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双根起下的带压作业系统
史永庆1, 孙世茂2, 陈楠1, 刘世峰1, 伏健2, 刘炜1     
1. 中国石油集团渤海石油装备中成装备制造公司;
2. 吐哈油田井下技术作业公司
摘要: 常规带压作业施工存在起下速度慢、施工难度大、安全风险高、施工时间长、作业成本高、设备规模大和搬安效率低等问题。鉴于此,开发了双根起下的带压作业系统。该系统通过修井机与带压作业装置的合理匹配,设计增加双根排放飘台,充分利用修井机动力,使两套装置动力集成化,实现了带压作业施工双根起下,大幅度减少了现场搬安工作量,缩短了作业时间;双根排放飘台与带压作业装置工作平台一体化设计,安装迅速,运输方便;将原装置远程控制室改为井口操作台,带压操作时各岗位之间沟通及时准确,提高了带压作业的安全性。现场试验及应用结果表明:双根起下4趟管柱比单根起下4趟管柱缩短40 h,每井次搬安可节约20 h,综合施工效率提高16.7%以上。双根起下的带压作业系统解决了常规带压作业施工中存在的诸多问题,并且具有良好的经济效益和社会效益。
关键词: 带压作业    双根起下    动力集成    一体化设计    防碰距离    双根排放飘台    
A Snubbing Operation System for Double Joint Running
Shi Yongqing1, Sun Shimao2, Chen Nan1, Liu Shifeng1, Fu Jian2, Liu Wei1     
1. Zhongcheng Equipment Company of CNPC Bohai Equipment Manufacturing Co., Ltd.;
2. Downhole Technical Operation Company of PetroChina Turpan-Hami Oilfield Company
Abstract: Conventional snubbing operation has problems such as slow running speed, difficult operation, high safety risk, long job time, high operating cost, large equipment scale and low efficiency of rig-up and rig-down. In view of this, a snubbing operation system for double joint running has been developed. The system integrates the workover rig and the snubbing operation device, and adds a floating platform for double joint racking. The system utilizes the workover rig's power, and integrates the power of the two sets of equipment, realizing snubbing operation with double joint running, which reduces the workload of on-site rig up and rig down and saves working time. The integrated double joint racking floating platform and the snubbing operation working platform contributes to a quick installation and convenient transportation. The remote control room of the original device is modified to the wellhead operating table. The communication between each crew is timely and accurate, improving the safety of the snubbing operation. The field test and application results show that, the time for 4 times tripping using the double joint running method is shortened by 40 h compared with the traditional method, and 20 h can be saved once for rig-up and rig-down, improving 16.7% in comprehensive operation efficiency, and presenting great economical and social benefits.
Keywords: snubbing operation    double joint running    power integration    integrated design    anti-collision distance    double joint handling platform    

0 引言

带压(不压井)修井作业是在井口有压且不实施压井的条件下进行钻修井作业的新工艺,在油气增产、稳产和节能减排等方面发挥了重要作用[1-7]。常规带压作业系统存在以下问题[8-10]:①修井机和带压作业装置液压站的发动机交替工作,长期处于怠速状态,造成大量燃油消耗和环境污染。②修井作业只能单根起下,全部场地摆放,上卸扣和油管上下井口时间长,作业效率低,即使由大型修井机配合作业,因二层台和井口装置不匹配,也无法实现双根起下。③修井机司钻低位操作,看不到井口状况;带压作业装置操作人员远离井口,与井口工沟通配合较为困难,造成施工难度大,安全风险高。④该系统规模大,结构不合理,拆装时劳动强度大,费时费工,安装和搬家转场要动用吊车和大量运输车辆,施工时间长,作业成本高。

针对上述问题,渤海石油装备中成装备制造公司与吐哈油田公司合作,于2017年共同开发了双根起下的带压作业系统,并在吐哈油田注水井的带压作业中进行了应用。

1 技术分析 1.1 总体结构

双根起下的带压作业系统由XJ650修井机和BYJ18-21/35型带压作业装置两部分组成,是一种辅助式带压作业系统,其总体结构如图 1所示。修井机由自行走底盘、发动机、绞车、液压系统、气路系统、电气系统、井架和游车大钩等组成;带压作业装置由防喷器、平衡/泄压系统、四立柱整体框架、双根排放飘台、工作平台、举升油缸和卡瓦等组成。

