一种适用于浅层低压油井带压作业的设备的制作方法

1.本发明属于油井开采设备领域，尤其涉及一种适用于浅层低压油井带压作业的设备。


背景技术：

2.传统的修井手段是先利用高密度压井液压井或放喷来达到降低井内压力的目的，然后再进行修井作业。施压过程中所使用的高压液体与油层中的部分地层矿物质产生一定的融合效应。这样会破坏储能层地质环境，导致液体和岩土产生反应，造成油气开采层的地质环境发生浊变，使得油井底层油泥拥堵、液体通透率减小等，最终导致油井开采率降低。这使我国的油气产量不断减少，特别是对水平油气开采井和天然气开采井的影响极其严重。压井作业会使地下油水管道堵塞，影响注水效果和采收产量，而且成本高、时间长、污染重；放喷降压则会使地层压力大量溢出，有损于地层内部结构和油井网络压力分布，给未来的开采造成难以估量的损失。压井和放喷的作业方式都不利于油气资源可持续发展，我们需要采用全新的修井作业方式来保护我国的石油资源。
3.传统的修井手段具有以下缺点：
4.第一、传统的作业方式，首先要进行高压井液压井来平衡地层压力，压井液会或多或少地进入地层，这样虽然防止了井喷的发生但却造成了地层的污染。从而难以避免的对地质分析产生影响。后续资料录取、试油、完井作业等环节受到不利影响，从而使油藏描述的结果发生偏差，给采收率带来影响。
5.第二、对气层较厚的气井进行压井作业，气井的地层“压力出口”太小，如果压井就产生刺漏事故，不压井就会井液溢出，这样不能保障安全的作业条件；低渗透气井就又很容易被压死。
6.第三、压井作业对地层环境的危损害显而易见，压井液的成本又是非常可观，完成作业后还需要抽放排出压井液。水井作业时，水井停注放压时间长，为了保持地层压力场平衡，周边水井也需要停注，造成油井减产或停产，严重影响了生产。
7.现有油田带压修井设备特点：
8.①
密封压力高，相对于低压浅层气井属于超性能配置，经济性差。由于油田带压作业多适用于高产井和重点井，这些井地层压力高，层间矛盾突出，所以在进行带压作业时，需要密封压力高，防喷器与管柱之间的抱紧力大，油管接箍通过困难。
9.②
结构复杂，体积大。为了保证作业中的高压密封，增加作业可靠性，需要多个防喷器配合作业，使设备整体结构复杂，设备堆叠，增加了带压修井设备的体积，操作复杂。
10.③
作业周期长。在带压修井作业中，通过游动卡瓦、固定卡瓦和举升油缸交替作业通过油管接箍，相比于常规的游车大钩起升，所需时间过长。同时，由于设备操作复杂，降低了作业效率，增加了作业时间。
11.由于油田常规带压作业设备是基于常规油气井高压、深井等储层特征设计的，所以在低压浅层带压修井中直接引进并不适用，主要表现在：
12.①
作业设备不配套。常规带压修井设备，适用压力大、埋藏深的高产井，而低压浅层气井井口压力较底，要求封井压力低，应用常规油气井设备造成作业成本增加。。
13.②
作业时间长。油气田带压作业强行起下作业均采用液压缸举升，平均每根油管至少需要循环3次，作业时间长，储层不断产水，对井底的压力增量不断增加，造成“事实压井”，影响气井产能。


技术实现要素：

14.本发明目的在于提供一种适用于浅层低压油井带压作业的设备,以解决现有的作业设备不配套和作业时间长的技术问题。
15.为解决上述技术问题，本发明的具体技术方案如下：
16.一种适用于浅层低压油井带压作业的设备，包括修井系统、带压作业系统、带压作业动力源系统和附件设备；
17.所述修井系统完成修井作业，并配合带压作业系统完成管柱的强行起升和下放作业；
18.所述带压作业系统从下至上包括试压四通、安全全封闸板防喷器、井口稳定器、安全半封闸板防喷器、带压作业机；所述试压四通、安全全封闸板防喷器、井口稳定器、安全半封闸板防喷器、带压作业机依次通过法兰相互连接；
19.所述带压作业机包括主体、框架、上平台及高空操作台、举升机系统、主动转盘；
20.所述主体从下到上依次包括下工作半封闸板防喷器、平衡泄压系统、上工作半封闸板防喷器、工作环形防喷器、固定卡瓦组、游动卡瓦组；
