在油田生产过程中，几乎所有的油层在从勘探到开发及后期的维护过程中都会受到不同程度的损害。在现有的油气层保护技术中，大都从优化压井液或井筒工作液方面来尽量减小对油气层的损害。为实现真正意义上的油气层保护，近几年引进不压井作业技术。
一、不压井作业技术简介
1．概念和意义
     不压井作业技术是在带压环境中由专业技术人员操作特殊设备起下管柱的一种作业方法。目前国内外已经广泛应用于欠平衡钻井、侧钻、小井眼钻井、完井、射孔、试油、测试、酸化、压裂和修井作业中。
     应用不压井作业技术的意义有以下几方面。
(1)最大限度保持油气层原始地层状态，正确评价油气藏。压井液进入地层，造成了地层的污染，为后续资料录取、完井作业、试油等环节带来了负面的影响，从而影响到油藏描述的结果，直至影响到采收率。采用带压作业技术可使产层的物性得以最大程度的保护，避免了常规开采过程中对新开采的产层造成的破坏，如新投产油气孔道的堵塞、泥饼现象造成地层解释错误、水敏性矿物膨胀造成产层物性的下降，从而能够在进行油层评价时取得准确的数据。
(2)最大限度地降低作业风险。压井液在作业过程中受气侵或油侵，降低密度，一方面发生井喷的危险性大，另一方面需要重复压井，工序复杂，费用昂贵。
(3)解决了常规压井作业的一些疑难问题。如气井作业中，压井管汇用压井液压井，往往一压就漏，不压就喷，低渗气井则很容易压死。还有由于应用带压作业技术，避免了高压油井中压井液的频繁更换、循环和配套设施的使用，避免了对地面环境的污染，以及可以解决注水井长时间放溢流的难题。
(4)避免压井液的使用，防止产层受到污染，从而提高了产能和采收率，从而使产层的开采产量和潜能得以最大的保护。
(5)降低勘探开发成本，提高了油气田的生产效率和经济效益。由于作业时不需要进行压井，一是节约了成本费用，二是缩短了作业周期。压并对地层的危害不言而喻，压井液费用亦十分可观，并且作业后还需抽排压井液。而水井作业时，水井停注放压时间长，有时甚至放两三个月或半年，为了保持地层压力场平衡，周边水井也需停注，造成油井减产或停产，对生产影响较大，经济效益低下。
(6)保护环境，避免了压井液对地面的污染，符合HSE的要求，具有巨大的社会效益。
2．国外应用现状
     1929年Herbert C．Otis提出了不压井作业这一思想，并利用一静一动双反向卡瓦组支撑油管，通过钢丝绳和绞车控制油管升降来实现。1960年Cicero C．Brown发明了液压不压井作业设备用于油管升降，由此，不压井作业机可以成为独立于钻机或修井机的一套完整系统。1981年VC Controlled Pressure Services LTD．设计出车载液压不压井作业机，此项创新使不压井作业机具有高机动性。
40年来，液压不压井作业机有了很大的改进和发展，应用范围不断扩展。目前，液压不压井作业机的作业速度、效率、适应性和作业能力及其在油田的应用证实，液压不压井作业机已不再仅仅是用于“灾害服务”，而逐渐成为重要的生产工具，并能够有效地用于沙漠、丛林和大型修井机难以行驶的拥挤城市。
     目前不压井设备在国外发展已比较成熟，全液压不压井作业机占主导地位。据统计，国外制造不压井作业机、提供不压井技术服务或既制造又提供作业服务的公司超过10家。不压井设备应用于陆地和海洋，设备实现了全液压举升，卡瓦和防喷执行机构实现液控远程控制；最高提升力可达2669kN，最大下推力达1 157kN；行程多以3m左右为主，最高作业并压可达140MPa。
3．国内现状
     我国20世纪60年代曾研制过钢丝绳式不压井装置，它利用常规通井机绞车起下管柱，靠自封封井器密封油套环空。这种装置结构简单、便于制造、易于掌握，但有操作程序复杂、劳动强度大、安全性能差等缺点。
     70年代末开发出橇装式液压不压井作业装置，可用于井口压力4MPa的修井作业。尽管获得了较好的研发经验和作业效果，由于当时对不压井作业的认识不足，以及液压元器件制造水平较低等原因，始终没有得以推广。
