CN208057079U - 气井带压作业井口装置 - Google Patents

Abstract

气井带压作业井口装置涉及石油机械，包括下方的防喷密封组件和上方的油管升降控制组件及固定二者的机架（19），所述防喷密封组件包括由下而上依次连接的第一闸板防喷器（2）、密闭式液压钳（3）、第二闸板防喷器（5）、泄压阀组件（6）、喷淋润滑装置（7）和环形防喷器，所述油管升降控制组件包括下横梁（8）、主油缸（10）、中间横梁（12）、固定承重卡瓦（14）、固定防顶卡瓦（15）、游动旋转防顶卡瓦（16）、上横梁（17）、游动举升卡瓦（18）。本实用新型具有设计合理、体积小、便于运输和装配、使用及操作方便、工作可靠、效率高及可节省大量人工和设备成本。

Description

气井带压作业井口装置

技术领域

本实用新型涉及石油机械，具体涉及一种在不压井、不泄压、不释放井内介质前提下，对天然气井、页岩气井、煤层气井进行带压修井作业的井口装置。

背景技术

最近几年大规模开发及新投产的常规和非常规天然气井，如页岩气、煤层气井，开始进入第一维修周期，由于国内气井一般不配备井下套管阀，在作业的全过程中整个井筒都充满高压，为避免修井时井内高压气体喷出，因此在修井时必须选择高密度泥浆压井-常规修井作业，或者带压修井作业。

压井作业使用的压井液或高密度泥浆可以压住井内高压气体，但压井液或泥浆会渗入地层封闭微裂隙，对天然气井，尤其是页岩气井的产能损害特别大，高密度泥浆压井-常规修井作业后，普通天然气井会损失产能20%以上，页岩气井可能会损失产能50%以上，甚至彻底被压死完全丧失产气能力，因此维修时选择带压作业是必然选择，暂不具备带压修井作业条件的一般选择停产封井待修。

带压修井作业时，井下工具以下管柱串的内堵塞是世界级难题，没有合适的解决方法。

目前在气井作业中，有些作业要求起出井下的射孔枪，射孔枪外径面由于射孔弹爆炸导致不规整，内外通透，传统的捞矛倒管工艺无法完成此类作业；国外的作业服务公司由于无法完成作业，都会选择回避这种井位作业；如果这种井位必须作业，一般采用压井作业方法，会造成井位产能严重下降。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种在不压井、不泄压、不释放井内介质前提下，对天然气井、页岩气井、煤层气井进行带压修井作业的井口装置。

本实用新型的技术解决方案是：气井带压作业井口装置，包括下方的防喷密封组件和上方的油管升降控制组件及固定二者的机架，所述防喷密封组件包括由下而上依次连接的第一闸板防喷器、密闭式液压钳、第二闸板防喷器、泄压阀组件、喷淋润滑装置、第一环形防喷器、第二环形防喷器，所述油管升降控制组件包括下横梁、主油缸、中间横梁、固定承重卡瓦、固定防顶卡瓦、游动旋转防顶卡瓦、上横梁、游动举升卡瓦，固定承重卡瓦和固定防顶卡瓦由下而上依次连接在第二环形防喷器上方，主油缸缸体与下横梁固定连接，主油缸的活塞杆与上横梁固定连接驱动上横梁上下移动，游动旋转防顶卡瓦和游动举升卡瓦与上横梁固定连接。

本实用新型的技术效果是：本实用新型设计合理、体积小、便于运输和装配、使用及操作方便、工作可靠、效率高及可节省大量人工和设备成本。

采用了密闭式液压钳用于起出无内堵塞的井下工具及管柱；在装置中设置了喷淋润滑装置，该装置位于下环形防喷器以下，在作业中上提管柱串时，喷淋装置可向管柱串表面喷水或油，使管柱串通过环形防喷器胶芯时的摩擦系数及摩擦力有较大幅度下降，降低环形防喷器胶芯磨损，并避免了静电积聚；使用上下两个环形防喷器进行两级减压，将井内压力均分成两级环形防喷器的上下压差，提高了环形防喷器的密封可靠性及使用寿命；在两级环形防喷器之间的腔段恒压供液，该液体段可在起下管柱时浸润管柱表面，在管柱通过上下环形防喷器胶芯时起润滑作用，同时该恒压液体段可辅助密封井下气体。

本实用新型装置可以使用一种特定工作流程：设备高压内腔带压卸扣-捞矛倒管工艺，在带压状态下起出包含井下工具在内的全部无内堵塞的管柱串，绕开内堵塞难题，彻底解决无内堵塞管柱串作业问题。

