胡慧婷 HU Hui-ting
（西安宇星石油机械新技术开发有限公司，西安 710032）
（Xi′an Yuxing Petroleum Machinery New Technology Development Co.，Ltd.，Xi′an 710032，China）
摘要： 为提高水平井多层体积压裂作业效率，对常规配置的井口注入装置、闸板防喷器、环形防喷器组合进行改进。以满足大排量注入，带压拖动，调整钻具位置、减少放喷时间，降低井口装置组合高度之需要，为此研发了一种带压拖动用注入防喷装置。该装置设计合理、结构紧凑、安全可靠、操作方便、提高了施工效率。
Abstract： The general configuration of wellhead injection device， ram BOP， annular BOP combination was improved to improve the efficiency of horizontal well modified multilayer fracturing operation. In order to meet the needs of high duty injection， drag under pressure， adjusting the position of drilling rigs， reducing the blowout time， and reducing the height of wellhead combination， a kind of injection and preventer equipment were developed which can be used for stripping. The design of this kind of equipment is reasonable， the structure is compact， and it is safe and reliable， the operation of it is easy， and the construction efficiency is improved.
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关键词 ： 带压拖动；注入；防喷装置；结构设计；应用
Key words： stripping；iniect；preventer equipment；structural design；application
中图分类号：TE931 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2015）25-0130-03
作者简介：胡慧婷（1984-），女，四川安岳人，助理工程师，2007年毕业于西安石油大学工业设计专业，主要从事修井、试油、井控设备设计工作。
0 引言
目前，水平井多层体积压裂施工工艺在各油田开始得到广泛使用，但根据常规的井口配套装置，如井口大四通、单闸板或双闸板液动防喷器以及环形防喷器组合难以满足要求。新的施工工艺要求解决以下几方面问题：
①由于采用体积压裂，注入井内的压裂液排量达到3.5m3/min左右，常规的井口大四通只有两个旁通口，注入时只能有一个注入口，通径太小，不适合大排量注入工作[1]。②压裂完一层后，由于需要拖动管柱，而常规的闸板防喷器不适合带压拖动工作，所以现场通常是先放喷，等井内无压力时再拖动管柱。而放喷过程需要10余小时或者数天，严重影响施工进度，且放喷会造成地层压力严重损失，井下工具砂卡等事故[2]。③常规配置的井口大四通、闸板防喷器、环形防喷器组合高度在2.4m左右，井口高度高，起下油管困难，安全风险高，操作不便。
因此，依据API spec 16A-2004《钻通设备规范》及SY/T6690-2008《井下作业井控技术规程》[3，4]研制一种带压拖动用注入防喷装置，避免了每段施工后的放喷过程并将以上三个设备集合为一体。在保证压力级别和安装通用性的前提下，大大降低了井口装置的安装高度，为井口操作带来方便，极大地提高了分段压裂施工效率，保证了施工安全性[5]。
1 技术分析
1.1 结构设计
为满足施工要求，带压拖动用注入防喷装置结构包括注入部分、闸板防喷器部分、补偿式多用途环形防喷器部分以及泄压平衡阀组部分，通过几部分上下连接法兰有机结合在一起，大大降低整体高度，见图1所示。其中，注入部分包括主体、下法兰、旁通过渡法兰；闸板防喷器部分包括闸板体、推动液缸等；环形防喷器部分包括上法兰、主体、主胶囊、油管专用自封衬套等。泄压平衡阀组部分包括阀体、阀芯、弹簧、手柄等。
注入部分有四个旁通口道，比常规井口大四通多了两个旁通口，这样大排量注入时，注入通道面积就可提高3倍，大大降低了液流阻力。
闸板防喷器可采用单闸板或双闸板形式。半封闸板可关闭油套环空，保证压裂时油套环空反复承受高压，也避免了压裂时顶部的环形防喷器承受不必要的高压。
