带压作业装置技术发展及展望

2017年03
月
带压作业装置技术发展及展望
杨峰张梁
孙灵兰刘洪应唐廉宇（长江大学地科学院，湖北荆州434023）
摘要：介绍了国内外带压作业设备的技术、现状及未来发
展，对带压作业工艺关键技术：如何对管柱内、油套环空压力进行控制和管柱上顶力控制进行了分析，并提出了带压作业装置未来的发展趋势，可为带压作业装置及工艺的技术发展提供参考。

关键词：带压作业；技术现状、压力控制、发展趋势
带压作业技术是近几年发展起来的一种新技术,其作业方式为：在井口不放压的情况下，进行钻、修井作业。

这种作业技术不仅可以保持原始地层压力，提高采出率而且还可以避免施工过程中对地层的污染及伤害，最大限度的保护开采层的潜能、及环境。

因其可以保证原始地层压力不被破坏所以对油田后期的产能回复及稳产有很大帮助。

近年来，随着环保及石油工艺的发展，带压作业技术及工艺已经被广泛推行，这使得带压作业设备在国内也得到了迅猛发展，带压作业装置的标准、操作规程及其标准已经相继出台。

1国内外技术现状
国外带压作业技术发展比较早，工艺技术水平相对成熟，早在20世纪20年代美国一家公司就已经开始试验。

经过多年的发展，国外带压作业设备压力等级最高可达105MPa ，并且形成了在不同工况、不同压力等级条件下的成体系配套的油管内封堵工具，其作业效率较高，设备的安全性、稳定性经过长期的发展也达到了较高的水平，并广泛应用于气井、油水井带压作业。

国内带压作业研究始于20世纪60年代，起步相对较晚，技术理论滞后，施工压力等级较低，油管内封堵工具没有形成配套体系，水井带压作业不能实现封隔器以下钻具的封堵，不能够达到全程带压作业的目的，并且带压作业效率相对较低，主要施工于水井带压作业。

2带压作业核心技术
带压作业的核心技术为对井内压力的控制、油管和套管间环空压力的控制、管柱上顶力的控制三部分。

2.1油管内压力控制
管柱内压力控制主要是采用合适的堵塞工具和工艺对油管进行投堵施工，从而达到对油管内的压力进行有效的控制。

国内各油田根据带压作业现场的实际工况研发了不同种类的管柱内堵塞工具，如油管桥塞、单流阀、双作作用阀、预置工作筒等，通过水力投送、钢丝投送和空心油杆等投送方式，有效解决了带压作业技术中管柱内压力控制的核心问题。

油管投堵施工的常规步骤为：首先，根据施工目的和井况选用管柱底部封堵方式；然后采取安全保障措施，当内堵工具座封后，向管柱内注入水及其他介质，保障内堵工具处于良好工作状态，如果井下管内堵塞器发生泄漏会提前发现溢流，可以抢装旋塞阀。

油管内压力的有效控制离不开堵塞工具和工艺技术，二者相辅相成，缺一不可。

2.2油管和套管间环空压力的控制
油管和套管间的环空压力控制主要依靠带压防喷器组进行控制，两个半封闸板防喷器相互配合倒出接箍以及配合放压阀和卸荷阀起出井下工具。

另外还有一种特殊防喷器，其特点是采用油缸外置式结构，驱动闸板的液缸外装于防喷器本体两侧，闸板结构形式为圆柱形，前密封于管柱的接触面积增加，密封更可靠，前密封镶嵌有特殊耐磨材料，使前密封在满足动密封的工况下具有较长的使用寿命。

2.3管柱上顶力的控制
带压作业施工过程中主要是利用卡瓦和升降液缸的配合来对管柱的上顶力进行有效控制。

卡瓦对管柱提供卡紧力，然
后依靠升降液缸来控制管柱的起下。

现阶段主流的带压作业
装置主要配置为锥形自紧式卡瓦。

此类卡瓦系统用1个液缸实现2个卡瓦体同步动作，采用液压回路控制卡瓦的关闭和打开，关闭压力可调，关闭和打开的速度可调。

为了防止误操作而发生坠管和窜管事故，整个卡瓦系统配备2套承重锥形自紧式卡瓦和2套防顶锥形自紧式卡瓦，在液压控制系统中，对升降液缸的控制要求具备换向、制动、差动、锁死和速度可调等功能，这些控制功能的实现主要是通过液缸控制阀配合液压辅助回路实现。

另外在液压控制系统上还安装了卡瓦互锁装置，以防止处于工作状态的1对承重卡瓦或防顶卡瓦同时处于打开位置，从而保证了操作的安全性。

3发展趋势
3.1高性能、高稳定性、高安全性
带压作业装置主要是由液控系统组成，但国内液控系统中的的液压阀件稳定性较差，举升液缸行程较短，速度较慢，因此导致施工作业效率低，与进口液压设备存在一定差距。

因此提高液控部件的可靠性变得非常重要。

同时为保证施工安全，可在卡瓦液控系统上安装互锁装置。

安全防喷器、剪切闸板等重点设备的液控操作也可在远程和司钻两处进行控制，如遇突发情况可就近采取措施。

3.2节能、环保
随着对环保意识的增强及外部市场油价的下跌，作业成本的不断攀升，各公司已越来越重视作业过程中的节能、环保。

电力驱动修井机及带压设备已经推广并相继在各油田推广使用。

这不仅大幅降低了作业成本，也对环境保护起到了积极的推进作用。

3.3智能化
未来带压作业装置将会融入更多的传感技术配合现场操作人员，实现油管接箍，防喷器及卡瓦开关等设备的检测使带压作业更智能化。

并且可以将井筒各项数据输入带压设备，系统将会生成计算并生成施工中的关键参数，对现场操作人员的施工起到一定的指导及参考作用，当人工智能化发展到一定水平也可实现井口无人智能化施工。

4结语
(1)对国内外带压作业装置进行了分析比较，国外带压设备及工艺由于起步较早，经过长期发展，现阶段其带压设备及工艺都比较成熟，已经实现规范化和系列化，而国产设备及工艺现阶段能满足的带压工艺还不完善，需要加快步伐提高自身带压设备性能及其工艺。

(2)分析了带压作业的核心技术，油管内压力控制应由堵塞工具和相关工艺结合起来保证作业安全；带压防喷器组中的半封闸板前密封要求在起下管柱频繁的情况下具有较高的使用寿命；为了实现对管柱上顶力的有效控制，对液压控制系统的要求越来越高。

(3)结合自己的理解，简单对带压作业装置的发展趋势进行了分析预测。

作者简介：杨峰（1986-）男，汉，陕西泾阳，工程师，本科，单位：长江大学地科学院
张梁（1979-）男，汉，天津，中国石油物资天津公司经理助理/中级，研究生
孙灵兰（1980-）女，汉，湖北，中国石油天然气股份有限公司天津销售分公司主管，中级，
刘洪应（1984-）男，汉，重庆万州，技术员，助工，本科，单位：冀东油田井下作业公司，研究方向：带压作业技术
唐廉宇（1992-）男，汉，河北唐山，技术员，助工，本科，单位：冀东油田井下作业公司
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