井下压力反馈式油管堵塞器的应用探讨

井下压力反馈式油管堵塞器的应用探讨

刘兴山1张永坤2李国明3

中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司油气井下作业中心孤岛作业区

山东省东营市257000

摘要：随着胜利油田的深入开发，冲砂、封堵、钻铣等井筒处理方式应用越来越广泛，而在该类施工中由于地层静压、施工方式的差异会造成施工中井液外溢的现象，环空内溢流可以通过防喷器以及自封进行有效控制，但油管内溢流却没有完全有效的控制措施，对施工中的井控、环保、安全、油层保护工作造成较大的影响，为解决该类问题，设计加工满足施工的堵塞器，用以控制管内溢流，增强油层保护能力，提高现场施工中的控制能力。经过在100多口作业现场的应用，对施工中的井控、环保、安全、油层保护工作有了较大的改进，取得了较好的效果。

关键词：油管堵塞器；溢流；旋塞；单流阀；防污染

一、前言

目前在井下作业施工现场循环施工连接管柱时发生油管内溢流无法进行有效、合理控制，造成施工中井液易出现无控制外溢的主要原因是管内没有有效控制工具：单流阀只能单向循环，无法同时建立正反循环通道，旋塞只能地面控制，入井后失去控制；堵塞器虽然可以建立正反循环通道，但属于一次性工具，打开后无法关闭，同时仅适用于液体施工，对于填砂或者注灰施工、投球等复杂施工无法实施。

二、井下压力反馈式油管堵塞器设计思路及原理

1、设计思路

根据问题分析，影响施工的主要原因是油管内液流没有可靠有效的控制，因此解决该课题的关键是解决有效控制油管内通路。

2、设计要点

2.1控制方式的确定

机械式、电气控制操做简单，但需要将控制端和主控端连接，不适合井下工具的控制。

液压控制可以通过工具人为调整工具两端的液柱压力，利用井内流体产生的压力进行操作控制，达到工具打开或者关闭的操作目的。

2.2液流通道的确定

通过堵塞器将油管通路截断为上下两部分，堵塞器以下部位为油套联通，深度随着油管的入井不断变化；工具上部为封闭区，利用工具截断油管通路，控制油管内流体无法从井口流出。

2.3工具结构

工具外形为长圆柱型。

工具分为密封部分、锚定部分、锁定控制部分、抓捞部分四部分组成；密封部分采用皮碗封样式，利用压差加强自封能力密封油管上下空间；锚定部分采用锁球状模式，锁定工具在油管内的位置，控制工具有效隔断油管通路；控制部分利用井内流体压力控制锚定部分打开或者锁定锚定部分动作，可以单独控制锚定部分增加锚定控制的可靠性；抓捞部分为起管柱投放工具时固定使用。

各部分均采用螺纹连接，简单方便可靠，根据施工要求不同，可以更换相应的部件。

2.4控制动作设计

整套工具采用液压控制打开，锚定部分与锁紧控制部分均为长关状态；利用油套压差控制锚定和密封部分工作，利用上部液柱压力调节锁定控制部分所处工作状态。

a油套压差小于锚定设计压力时工具固定不动

b液力反馈压力小于解锁设计压力时工具锚定不动

c油套压差小于锚定设计压力、液力反馈压力大于解锁设计压力时工具锚定不动

d油套压差大于锚定设计压力、液力反馈压力小于解锁设计压力时工具锚定不动

e油套压差大于锚定设计压力、液力反馈压力大于解锁设计压力时工具接触锚定上移

f起管柱前投放送工具到位，抓捞固定工具不上行

3、工作原理

根据现场井况或者施工需要调整工具工作压力。

管柱入井时在管柱底部接相应匹配的厚壁短接1根，内置液力反馈式堵塞器下入井内；堵塞器锚定在油管内隔断油套通路，油管被封闭，随着油管的不断深入，油套间逐步建立压力不平衡；当油管深度下入超过压力反馈压力差值和锚定压力值时，如果工具上部无反馈压力或者压力小于反馈压力值时，则工具不解锁位置不动，隔断油管通路；当上部液柱压力增加至设计值时，则工具解锁，控制部分打开，随着油管的不断加深，工具随着油套压差的变化不断上移平衡油套压差，液力反馈区不随油管的深入发生变化，距离井口位置相对确定。距离井口位置相对不变，油管不返液；井内流体通过油套环空由防喷器和自封控制流入储液池。

当油套压力突然发生变化时，压力迫使堵塞器随油管内液柱上行，直至油套压力达到设计平衡值；如压力无法达到设计平衡值，堵塞器继续上行，推动液力反馈区上行，缩短反馈区长度，当反馈区内流体由油管内流出后，反馈区压力值随即降至设计压力值以下，随即控制部分锁死，强制锚定部分工作，锚定堵塞器截断油管通路。

当油管下至设计深度，需要进行下步施工时，反循环洗井，在井口油管顶部装闸门，控制出口排量，建立反馈区压力达到设计压力，将堵塞器洗出，建立油管正反循环通道；即可进行填砂、注灰、投球等复杂施工。

起管柱时如果油管仍有溢流，则可将该工具加装抓捞部分、更换密封部分；倒置投入油管内，水泥车正循环小排量泵送工具至油管鞋处，由抓捞工具固定工具不上行；泵送过程中注意观察泵压变化以及用液量，用以判断工具所处位置。

三、井下压力反馈式油管堵塞器的适用范围

井内液面高，管柱下入井内造成液体外排地层能量充足，造成井液外溢油套压力不平衡导致井液流出。

四、实施效果

井下压力反馈式油管堵塞器的使用杜绝了油管出液作业，缩短施工时间，提高作业时效，有效的实现井控、环保可靠控制工作，杜绝冒喷、带溢流作业、提高作业时效，同时减少因井溢造成环境污染及油气层破坏，降低施工人员人身安全危害使用，操作简单，适用范围广，有推广使用价值，效果明显。

参考文献：

[1]赵昌祥等.井下作业.北京：石油工业出版社，1990：61-713/19/04

[2]唐北星等.油气层保护.北京：石油工业出版社，1984：284-287