21.所述工作环形防喷器能密封任何形状的工具和在紧急情况下实现封零；
22.所述平衡泄压系统用于平衡或泄掉工作环形防喷器与工作单闸板防喷器内的压力；
23.所述固定卡瓦组安装于工作环形防喷器上，配合游动卡瓦组完成起下油管作业；
24.所述框架包括下平台和立柱；所述下平台上设有下基板；
25.所述上平台及高空操作台包括上平台和高空司钻台；
26.所述上平台包括上基板、主踏板、主踏板护栏、司钻台；
27.所述司钻台固定在主踏板一侧角落，主踏板护栏安装在主踏板边缘，上基板在主踏板中央通孔处伸出；
28.所述立柱与上基板、下基板相连；
29.所述举升机系统包括举升液缸及控制阀组；所述举升液缸和控制阀组由液压管线相连接；
30.所述上基板、下基板分别连接在举升液缸的上、下两端；
31.所述高空司钻台固定在上平台上。
32.进一步的，所述平衡泄压系统包括：平衡泄压四通、手动旋塞阀、液动旋塞阀、井口压力表。
33.进一步的，所述举升液缸上下终点均设计有液压缓冲结构，使举升液缸运动平稳；所述控制阀组使用大流量控制阀。
34.进一步的，所述主动转盘设计有机械锁死装置。
35.进一步的，所述修井系统包括井架、天车、游车、绞车。
36.进一步的，所述工作环形防喷器配置有缓冲蓄能器。
37.进一步的，带压作业动力源系统包括液压泵、液压回路、电路系统、气路系统。
38.进一步的，所述上平台还包括上平台附件，上平台附件包括起下油管钢丝绳固定杆、防坠器固定杆、逃生装置固定杆、液压钳尾绳固定杆，均竖直安装在主踏板上。
39.进一步的，设备附件包括接箍探测器、伸缩防护爬梯、主机运输撬、吊装吊具、液压管线；
40.所述接箍探测器包括接箍探测器壳体和接箍探测器部件；所述接箍探测器部件安装在接箍探测器壳体内部，所述接箍探测器安装于安全半封闸板防喷器和下工作半封闸板防喷器之间，伸缩防护爬梯挂在上平台处，主机运输撬用于水平固定安放带压作业机，吊装吊具安装在带压作业机吊点处，液压管线用于连接带压作业动力源系统与带压作业机之间，起传输液压动力的作用。
41.一种适用于浅层低压油井带压作业的设备管柱上下作业方法，包括以下步骤：
42.步骤1、上提管柱
43.步骤1.1、当井下压力不足以推动管柱，管柱无上窜趋势时，采用修井系统上的大钩来上提管柱，其过程如下：关闭平衡泄压系统和上工作半封闸板防喷器，大钩上提管柱；当接箍探测器发出鸣叫信号后，暂停或放慢大钩上提速度，关闭下工作半封闸板防喷器，打开平衡泄压系统来释放放喷，再打开上工作半封闸板防喷器，继续上提管柱，直至接箍露出；卸下此管柱后，继续上述作业过程来起出下面的管柱，直至完成全部作业；
44.步骤1.2、当井下压力使得管柱有上窜趋势时，采用带压作业机中的举升机系统进行起杆，修井系统大钩携吊卡配合扶正管柱，其过程如下：关闭平衡泄压系统中的泄压系统、游动卡瓦组和上工作半封闸板防喷器，游动卡瓦组举升液缸上举，其他部件处于打开状态；当游动卡瓦组行到最高点后，关闭固定卡瓦组和下工作半封闸板防喷器，打开平衡泄压系统来释放放喷，再打开上工作半封闸板防喷器，关闭游动卡瓦组打开固定卡瓦组，让举升液缸下行，重复上述动作，直至接箍露出，卸扣取下管柱，如此往复，完成整个上提管柱过程；
45.步骤2、下放管柱
46.步骤2.1、当井下压力不足以下放管柱，管柱无上窜趋势时，采用修井系统上的大钩来下杆；下杆过程如下：关闭下工作半封闸板防喷器和平衡泄压系统，其他部件都处于打开状态，大钩通过吊卡携管柱下行，接箍通过上工作半封闸板防喷器后，就关闭上工作半封闸板防喷器并打开下工作半封闸板防喷器，继续下行；估计接箍已经通过下工作半封闸板防喷器后，关闭下工作半封闸板防喷器，再打开平衡泄压系统和上工作半封闸板防喷器继续下行；重复上述过程，直至全部管柱下完；