环形防喷器采用了补偿式多用途环形防喷器结构，内部有一个能够承受高压的自封油管衬套，保证井口在任何时候处于密封状态，满足带压拖动管柱的需要，满足井口环保要求。
为确保油管接箍带压通过自封胶套，减轻接箍对自封胶套的损伤，在半封闸板的侧面安装有泄压平衡阀组，利用该阀组的泄压、平衡功能，使接箍在低压状态下通过自封胶套。
1.2 主要技术参数
公称通径： Φ179.4mm（7-1/16in）
密封油管规格：2-7/8 "；3-1/2 "
油管衬套自封静压力：34.5（5000psi）
油管衬套自封动压力：13.8MPa（2000psi）
主体静水压强度压力：103.5MPa（15000psi）
液控操作压力：8.4-10.5MPa（1200-1500psi）
主通径法兰连接型式：6BX Φ179.4mm，69MPa
主通径法兰密封垫环型号： BX156
旁通径法兰连接型式：6BX Φ78mm，69MPa
旁通径法兰密封垫环型号： BX154
外型尺寸（长×宽×高）：1520×555×1100mm （单闸板时）
1520×555×1400mm （双闸板时）
金属材料温度等级：T-20，-29℃～121℃
适用工作介质：油、水、压裂液
2 工作原理
压裂施工时，井口部分安装如图2所示。
2.1 大排量压裂液的注入
体积压裂时，压裂液最大排量可达到180-200m3/h左右，井口管线连接时，其中3个旁通孔接注入管线，1个旁通孔连接放喷管线，如图3所示，注入通道增大后，可保证大排量压裂液低阻进入井内。在注入压裂液时，关闭注入六通上部的半封闸板，确保闸板以上零件不受压裂液冲蚀。
2.2 带压上提油管
压裂停泵后，不再放喷待井内压力在12-15MPa时向上拖动油管，利用环形防喷器油管衬套自封功能密封井内压力，防止井口喷溅。上提管柱时，在油管接箍通过自封胶套时缓慢上提，减轻接箍倒角对胶套的损坏。上提油管至下一个压裂层。
2.3 带压调整管柱
在拖动油管时，不仅需要上提油管，有时需要增加油管短节调整井内工具位置，就需要下放油管。下放油管接箍进入补偿式多用途环形防喷器时，阻力较大，接箍倒角会严重损坏环封油管自封衬套内壁。所以施工过程中对接箍如何进入环封通过自封胶套就有特殊要求。这就需要利用泄压平衡阀组的功能，将油管接箍顺利倒入井内。具体操作步骤如下：
①下放油管使接箍进入防喷装置，使接箍上台阶与环形防喷器上平面平齐，然后关闭半封闸板，关闭平衡阀，打开泄压阀，泄除环形防喷器与闸板间压力，如图4（a）所示。
②在环形防喷器和闸板层环腔无压力的情况下，继续下放油管，使接箍进入环形胶套。直到油管接箍坐落于闸板上面，关闭泄压阀，打开平衡阀。观察平衡阀组上压力表，应升至与闸板下方井压一致，如图4（b）所示。
③用大钩略微上提油管，解除油管对闸板的压力，打开闸板，下放油管接箍入井，如图4（c）所示。
④如此进行循环操作，将井口外的油管接箍顺利下放入井内，最终使工具达到合适位置。
3 性能特点
①结构先进、集三个功能部件为一体，大大降低了井口操作高度；②操作方便，可以实现压裂后不放喷，提高了多层压裂效率，节约了施工成本；③解决了油管带压下放困难的问题，延长了环形防喷器油管专用自封衬套使用寿命；④油管专用衬套拆装、更换方便。
4 现场应用
带压拖动用注入防喷装置在室内验证试验的基础上，在长庆油田区域多个作业区进行了现场试验和应用（见图5），截止2014年11月累计作业5口井次。现场施工顺利，井内压力15MPa内油管管柱能够顺利起下，施工成功率达到了100%。该装置可以完全满足水平井多层压裂作业带压拖动管柱工艺技术要求，大大提高多层压裂效率，节约了施工成本，具有很好的推广应用前景。①开关迅速灵活，操作安全可靠。②避免了每段施工后的放喷过程，每层压裂节约施工工时5-15小时左右，多层压裂作业施工速度相对老工艺提高不少。③降低了井口操作高度，方便现场施工操作。④延长了衬套胶芯寿命，减轻了现场操作的工作量。
5 结论
①带压拖动用注入防喷装置的设计、制造、试验和检验全过程均按照API spec 16A-2004《钻通设备规范》的标准要求完成。②带压拖动用注入防喷装置实现了多层压裂作业中15MPa井内压力下带压拖动管柱工艺，大大提高了现场施工的速度，节约了作业成本。③该装置结构先进、设计合理，降低了井口操作高度，安装、使用维修方便。④该装置解决了油管带压下放困难的问题，提高了环形防喷器衬套使用寿命。
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参考文献：
[1]谢涛，徐迎新，邓继学，等.工艺危害分析在带压拖动压裂工艺中的应用[J].科技和产业，2013，13（8）：126-127.
[2]张庆文.低溢流多功能注水井防喷装置的应用[J].中国石油和化工标准与质量，2014（4）：184.
[3]API spec 16A-2004.钻通设备规范[S].三版.2004.
[4]SY/T6690-2008.井下作业井控技术规程[S].2008.
[5]徐伟.注水井压控结合大修作业技术研究与应用[J].中国化工贸易，2015（18）：142.