方。承重卡瓦 承重卡瓦固定在上横梁的上面，随上横梁一起运动，用修井机的气线与承重卡瓦的气线接头相连接。主要用于卡住油管，防止掉入井内。卸液筒 卸液筒通过吊绳悬挂
12、在承重卡瓦的上面。主要作用是在起管柱时，储存并排掉油管内的液体。,3、装置各组成部分的作用：,作业平台 作业平台采用高空悬挂式，利用绞链座和钢丝绳使平台与井架相联。逃生滑道 逃生滑道的作用是在操作工人遇到危险时，通过它可以快速离开操作场所。,其主要技术参数,1、内堵塞系统：油管堵塞器。,其主要技术参数,2、正常起管柱控制系统：3FZ18-21三闸板防喷器 全封、半封73mm）、安全卡瓦（73mm）、通径：186mm、其额定工作压力：21Mpa；下横梁、下FZ18-21特种防喷器（前密封：73mm、通径：186mm、最高工作压力：21Mpa）、升高短节（中横梁）、固定卡瓦（卡瓦牙：73mm、通径
13、：186mm、液控压力：21Mpa、最大卡紧力：300KN）、,其主要技术参数,上FZ18-21特种防喷器（前密封：73mm、通径：186mm、最高工作压力：21Mpa）FH18-35环形防喷器（通径：186mm、额定工作压力为35Mpa、控制系统额定工作压力为21Mpa、推荐控制压力为8.410.5 Mpa）、溢流筒（上横梁）、防顶卡瓦（卡瓦牙：73mm）、游动横梁、重力卡瓦（卡瓦牙：73mm）、卸液筒。,其主要技术参数,该带压作业装置升降油缸行程：3500mm；升降油缸工作压力：8-10Mpa；防喷器、卡瓦控制压力：10-14Mpa；升降油缸最大下拉力（10MPa）：35T；升降油缸最大上
14、升速度：（泵2000r/min，160ml/r）：4.5m/min；升降油缸最大下降速度：（泵2000r/min，160ml/r）：12 m/min；卡瓦所配卡瓦牙规格：2 7/8（73mm）；,其主要技术参数,闸板防喷器所配闸板规格：全封、2 7/8（73mm）；承压部件金属件的温度等级：T20（29-121）；普通非金属密封件温度等级：BB（18-93）；耐寒非金属密封件温度等级：AB（26-93）。,三、该装置具体可以完成的作业项目,1、进行带压油管的内堵塞作业；2、带压起下井下管柱及工具；3、井内无油管时的井口全封闭；4、井内有管柱时的套管与油管之间环形空间的封闭；5、进行简单的节流放
15、喷、洗压井等作业；6、进行带压刮削、带压冲砂、带压打捞等附助作业。,四、带压作业操作工艺步骤,1、用水泥车将油管堵塞器送至设计位置；2、摆放修井机，立井架；3、安装73mm带压作业装置及操作平台；4、将液控管线按标识连接好，启动液控系统，检查各连接部位有无渗漏，各连接管线是否正确；5、带压起出井内原井管柱；6、按照地质方案和工程工艺设计进行下步作业施工。,五、安全操作规程及技术要求,1、带压作业设备的安装：由于设备多、高度高、稳定性差因而安装顺序上一定要按照规定要求拆装。安装顺序为拆除井口大四通上盖，安装三闸板防喷器，整体吊装油缸，并与修井机相连，调整好油缸垂直度，背好锁紧螺帽，然后按配置顺序
16、安装单闸板防喷器、升高短节、中横梁、固定卡瓦、单闸板防喷器、环形防喷器等。,五、安全操作规程及技术要求,2、三闸板液动防喷器：作为带压作业装置的安全设施，其不参与带压作业施工，只是当正常带压作业设备出现问题或在组停时，才起用三闸板防喷器，因而三闸板防喷器在带压作业过程中必须始终处于完好状态以保证在紧急状态下使用。,五、安全操作规程及技术要求,3、防止井下高压液体喷出：当井下压力较低时（10MPa）可用环形防喷器封住油管，并使接箍强行通过环形胶芯。此时要根据井下水压调整环形油路减压阀，使胶芯抱紧油管的过程为抱而不死，略有微漏为最佳。若抱的太松就要发生井喷，抱的太紧其阻力太大胶芯磨损就快。当用两防
17、喷器倒出接箍和井下工具时一定要注意先关后开，严防操作失误，造成井喷。,五、安全操作规程及技术要求,4、防止井下油管飞出：带压作业装置配有固定卡瓦和游动防顶卡瓦，当井下油管减少其重量小于井下高压液体对油管上浮力时，油管即要上串，此时带压作业装置的操作就要靠油缸起降并用防顶卡瓦控制。因此，特别注意必须按照先卡紧再松开的原则操作。否则油管会飞出伤人，并造成事故。,五、安全操作规程及技术要求,5、紧急状态的防喷处置：带压作业装置的动力源用柴油机带动，当动力源部分突然发生故障时应及时起用蓄能器系统，用蓄能器内储存的高压油来关闭相应的闸板和卡瓦。为此，在作业前应先把蓄能器截止阀打开用泵把蓄能器内充足18-