47.步骤2.2、当井下压力使得管柱有上窜趋势时，使用带压作业机的举升液缸进行下杆，修井系统大钩携吊卡配合扶正管柱；其过程如下：首先将游动卡瓦组举升液缸上行至最高点，再关闭平衡泄压系统、上工作半封闸板防喷器和游动卡瓦组，其他部件都处于打开状态；接着让管柱被夹持随着举升液缸下行，当举升液缸下行到最低位后，关闭下工作半封闸板防喷器和固定卡瓦组，打开平衡泄压系统、上工作半封闸板防喷器和游动卡瓦组，再将举升液缸上行到最高点，重复上述过程，直至全部管柱下完。
48.本发明的一种适用于浅层低压油井带压作业的设备具有以下优点：
49.1、本发明配备闸板防喷器、移动卡瓦组、固定卡瓦组和接箍探测器，不同尺寸的移动卡瓦组、固定卡瓦组能够解决各种规格的管柱防喷问题，为上提管柱和下放管柱作业提供可靠的夹持保证。闸板防喷器能够满足各种规格的管柱密封问题。接箍探测器不仅能够探测接箍位置，又能顺利通过接箍，为实现管柱作业起下提供了有效保障。
50.2、本发明将浅层低压油井带压作业的设备的修井系统和带压作业动力源系统有机结合，同时能够给修井系统和带压作业系统提供所需的液压动力。
51.3、本发明利用带压作业机的举升机系统和修井系统大钩配合的作业方式上提、下放管柱。
52.4、本发明的带压作业机为撬装辅助式带压作业装置，有结构紧凑、重量轻、便于维护的特点。
附图说明
53.图1为本发明的带压作业设备工作状态示意图；
54.图2为本发明的带压作业系统结构示意图；
55.图3为本发明的带压作业设备工作状态图；
56.图4为本发明的带压作业机装载图；
57.图5为本发明的带压作业设备移运状态图；
58.图6为本发明的带压作业机的上平台结构示意图；
59.图7为本发明的接箍探测器结构示意图；
60.图8为本发明的接箍探测器的第一侧部件示意图；
61.图9为本发明的接箍探测器的第二侧部件示意图；
62.图中标记说明：1、试压四通；2、安全全封闸板防喷器；3、井口稳定器；4、安全半封闸板防喷器；5、上工作半封闸板防喷器；6、下工作半封闸板防喷器；7、工作环形防喷器；8、平衡泄压系统；9、固定卡瓦组；10、游动卡瓦组；11、举升液缸；12、上基板；13、下基板；14、上平台；15、司钻台；16、起下油管钢丝绳固定杆；17、逃生装置固定杆；18、液压钳尾绳固定杆；19、接箍探测器；20、伸缩防护爬梯；21、带压作业动力源系统；22、主机运输撬；23、接箍探测器壳体；24、接箍探测器部件；25、探测滚轮；26、探测柱塞；27、探测器部件壳体；28、预压弹簧；29、调整活塞；30、丝堵；31、限位环；32、密封件；33、传感器机构的位移传递杆；34、位移传递导向块；35、传感器支架；36、接近位移传感器；37、举升机系统。
具体实施方式
63.为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明一种适用于浅层低压油井带压作业的设备做进一步详细的描述。
64.如图1，图3，图5所示，本发明一种适用于浅层低压油井带压作业设备，包括修井系统、带压作业系统、带压作业动力源系统21和附件设备；
65.所述修井系统完成修井作业，并配合带压作业系统完成管柱的强行起升和下放作业；所述修井系统包括井架、天车、游车、绞车。
66.带压作业动力源系统21包括液压泵、液压回路、电路系统、气路系统。
67.所述带压作业系统从下至上包括试压四通1、安全全封闸板防喷器2、井口稳定器3、安全半封闸板防喷器4、带压作业机；所述试压四通1、安全全封闸板防喷器2、井口稳定器3、安全半封闸板防喷器4、带压作业机依次通过法兰相互连接；
68.如图2，图4，图6所示，带压作业机包括主体、框架、上平台及高空操作台、举升机系统37、主动转盘；
69.所述主体从下到上依次包括下工作半封闸板防喷器6、平衡泄压系统8、上工作半封闸板防喷器5、工作环形防喷器7、固定卡瓦组9、游动卡瓦组10；
70.所述工作环形防喷器7能密封任何形状的工具和在紧急情况下实现封零；所述工作环形防喷器7配置有缓冲蓄能器，当管柱外径发生改变时，液压系统可以保持恒定压力。
71.所述平衡泄压系统8用于平衡或泄掉工作环形防喷器7与工作单闸板防喷器内的压力，起保护闸板防喷器胶件和工作人员的目的。平衡泄压系统8包括：平衡泄压四通、手动旋塞阀、液动旋塞阀、井口压力表。井口压力表用于显示井筒压力。