     80年代我国研制出了车载式液压不压井修井机，目前可用于井口压力不高于15MPa的不压井修井作业。
4．不压井作业机的应用领域
     不压井作业机主要用于注水井、自喷井及天然气井进行常规起下作业和不动管柱分层压裂、酸化作业及完井作业。其主要的应用领域有以下几方面。
(1)用于油气田的高产井、重点井。这些井的特点是产量高、地层压力也高、层间矛盾大，这些井应用不压井作业机进行修井作业可不用高密度压井液压井，从而减轻对地层伤害，减小层间矛盾的影响，缩短产量恢复期，提高原油产量。
(2)用于注水井。不压井作业机在不放喷、不放溢流、不泄压情况下带压起下油管。可解决污水排放问题，降低处理成本，减少作业占井时间，提高注水井生产时效，防止局部地层压力损失。
(3)用于欠平衡钻井。可安全实现地层压力高于钻井液柱压力，有利于保护低压油层，对于探井有利于油气层的发现。
(4)实现不压井状态下的分层压裂。利用配套管柱，不压井作业机在承压情况下，逐层上提分层压裂管柱实现分层压裂，避免使用压井液，不仅避免油层污染，也加快了施工进度。
(5)实现负压射孔完井。可以达到诱喷增产目的，特别是针对重点探井试油完井，可以更真实地反映地层情况。
(6)用于带压完成落物打捞、磨铣等修井作业。由于不压井作业机自身配有转盘设施，可带压完成落物打捞、磨铣等修井作业。
     综上所述，由于不压井作业技术有其独特的优势，而且在国外已是作为一项相当成熟的技术在广泛应用，所以根据目前国内油气田状况，该技术作为一项保护油气层和环保的新技术、新工艺有其广阔的应用空间。
     总的来讲，不压井作业是对常规压井作业方式的一个挑战，同常规作业方式相比，不压井作业具有不可比拟的优越性。无论从资源的可持续利用、合理开采、提高采收率方面，还是从经济和社会利益方面，都为油气田长期开发、稳定生产和地面环保提供了坚强的技术保障。
二、不压井作业机
     不压井作业机是指在井筒内有压力的条件下，进行不压井起下作业，实施增产措施的一种先进的作业设备。在美国、加拿大等国家，该设备的推广应用率达到90％以上，均在不压井情况下作业，大大缩短了停产时间，提高了生产效益。特别是在北美和中东重大油气产区，该设备已为油公司带来了巨大的经济效益和社会效益。
     根据不同的使用工况及装备投入，主要有三种不压井作业机。
1．独立作业型不压井作业机
     不用修井机辅助作业的独立作业型不压井作业系统是一种高效率且安全、经济的作业机。在承压条件下可通过弹性密封装置自主起下油管，不需要井架或作业机配合，可独立完成作业服务。该修井机一般由不压井作业井口装置、专用运载卡车、泵车、吊车、带拖车的采集车和配有交流发电机的值班房车等组成。
(1)不压井起下作业井口装置见图1。井口装置是连接为一体的独立系统，便于快速安装，并能整体吊装在卡车平台上进行运输。

图1 独立作业型不压井作业井口装置
1.活动卡瓦，2.固定卡瓦，3.油管起下液缸，4.环形防喷器，5.平衡卸压舱，6.快速更换防喷器，7.全封防喷器
(2)工作程序。先安装环绕井口的固定装置，以确保不压井装置的安全；然后安装Ⅱ型防喷器，不压井装置安装在防喷器之上并由固定装置可靠固定；196．1kN采集车带有索缆绞盘的22m的桅杆，用于协助油管的起下；由泵车加压至21MPa进行不压井装置和防喷器系统的压力检测。整套设备在抵达现场1～1．5h之内可完成组装并工作。该系统可平均lmin内把1根油管在不压井情况下下入井中，安全、快速进行3500m井下作业并和其他钻井、完井、修井、固井、压裂、打捞、开窗、侧钻等设备完全兼容。
2．与井架(或钻机)配合使用的不压井作业机
     与井架配合使用的不压井作业机的主体设备是一套专用的液压装置，在井架及其他井下作业工具配合下(液压大钳、钢丝绳和工具等)，由油管起下液缸及液压防喷器装置等，完成多种修井和钻井的带压操作，并保证现场作业人员安全。