18、20Mpa高压油（此时应把某个手动换向阀搬到开启位置把80泵溢流阀调到20Mpa），充好高压油后及时把截止阀关闭保压，当发生故障时应先把应该关的防喷器的换向阀手柄搬到关的位置再迅速打开蓄能器截止阀，使防喷器迅速关闭以免失控。,五、安全操作规程及技术要求,6、紧急情况下的人员逃生：由于高空操作台有6米多高，因此高空作业人员必须戴安全带。另外，在紧急情况下作业人员可利用逃生滑道迅速撤离。下面液控台操作手要迅速关闭有关防喷器。,五、安全操作规程及技术要求,7、井压突然变化的处置：液控台上专门有从井口接过来的井压观测表，操作手应密切注意井内压力变化情况。如井压突然增高较大，应及时关闭下面的三闸板防喷器
19、半封闸板和安全卡瓦，查找原因或是适当压井或是短时放喷等措施使井压恢复正常压力后再进行带压作业。,五、安全操作规程及技术要求,8、统一带压作业的指挥手势：如起、降、停、关、开、大、小。,五、安全操作规程及技术要求,9、液控台操作手要熟知带压作业设备的结构原理和性能，并能熟练操作。另外，要熟练掌握带压作业操作的工艺程序，要和修井机操作手、平台上的作业工人配合默契。特别说明的是液控台操作手要特别注意三闸板放喷器最下面的全封闸板不应随便乱动，只有空井时才能使用，以防止井内有油管时关闭全封把油管卡扁，造成事故。,五、安全操作规程及技术要求,10、高空平台应牢固可靠，四周有围栏，平台上所有工用具用的时候要
20、系保险绳，不用时放在工具箱内。严防掉下伤人。,六、注意事项,1、每次施工前，都要召开班前会，进行工作、技术交底，使每一位在场人员都要知道该井的施工目的、井下现状、施工步骤、质量要求以及安全注意事项等等。2、在不连续作业时，要关死单闸板防喷器和固定卡瓦、游动卡瓦，有必要就也关闭三闸板防喷器上的半封和安全卡瓦。油管上连接好旋塞阀。,六、注意事项,3、在操作带压作业装置时，必须时刻牢记先关死后打开的原则。4、注意保护环境。5、晚上留有值班人员。,七、DYZY1814/21带压作业装置试验与应用情况,、带压作业装置需解决的技术问题,二连油田属低效、低渗透开发油田，经过十多年的开发，在其主力区块注水压力
21、已经平均高达1016MPa左右，有的区块超过20MPa。要解决好高压油水井施工问题，带压作业装置应达到的作业技术要求：1、满足井压在1215 MPa的油水井施工作业技术要求。2、进行带压油管的内堵塞作业，解决好油管密封问题。3、带压起下井下管柱及工具，解决好油套环空动态密封问题。4、进行简单的节流放喷、洗压井，带压刮削、带压冲砂、带压打捞等附助作业，解决好系统配套、安全操作和施工工艺技术问题。,、带压作业装置试验与应用情况,2004年为试验阶段，主要选择了三口不同压力井进行技术指标、施工操作、安全控制等项目试验。试验情况如下：,、带压作业装置试验与应用情况,1、带压作业装置操作系统、施工操作工
22、艺技术和安全控制等项目试验情况 2004年8月21日10月5日，我们在蒙616井进行了第一次水井带压作业。该井为蒙古林砾岩油藏横向区内部的一口注水井。1993年7月16日完井，9月12日投注，完钻井深890米，注水井段812.0861.6米，28.8米/5层，施工前注水压力9.0MPa，日注150m3。该井区一类隔层稳定发育，受其影响，纵向上层间矛盾突出，经产吸剖面分析区域顶部油层剩余油富集，为缓解层间矛盾，提高顶部46#小层的水驱波及体积，计划对该井实施一级两段分注。完成的施工任务是下分注管柱，封隔器卡点：828.00.5m。实现分层注水，上段加强90 m3、下段限制30 m3。,、带压作业
23、装置试验与应用情况,在试验中由于不断发现设备、工艺技术和安全操作等方面暴露出来的问题，并不断加以完善和解决，所以施工周期较长，达45天。但试验为DYZY1814/21 型带压作业装置及施工工艺技术的改进提供了可贵的经验。,2、带压作业装置技术指标和安全控制试验情况,2004年10月7日-11月1日我们在阿1043 井进行带压作业施工。该井为阿10断块综合治理调整方案里的一口细分注水井，施工前注水压力14.6MPa，日注50方。根据方案分析，认为该井区由于层间矛盾突出，非主力层水驱程度低，需要进行细分注水，以加强非主力层注水，增强接替能力。同时该井在96年6月份对1115#层进行压裂时，下丢手封
24、掉了17、21#非主力层。为此，建议该井首先捞出丢手，对1637m处验窜合格后，一级两段分注。上段：1113#层；下段：15、17、21#层；卡点：1637m。,2、带压作业装置技术指标和安全控制试验情况,该井施工工序较多，施工压力适中，施工技术难度相对较大，为DYZY1814/21 型带压作业装置提供了难得的试验机会。试验用时25天，完成了该井设计的要求。由于技术等停时间减少，施工操作逐步熟练，较大的缩短了占井周期。对于带压装置来说主要的任务是继续解决液压系统、管柱密封系统和安全等系统存在的问题。,2、带压作业装置技术指标和安全控制试验情况,2004年11月3日11月18日在哈12-217井