72.所述固定卡瓦组9安装于工作环形防喷器7上，配合游动卡瓦组10完成起下油管作业；
73.所述框架包括下平台和立柱；所述下平台上设有下基板13；
74.所述上平台及高空操作台包括上平台14和高空司钻台；
75.所述上平台14包括上基板12、主踏板、主踏板护栏、司钻台15；
76.所述司钻台15固定在主踏板一侧角落，主踏板护栏安装在主踏板边缘，上基板12在主踏板中央通孔处伸出。
77.所述上平台14还包括上平台附件，上平台附件包括起下油管钢丝绳固定杆16、防坠器固定杆、逃生装置固定杆17、液压钳尾绳固定杆18，均竖直安装在主踏板上。
78.所述立柱与上基板12、下基板13相连。
79.所述举升机系统37包括举升液缸11及控制阀组；所述举升液缸11和控制阀组由液压管线相连接；所述举升液缸11上下终点均设计有液压缓冲结构，使举升液缸11运动平稳；所述控制阀组使用大流量控制阀
80.所述上基板12、下基板13分别连接在举升液缸11的上、下两端；
81.所述高空司钻台固定在上平台14上。其控制对象为：举升液缸11、平衡阀、泄压阀、上工作半封闸板防喷器5、下工作半封闸板防喷器6、工作环形防喷器7、固定卡瓦组9、游动卡瓦组10、主动转盘等单元。所有的阀安装在控制面板上，各压力表布置在另一个立面上。在高空司钻控制台可以远程遥控柴油机转速，以及强制关机操作。
82.高空司钻台还包括显示仪表，显示仪表包括扭矩表、井筒压力表、上提力压力表、下压力压力表、系统压力表、环形压力表、闸板关闭压力表、卡瓦组压力表等。
83.主动转盘用于钻磨或带压倒扣对扣作业。设计有机械锁死装置，不使用主动转盘时锁死防止误操作伤人。
84.带压作业动力源系统用来给带压作业机提供液压动力。带压作业动力源系统采用修井机柴油机驱动。
85.带压作业动力源系统包括液压泵、液压回路、电路系统、气路系统。所有液压回路最高压力21mpa，管径设计满足液压泵排量及执行元件工作能力要求，管路布局整齐美观，编号排列，便于维修更换。所有外接液压管路汇总至一个液压接头面板上，面板上标明接头
用途，并采用不同尺寸的快速接头及防尘罩，便于外接管汇连接。电气元件符合防爆技术要求。电路系统配备接地装置，接地电阻≤10欧姆，所有的电气元件带断路器。不得将工作零线作为接地线路。
86.气路系统有过滤、干燥和排水装置。可实现远程油门调节和紧急切断功能。
87.如图7所示，接箍探测装置由接箍探测器壳体23和接箍探测器部件24组成，接箍探测器壳体23是接箍探测器部件24的载体。接箍探测器部件24安装在接箍探测器壳体23内部，接箍探测器壳体23安装于安全半封闸板防喷器4和下工作半封闸板防喷器6之间。
88.如图8，图9所示，所述接箍探测器部件24包括第一侧部件和第二侧部件。第一侧部件从左到右依次包括探测滚轮25、探测柱塞26、预压弹簧28、调整活塞29、丝堵30。在探测柱塞26的外侧设有探测器部件壳体27。
89.所述第二侧部件从左到右依次包括限位环31、密封件32、位移传递导向块34、接近位移传感36。传感器机构的位移传递杆33、设置在位移传递导向块34上部。传感器支架35设置在接近位移传感36上部。
90.带压作业过程中，当杆体沿中心轴线通过井口时，由于直径小于探测滚轮25之间的距离，所以不会对探测滚轮25产生径向作用力，探测柱塞26没有位移输出，传感器机构就不会发出信号，也不报警。当油管接箍沿中心轴线通过时，由于直径增大，接箍接触到探测滚轮25，并将其沿径向(探测柱塞26轴向)向外推动，保证管柱接箍沿油井中心轴线顺利通过井口；同时接箍压缩探测柱塞26的预压弹簧28，使探测柱塞26产生位移；该位移通过传感器机构的位移传递杆33驱动位移传递导向块34，进入接近传感器的检测范围，使其发出检测信号，同时也进行声光报警，为操作人员提供下一步操作指示。
91.所述设备附件包括接箍探测器19、伸缩防护爬梯20、主机运输撬22、吊装吊具、液压管线；