本实用新型装置可以使用防喷密封组件中的密闭式液压钳在装置高压腔内逐级卸开射孔枪体，用捞矛或捞筒逐段取出，解决了起出射孔枪难题，避免了压井作业造成的产能下降问题。

附图说明

图1为本实用新型防喷密封组件及油管升降控制组件部分的结构示意图；

图2为本实用新型机架部分的结构示意图。

具体实施方式

如图1和2所示，气井带压作业井口装置，包括下方的防喷密封组件和上方的油管升降控制组件及固定二者的机架19，所述防喷密封组件包括由下而上依次连接的第一闸板防喷器2、密闭式液压钳3、第二闸板防喷器5、泄压阀组件6、喷淋润滑装置7和环形防喷器，所述油管升降控制组件包括下横梁8、主油缸10、中间横梁12、固定承重卡瓦14、固定防顶卡瓦15、游动旋转防顶卡瓦16、上横梁17、游动举升卡瓦18，固定承重卡瓦14和固定防顶卡瓦15由下而上依次连接在第二环形防喷器13上方，主油缸10缸体与下横梁8固定连接，主油缸10的活塞杆与上横梁17固定连接驱动上横梁17上下移动，游动旋转防顶卡瓦16和游动举升卡瓦18与上横梁17固定连接。

所述环形防喷器由第一环形防喷器9和第二环形防喷器13连接构成。

所述第一环形防喷器9和第二环形防喷器13之间设有水腔短接11。

所述第一闸板防喷器2下方设有旋转法兰1与井口连接。

所述密闭式液压钳3与第二闸板防喷器5之间设有接箍探测装置4。

所述机架19由至少可拆卸连接的两段构成。

所述机架19底部设有液压支脚与地面连接。

所述液压支脚包括固定支脚20和通过支臂21铰接在机架上的摆动支脚22。

旋转法兰安装在井口装置最下端，其下法兰在与被作业气井井口连接时可自由旋转，而不必旋转作业装置整机，有利于作业井场的布局，提升作业便利性。

第一闸板防喷器应包括至少三层闸板：半封闸板（用于在井内有管柱时关井）、全封闸板（用于在井内无管柱时关井）、剪切闸板（用于在井内有管柱时发生紧急状态时剪断管柱并关井）；为提升作业便利性和安全性，闸板防喷器中还应该包含一层安全卡瓦闸板。闸板防喷器可以是一个整体的三闸板或四闸板，也可以由任意1-3个单独的闸板防喷器连接组合而成。

密闭式液压钳的作用是在整机高压内腔里对作业管柱上指定的管接头进行卸扣，以完成带压倒扣、带压拆卸井下工具、捞矛倒管等高难度非常规带压作业项目；是在带压状态下起出包含井下工具在内的全部无内堵塞的管柱串，绕开内堵塞难题，彻底解决无内堵塞管柱串作业问题的核心工作部件。

接箍探测装置是一个探测作业管柱直径变化的部件，通过恒定的液压压力推动滚轮组夹紧作业管柱，当作业管柱的接箍通过探测装置滚轮组时，由于直径变大将滚轮组向外推动，使关闭探测装置的液压腔压力上升。探测装置中央处理器采集压力变动数据，通过压力升高的幅度判断通过滚轮组的是接箍还是井下工具（直径比管接箍更大）。除了滚轮组接触式探测方法，接箍探测装置还可以选用其它结构形式或工作原理形式，比如电磁涡流非接触式探测方法等。

第二闸板防喷器在装置中主要用于配合密闭式液压钳实现带压倒扣、带压拆卸井下工具、捞矛倒管等功能，以及作为备用安全关井防喷器使用；闸板防喷器应包括至少一层闸板：全封闸板，用以在密闭式液压钳对作业管柱完成卸扣并上提管柱至闸板防喷器以上时，关闭防喷密封组件高压腔，隔断上下部分；为提升作业便利性和安全性，闸板防喷器中还应该包含一层半封闸板。闸板防喷器可以是一个整体的两闸板，也可以由任意个单独的闸板防喷器连接组合而成。

泄压阀组件的作用是在带压作业装置中部设置一个可控开闭的出口，可以在其下部的任意密封防喷器关闭封井后，释放防喷密封组件内部的压力；或者在作业完成座封油管挂封井后，释放整个带压作业装置内腔的压力。泄压阀组件应包括至少一只高压四通（或三通）、一只液动泄压阀（用于远程控制）、一只手动泄压阀（用于长时间关闭或液动泄压阀故障时关闭）；为提升作业便利性和安全性，泄压阀组件一般使用高压四通，配有两只液动泄压阀、两只手动泄压阀，多余的一个支路可以作为安全备份，也可以作为平衡管汇使用。