25、进行了第三次水井带压作业。哈12217井为哈南油田哈301断块A上、中及A上的一口注水井。该井于1990年9月19日完井，11月1日投注，完钻井深1930米，注水井段1576.61754.4米，69.4米/21层，施工前注水压力20.8MPa，日注43.7m3。该井原为油套分注井，但由于井口油管闸门、套管闸门损坏，使得该井无法进行正常的分层调配，从而影响到周围部分生产井的产量。因此，为了更好地进行控制周围油井的含水上升，缓解层间矛盾，对该井进行重新分注。,2、带压作业装置技术指标和安全控制试验情况,为了应对高压带来的技术问题，该井在施工前和施工中技术等停时间较长，但有效施工天数已经控制在20天
26、以内。不断改进和完善的DYZY1814/21 型带压作业装置在施工中发挥了较好的作用，基本达到各项技术指标，圆满地完成了该井的施工设计要求。现场指挥人员和操作人员已经能够较为熟练的掌握了该装置的操作规程和工艺技术，并摸索了一套行之有效的安全操作办法。由于该井施工时井内压力下降至14 MPa，无法验证带压作业装置额定最高工作压力为15 MPa的要求。,3、试验前期发现的问题,在三口井的试验过程中，主要存在以下问题：（1）、动力操作系统中液压油温度过高，需要加一液压油散热器；（2）、动力操作系统需要扣蓬；（3）、高压管线的快速接头问题较多，主要集中在自动脱落、堵塞等。因此，为工作和安全起见应该将所
27、有快速接头换成高压油壬；（4）、48.3mm带压作业装置和73mm带压作业装置中的防顶卡瓦问题较多，急需更换；（5）、液压控制台中的九路换向阀中位大都稳压不住、回流压力高、回位控制不明显等；（6）、液压控制台仪表连接管线卡头安全性差，应更换；（7）、液压控制台中的管线各连接部位均有不同程度的渗漏。,4、应用阶段,2005、2006年除了验证DYZY1814/21 型带压作业装置额定工作压力外，主要为应用阶段。2005年4月1日至10月31日共施工10口井，2006年4月1日至11月6日共施工18口。近三年共实施带压作业31口井（具体见附表）。经过多年摸索，目前施工周期已经控制在10天左右。在此
28、阶段，我们摈弃了48.3mm带压作业装置，主要的是发明了一种更加简易的油管内堵塞器投送工艺。目前，该装置主要是73mm带压作业装置。,八、经济效益分析,从2004年8月21日到2006年11月6日，DYZY1814/21 带压作业装置在31井次水井带压作业施工中得到应用，基本解决了二连油田高压油水井带压作业技术难题，也创造了可观的经济效益。成本投入：购置该装置投资175万元、配套的作业设备和车辆投资200万元、每口井施工成本6万元，施工31口井约消耗成本186万元。合计投入：561万元。,八、经济效益分析,创造收益可分为直接收益和综合收益。直接收益：2004年结算收入：3井次50.4065万元
29、；2005年结算收入：10井次248.2025万元；2006年18井次预计372.2780万元。三年共收入670.8870万元。因此，三年基本收回投资。综合效益：（1）、截至目前为止，据粗略统计31口井不放压、不扩压共节约注水费26万元（备注：按每口注水井放压一个月每天放出水量60方、每方水用电7.7度、每度电费0.6元计算）；（2）、提高井区水驱效率、减少地层伤害等。,九、总结,经过试验证明：（一）、该装置最佳状态主要应用于井压在15MPa以下的油水井作业施工。对于井压过高的油水井，施工中油管密封和油套环空动态密封难度较大，施工安全风险较高，应谨慎选择；（二）、与之配套的安全操作规程和施工工艺技术要求，基本上能够满足大直径工具管柱的起下和辅助作业工序要求；（三）、该装置在气温过低的情况下，其密封胶件存在硬化风险，会加大密封件的磨损，导致密封效果欠佳。所以，该装置不适于二连油田冬季作业施工。,九、总结,另外，尽管带压作业在我国还属于起步阶段，其装置还有待于进一步地改进，但带压作业这一新的作业手段必将会在我国的油田发展中得到很大的推广和应用。,十、参考文献,王鸿勋 张 琪：采油工艺原理，石油工业出版社1981年版。徐继鑫：采油工程，江汉石油管理局 1986年。得克萨斯大学（美）编 唐北星等 译：油井维修，石油工业出版社1982年版。,祝各位领导、专家工作愉快、身体健康！谢 谢！,