1—修井机:2—自行走底盘;3—发动机;4—绞车;5—液压系统;6—气路系统;7—电气系统;8—井架;9—游车大钩;10—带压作业装置:11—防喷器;12—平衡/泄压系统;13—四立柱整体框架;14—双根排放飘台;15—工作平台;16—举升油缸;17—卡瓦。 图 1 双根起下的带压作业系统总体结构示意 Fig.1 Structural schematic of the snubbing operation system for double joint running

修井机与带压作业装置采用集成化设计,省去了BYJ18-21/35带压作业装置原独立的液压站,共用修井机上发动机的动力,液压系统与修井机液压站集成为一体[11]。将原带压作业装置控制室改造为井口操作台,移至井口工作平台上安装。通过集成设计,连接液压管线由原来的37根减少到目前的17根。操作台与修井机司钻高位相邻,修井机司钻、带压作业装置操作手及井口工之间沟通、操作更为准确、协调,操作安全性提高。

带压作业井口装置运抵现场后,在吊车辅助下安装于作业井口。修井机按场地和井口位置摆放,起升井架,放下二层台,安装到位并达到工作状态。双根排放飘台与带压作业装置工作平台一体化设计,折叠式结构,可利用修井机液压小绞车吊起双根排放飘台,安装固定后,摆放立根盒并调整对正。连接修井机与带压作业井口装置、操作台之间的快速接头液压管线,护栏、梯子和坡道安装后即可开始双根起下作业。

1.2 主要技术参数 1.2.1 修井机

最大钩载:1 600 kN;

额定钩载:1 200 kN;

井架高度:35 m;

二层台高度:19.2、20.1、21.7 m;

防碰距离:>3 m;

游动系统:4×5;

二层台容量:4 000 m(ø73.0 mm外加厚油管),3 100 m(ø73.0 mm钻杆);

液控系统压力:14 MPa。

1.2.2 带压作业装置

最大提升力:650 kN;

最大下压力:410 kN;

动密封最高压力:21 MPa;

静密封最高压力:35 MPa;

作业平台高度:7 200 mm;

双根排放飘台高度:7 200 mm;

双根排放口数量及外形尺寸(长×宽):2个,2 000 mm×820 mm;

地面立根盒数量及外形尺寸(长×宽):1个,2 800 mm×2 200 mm;

排放双根容量:≥220根。

1.3 技术特点

(1) 实现带压双根起下,与常规带压作业单根起下相比,节省大量管柱上下平台时间,上卸扣次数减少50%,提高了带压作业效率。

(2) 采用集成一体化设计,取消了原带压作业装置的液压动力站,带压作业井口装置共用修井机动力,与常规带压作业装置相比,节能降耗,节省了修井费用,同时大幅减少了液压管线拆装工作量,提高了搬安时效[12-13]

(3) 双根排放飘台与带压作业装置工作平台一体化设计,安装迅速,运输方便。

(4) 将原装置远程控制室改为井口操作台,带压操作时各岗位之间沟通及时准确,提高了带压作业的安全性。

2 关键技术 2.1 防碰距离

在带压作业过程中,辅助起下的修井机二层台高度和安全防碰距离一般按常规钻台(4.5~5.5 m)配备。带压作业装置一般高7~8 m,采用框架式结构,4根立柱支撑到地面,扶正支撑井口装置,下端直接与井口法兰连接。管柱载荷由井口承担,带压作业装置安装高度取决于井口高度。若采用常规修井机立根座方式,不仅安全防碰距离小,结构稳定性差,而且在不同井位安装,独立立根座的高度难以与带压作业装置工作平台匹配。而选择地面立放双根的方式不仅可以保证起下的安全防碰距离,而且不必增加搬家运输车辆。

修井机二层台高度与安全防碰距离如图 2所示,低位二层台高度即可满足双根排放要求。起下安全防碰距离核算如下:

图 2 二层台高度和安全防碰距离示意图 Fig.2 Schematic diagram of the monkey board height and safety anti-collision distance

(1)

式中:A为安全防碰距离,B为游车大钩长度,C为吊环吊卡长度,D为双根长度,E为带压装置工作平台高度,F为二层台高度,G为架子工工作高度,H为井架高度。

选用XJ650修井机井架高度为35 m,得计算安全防碰距离A>3 m,满足双根起下的安全防碰要求。

2.2 双根排放飘台

为了给井口工提供安全的双根操作空间,方便与二层台架子工配合工作,在井口工作平台外侧增加双根排放飘台,如图 3所示。排放平台采用飘台结构,布置左右两个双根排放口,供双根穿过飘台立放在地面上,排放口大小按二层台投影面积设计,保证二者容量相同。两个排放口之间设有安全走道,供井口工立放双根,按二层台走道和猴台尺寸设计,周边布置工作走道,配备防护栏,满足安全施工要求。排放口增加翻转盖板,打开盖板可通过双根,覆盖盖板可防止落物和人员跌落。