喷淋润滑装置，在气井作业上提管柱时为密封井内油管与套管环形空间的气体压力，环形防喷器的胶芯需要紧紧包覆起出的油管表面，而从井内起出的管柱外表面一般都是干燥的，两者之间会产生剧烈摩擦，且管接箍的直角台阶强行通过胶芯，会导致胶芯迅速磨损撕裂消耗，降低胶芯寿命；并在胶芯上积聚静电，对作业带来安全隐患。喷淋润滑装置能够在带压作业装置上提管柱动作的同时，对管柱表面喷淋润滑液体，根据作业环境条件的不同，润滑液体可以是水、防冻液或油液，可以降低摩擦系数，减少磨损和胶芯撕裂情况，并有助于静电的释放。

环形防喷是装置的主密封部件，从井内提出作业管柱时均由这两个环形防喷器实现动态密封。在作业低压井时，两者可以单独使用以提升更换胶芯的便利性；在作业高压井时，两者可以同时使用，实现两级减压，降低每一个胶芯的磨损消耗速率。在同时使用两个环形防喷器时，两个环形防喷器与两者之间的水腔短接可以构成一个封闭腔，对此腔室恒压供润滑液（水、防冻液、各种油液等）可以显著改善作业过程中两个环形防喷器胶芯的摩擦状态，降低磨损；球形防喷器对水或其它液体的密封较气体介质更为可靠，水腔内的水可协助封住井内气压并在起管作业时润滑上球形防喷器胶芯，同时球形胶芯不易积聚静电；水腔的存在更易于判断两球形防喷器的关闭压力是否合理；分级减压可降低单个球形胶芯上下压差，减少球形胶芯磨损。

油管升降控制组件中主油缸缸体的下段与下横梁连接固定，主油缸的活塞杆与上横梁连接固定，构成了一个可伸缩的封闭框形。油管升降控制组件中主油缸的上端、下横梁与整机框架的上段连接固定，下横梁中部与防喷密封组件法兰连接固定，油管升降控制组件通过这三组固定点将主油缸上举力、下压力的反作用力，经过整机框架传至地面，或者经防喷器密封组件下端连接固定的气井井口传至地层内。

油管升降控制组件中各卡瓦均为单向自锁型卡瓦。两套固定卡瓦安装于环形防喷器上表面，作用是在卡紧作业管柱后将管柱固定在原位置不动。两套游动卡瓦分别安装于上横梁的上下两侧，在固定卡瓦松开状态下，游动卡瓦卡紧作业管柱后，可由主油缸驱动作业管柱上下动作。两套游动卡瓦的组合，可以实现一吊一卡工作方式，可以大幅增加装置在高压、大井深情况下作业的安全性，同时降低操作人员劳动强度。

管柱固定承重卡瓦、游动举升卡瓦均为向下卡紧、向上打开，两者都可以承受作业管柱重力，游动举升卡瓦还可在主油缸伸出动作的推动下，带动作业管柱上行，完成带压起管作业；或在管柱遇卡时进行强拔作业。固定防顶卡瓦、游动旋转防顶卡瓦均为向上卡紧、向下打开，两者都可以承受井内气压对作业管柱的上顶力，游动旋转防顶卡瓦还可在主油缸收缩动作的拉动下，带动作业管柱对抗上顶力强行下降，完成带压下管作业。两组固定卡瓦，或两组游动卡瓦都可在上下两个方向同步或分别卡紧管柱，彻底避免窜管或管柱落井风险。

目前的气井带压作业装置一般只配备一套固定防顶卡瓦、一套游动防顶卡瓦，不具备将作业管柱向上举升的能力，这种配置下的带压作业装置只能配合修井机进行带压作业，在井内剩余管柱重量大于井内气压对管柱的上顶力时，由修井机提出作业管柱；直到井内剩余管柱重量小于于井内气压对管柱的上顶力时才能由带压作业装置进行起出作业。在下管作业开始时由带压作业装置进行下压管柱作业，直到下井管柱重量略大于井内气压对管柱的上顶力时，改由修井机继续下管作业。本实用新型的气井带压作业装置，配备了固定承重卡瓦、游动举升卡瓦，可由自身动力完成整口井的全流程作业，无需修井机配合，只需在在自身框架上设置一个伸缩桅杆式吊臂（起重能力0.5-2吨即可），承接转运带压作业装置起出的单根油管即可。