92.伸缩防护爬梯20挂在上平台14处，工作人员经该爬梯到达上平台14。主机运输撬22用于水平固定安放带压作业机，吊装吊具安装在带压作业机吊点处，液压管线用于连接带压作业动力源系统21与带压作业机之间，起传输液压动力的作用。
93.所述主机运输撬22底架配置有整机吊装耳板，可进行整体吊装运输。
94.下面描述了本发明一种适用于浅层低压油井带压作业设备的管柱上下作业方法。
95.管柱作业完成后，将上工作半封闸板防喷器5、下工作半封闸板防喷器6的半封闸板更换为管柱半封闸板。将接箍探测器19设置为打开状态，保证探测器部件壳体27为全通径状态。可以实现管柱的带压起下。
96.为带压起下管柱作业，研发加工了闸板防喷器闸板、作业机卡瓦(尺寸有φ16mm、φ19mm、φ22mm等多种规格，据井下管柱尺寸选择)，其中闸板防喷器闸板是闸板防喷器部件，与施工管柱尺寸匹配，密封套管与管柱之间的环空；作业机卡瓦是移动卡瓦组10和固定卡瓦组9配件，与施工管柱尺寸匹配，用于卡住和悬持管柱；并配套加工接箍探测器19。不用尺寸的作业机卡瓦能够解决各种规格的管柱防喷问题，为上提管柱和下放管柱作业提供可靠的夹持保证；特殊研发加工的闸板防喷器闸板能够满足各种规格的管柱密封问题；其接箍探测器19不仅能够探测接箍位置，又能顺利通过接箍，为实现管柱作业起下提供了有效保障。
97.包括以下步骤：
98.步骤1、上提管柱
99.步骤1.1、当井下压力不足以推动管柱，管柱无上窜趋势时，采用修井系统上的大钩来上提管柱，其过程如下：关闭平衡泄压系统8和上工作半封闸板防喷器5，大钩上提管柱；当接箍探测器19发出鸣叫信号后，暂停或放慢大钩上提速度，关闭下工作半封闸板防喷器6，打开平衡泄压系统8来释放放喷，再打开上工作半封闸板防喷器5，继续上提管柱，直至接箍露出；卸下此管柱后，继续上述作业过程来起出下面的管柱，直至完成全部作业；
100.步骤1.2、当井下压力使得管柱有上窜趋势时，采用带压作业机中的举升机系统37进行起杆，修井系统大钩携吊卡配合扶正管柱，其过程如下：关闭平衡泄压系统8中的泄压系统、游动卡瓦组10和上工作半封闸板防喷器5，游动卡瓦组10举升液缸11上举，其他部件处于打开状态；当游动卡瓦组10行到最高点后，关闭固定卡瓦组9和下工作半封闸板防喷器6，打开平衡泄压系统8来释放放喷，再打开上工作半封闸板防喷器5，关闭游动卡瓦组10打开固定卡瓦组9，让举升液缸11下行，重复上述动作，直至接箍露出，卸扣取下管柱，如此往复，完成整个上提管柱过程；
101.步骤2、下放管柱
102.步骤2.1、当井下压力不足以下放管柱，管柱无上窜趋势时，采用修井系统上的大钩来下杆；下杆过程如下：关闭下工作半封闸板防喷器6和平衡泄压系统8，其他部件都处于打开状态，大钩通过吊卡携管柱下行，接箍通过上工作半封闸板防喷器5后，就关闭上工作半封闸板防喷器5并打开下工作半封闸板防喷器6，继续下行；估计接箍已经通过下工作半封闸板防喷器6后，关闭下工作半封闸板防喷器6，再打开平衡泄压系统8和上工作半封闸板防喷器5继续下行；重复上述过程，直至全部管柱下完；
103.步骤2.2、当井下压力使得管柱有上窜趋势时，使用带压作业机的举升液缸(11)进行下杆，修井系统大钩携吊卡配合扶正管柱；其过程如下：首先将游动卡瓦组10举升液缸11上行至最高点，再关闭平衡泄压系统8、上工作半封闸板防喷器5和游动卡瓦组10，其他部件都处于打开状态；接着让管柱被夹持随着举升液缸11下行，当举升液缸11下行到最低位后，关闭下工作半封闸板防喷器6和固定卡瓦组9，打开平衡泄压系统8、上工作半封闸板防喷器5和游动卡瓦组10，再将举升液缸11上行到最高点，重复上述过程，直至全部管柱下完。
104.可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本技术的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。