1—井口;2—井口工作平台;3—井口操作台;4—工作走道;5—双根排放口;6—安全走道;7—翻转盖板。 图 3 双根排放飘台示意图 Fig.3 Schematic diagram of floating platform for double joint racking

为了便于安装运输,双根排放飘台采用折叠形式,与带压装置井口工作平台通过销轴铰接,通过两根斜拉杆支撑,一端固定在飘台底部耳板上,另一端固定在带压装置支撑立柱上。运移状态时,拆除护栏及斜拉杆,将飘台折叠于带压作业井口装置一侧,通过销轴与带压作业装置固定,整体运输;运达井场时,随井口装置一起安装,打开飘台安装斜拉杆用销轴固定,能快速完成安装。图 4为带压作业装置运移/工作状态示意图。

1—带压作业装置;2—双根排放飘台;3—斜拉杆。 图 4 带压作业装置运移/工作状态示意图 Fig.4 Schematic diagram of the moving/working state of the snubbing operation device

2.3 双根排放盒

为了使双根管柱排放整齐,并且保护油管螺纹,在带压作业井口下部安装双根排放盒作为支撑。双根排放盒外形尺寸与双根排放飘台相对应,均采用钢木结构。双根下端油管螺纹直接支放在木质立根盒内。

在带压修井过程中,通过带压井口装置起出双根后,井口工卸开下端油管连接螺纹,由司钻配合提起双根,2名井口工推送管柱,经安全走道或工作走道送达排放口的立放位置,司钻下放双根穿过平台,立放在地面双根排放盒的预定位置,排放过程中可由场地工辅助,保证双根整齐排放。最后由架子工摘开油管吊卡,推送双根上端排放到二层台指梁内。至此,双根排放完成。下管柱时工作顺序与之相反,一般不需要场地工辅助即可完成。

3 现场试验与应用

双根起下的带压作业系统经厂内调试和试验,于2017年5月至2018年7月先后在吐哈油田完成20井次的注水井带压作业。

吐哈油田多数区块属于典型的低孔、低渗砂岩油藏,井深一般在3 000 m左右,采用采油注水开发,最大井口压力可达35 MPa。常规压井作业时地层能量降低,环境污染严重。其带压施工过程一般包括起原井管柱、通井、刮削、洗井、打捞、冲砂和下完井管柱等[14],作业工艺复杂,作业周期长,修井成本高。

双根起下的带压作业系统投入使用后,每次双根管柱起下耗时3~4 min,以3 000 m管柱水井起下4趟管柱为例,比起下单根缩短40 h(单趟双根起下比单根起下平均节约10 h)。

经系统集成设计后,取消地面液控房和动力房,减小了设备规模,不仅减少了搬家车次,而且管线全部集成化,大幅提高拆装效率,每井次搬安可节约20 h,综合施工效率提高16.7%以上。

4 结论

(1) 双根起下的带压作业系统通过修井机与带压作业装置的合理匹配,增加双根排放飘台,可充分利用修井机动力,使两套装置动力集成化,实现了带压作业施工双根起下,从而大幅度减少现场搬安工作量,缩短作业时间。

(2) 该系统的双根排放飘台与带压作业装置工作平台一体化设计,安装迅速,运输方便;将原装置远程控制室改为井口操作台,带压操作时各岗位之间沟通及时准确,提高了带压作业的安全性。

(3) 现场试验及应用结果表明:双根起下4趟管柱比单根起下4趟管柱缩短40 h,每井次搬安可节约20 h,综合施工效率提高16.7%以上,具有良好的经济效益和社会效益。

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文章信息

史永庆, 孙世茂, 陈楠, 刘世峰, 伏健, 刘炜
Shi Yongqing, Sun Shimao, Chen Nan, Liu Shifeng, Fu Jian, Liu Wei
双根起下的带压作业系统
A Snubbing Operation System for Double Joint Running
石油机械, 2019, 47(5): 112-116
China Petroleum Machinery, 2019, 47(5): 112-116.
http://dx.doi.org/10.16082/j.cnki.issn.1001-4578.2019.05.019

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收稿日期: 2018-12-30

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