游动旋转防顶卡瓦可以在卡紧管柱的同时随管柱旋转，可以保证在带压倒扣、倒出井下工具等特殊工况下仍能使管柱处于完全卡紧受控状态。可以配合动力水龙头或顶驱进行带压旋转修井作业项目；或与液压大钳配合完成带压倒扣、倒出井下工具等重要工况；提高了重要工况及特殊工况下的作业安全性。游动旋转防顶卡瓦在卡紧管柱后允许有一定上下自由浮动范围，浮动范围满足作业管柱一次完成上扣或卸扣的要求。由于此浮动特性，以及本卡瓦采用双油缸直接驱动拉紧-推开式结构（无杠杆机构），可彻底避免双向卡瓦同时卡紧后同时锁死打不开的情况。

游动举升卡瓦也可以选择具备旋转功能的旋转卡瓦型号。游动旋转防顶卡瓦、游动举升卡瓦可以安装旋转驱动组件，在卡瓦卡紧作业管柱后，可由旋转驱动组件通过卡瓦驱动作业管柱旋转，使气井带压作业装置不依赖转盘或顶驱，独立实现带压倒扣、带压大修等作业项目。

气井带压作业装置的机架装置用于安装承载井口装置的全部工作组件，框架可以是整体结构，也可以分成2-3个部分，附图实施实例中的框架分为两个部分，两者分别运输并于作业现场组合为一体。

机架采用两部分时，下段机架内安装旋转法兰、闸板防喷器、密闭式液压钳、接箍探测装置，下段机架提供了中层工作平台，平台带有全护栏、内置竖梯，并可连接外斜梯；下段机架采用横置结构，下端提供了可以单独操作的4只固定式液压支脚、4只摆动式液压支脚，相对于其它带压作业装置具有更大的支撑面，配合附带的高/低支座、防陷支撑板，能在任意井场条件和井口高度下将整机调整至竖直状态，长时间稳定可靠地支承井口装置，确保作业安全。上段机架内安装井口装置全部其它工作组件，提供了顶层工作平台及两层内工作平台，每层平台都有全护栏，并有内置竖梯相通；顶层平台可另外连接外斜梯及逃生滑梯。

Claims (8)

1.气井带压作业井口装置，包括下方的防喷密封组件和上方的油管升降控制组件及固定二者的机架（19），其特征在于，所述防喷密封组件包括由下而上依次连接的第一闸板防喷器（2）、密闭式液压钳（3）、第二闸板防喷器（5）、泄压阀组件（6）、喷淋润滑装置（7）和环形防喷器，所述油管升降控制组件包括下横梁（8）、主油缸（10）、中间横梁（12）、固定承重卡瓦（14）、固定防顶卡瓦（15）、游动旋转防顶卡瓦（16）、上横梁（17）、游动举升卡瓦（18），固定承重卡瓦（14）和固定防顶卡瓦（15）由下而上依次连接在第二环形防喷器（13）上方，主油缸（10）缸体与下横梁（8）固定连接，主油缸（10）的活塞杆与上横梁（17）固定连接驱动上横梁（17）上下移动，游动旋转防顶卡瓦（16）和游动举升卡瓦（18）与上横梁（17）固定连接。

2.如权利要求1所述的气井带压作业井口装置，其特征在于，所述环形防喷器由第一环形防喷器（9）和第二环形防喷器（13）连接构成。

3.如权利要求2所述的气井带压作业井口装置，其特征在于，所述第一环形防喷器（9）和第二环形防喷器（13）之间设有水腔短接（11）。

4.如权利要求1所述的气井带压作业井口装置，其特征在于， 所述第一闸板防喷器（2）下方设有旋转法兰（1）与井口连接。

5.如权利要求1所述的气井带压作业井口装置，其特征在于，所述密闭式液压钳（3）与第二闸板防喷器（5）之间设有接箍探测装置（4）。

6.如权利要求1所述的气井带压作业井口装置，其特征在于，所述机架（19）由至少可拆卸连接的两段构成。

7.如权利要求1或6所述的气井带压作业井口装置，其特征在于，所述机架（19）底部设有液压支脚与地面连接。

8.如权利要求7所述的气井带压作业井口装置，其特征在于，所述液压支脚包括固定支脚（20）和通过支臂（21）铰接在机架上的摆动支脚（22）。