(1)组成。这种作业机系统由动力源、液压系统、油管起下液缸、液压大钳、液压卡瓦、液压防喷器、储能器及氮气罐、上下工作台及梯子、逃生装置、泵车与罐车、值班房、油管平板车等组成。
     井口装置为连接成一体的独立系统，可快速安装投人工作，并能整体吊装在卡车平台上运输。
(2)工作程序。准备压人第1根油管一关闭上部环形防喷器一平衡上段压力一打开下部防喷器一安装油管悬挂器一关闭环形防喷器一平衡上段压力一打开底部防喷器一定位油管悬挂器口一缓慢释放不压井作业机内压力，确保井口防喷器没有泄漏一打开不压井作业机内的3个防喷器一移除悬挂器上的管柱一卸装不压井作业机一装回井口。
3．与液压修井机配合使用的不压井作业机
     与液压修井机配合使用不压井作业。与其配套的电动液压修井机，能执行任何常规钻机及修井机的任务，配自动连接、拆开油管装置。在不关井情况下可用油压进行起下油管或钻杆作业。其中SJ400电动油压作业机承重1779．3kN，配备279．4mm(11in)、68．9MPa防喷器，可用作常规钻井、欠平衡钻井、开窗侧钻定向井、磨铣等作业。
     不压井作业机的缺点：一次性投入巨大，井场就位安装，工作量大，技术复杂。
     不压井作业机的国内外技术指标：
     国外油田的不压井作业的最高承载压力为140MPa；最高提升力2669kN；最大下推力1157kN；液缸行程3m左右。国内油田的不压井作业井的最高压力为35MPa；最高提升力658kN；最大下推力431kN，液缸行程3m左右。
三、带压作业装置
     目前国内外应用的带压作业装置主要有三大类：低压、中压、高压。
1．低压带压作业装置
     低压带压作业装置如图2所示，主要有三大类油管及接箍，在胶件密封条件下，强行通过密封胶件，当井下油管重力大于井下压力对油管的上顶力时，可用作业车大钩起下油管，当井下油管重力小于井下压力对油管的上顶力时，应用固定防顶卡瓦和游动防顶卡瓦及升降油缸导出油管及接箍。油管密封采用自封头和液动筒状胶芯环形防喷器；采用升高短节和下闸板防喷器导出工具。动密封压力不超过7MPa。整个作业过程由作业车与带压作业装置配合完成。

图2 低压带压作业装置
1.游动卡瓦，2.上横粱总成，3.双级作用油缸，4.溢流短节，5.水平调节总成，6.固定卡瓦，7.筒状防喷器，8.中横梁总成，9.安全卡瓦，10.双闸板防喷器，11.井口四通，12.下横粱总成，13.5 1/2in生产套管。
2．中压带压作业装置
     中压带压作业装置如图3所示，动密封压力不大于14MPa，静密封压力不大于21MPa，油管在胶件密封条件下起下，接箍通过上、下两个快速闸板防喷器导出，胶件损伤较轻，寿命长，带压作业装置与作业车配合完成油管起下。

图3 中压带压作业装置
1.上横梁总成，2.游动卡瓦，3.固定卡瓦，4.中横梁总成，5.上环形防喷器，6.升高短节，7.下环形防喷器，8.下横粱总成，9.三闸板防喷器，10.井口四通，11.上横粱总成，12.升降油缸，13.游动卡瓦，14.水平调节总成，15.筒状防喷器，16.Fzl8-35闸板防喷器，17.固定卡瓦，18.中横粱总成，19.FHl8-35环形防喷器，20.三闸板防喷器，21.井口四通，22.下横粱总成。
3．高压带压作业装置
     高压带压作业装置如图4所示，动密封压力为14-～35MPa；静密封压力为70MPa。油管及接箍起下，是在防喷器密封条件下，与防喷器、油缸和游动卡瓦一同升降，油管与防喷器密封胶件之间无相对运动，全程靠油缸起降导出油管，最大一次行程可达10m。

图4高压带压作业装置
1.卸液简，2.承重卡瓦，3.上横粱总成，4.防顶卡瓦，5.Fm2-21环形防喷器，6.小四通，7.伸缩节总成，8.中横梁总成，9.升降油缸，10.密闭承压防顶卡瓦，11.FHl8-35环形防喷器，12下横粱总成，13.三闸板防喷器，14.井口四通。