X341—115楔入式封隔器的研制與應(yīng)用

孫金峰

摘要：油田分層注水開(kāi)發(fā)過(guò)程中，受地層非均質(zhì)性和吸水能力差異的影響，層間吸水壓差較大，高溫高壓深井中，注水壓力的波動(dòng)容易造成管柱蠕動(dòng)，常規(guī)封隔器密封性能較差易失效，最終影響管柱壽命，為此研制了楔入式封隔器，即X341-115型楔入式封隔器。該封隔器采用楔形錐體與橡膠皮碗配合形成密封，與套管內(nèi)壁形成軟錨定密封，克服了壓力波動(dòng)造成的管柱蠕動(dòng)，能夠密封較高的層間壓差，滿(mǎn)足分層注水、分層酸化、分層擠堵作業(yè)需要，作業(yè)操作簡(jiǎn)單，使用安全可靠?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用18井次，井下坐封、洗井、解封均一次性成功，最高承受層間壓差達(dá)到31MPa，分注井的密封有效期與常規(guī)封隔器相比延長(zhǎng)30%。

關(guān)鍵詞：封隔器；楔入式；高壓密封；分層注水

O、引言

目前我國(guó)各大油田井下分層注水采用的封隔器主要有擴(kuò)張式和壓縮式兩種.但在一些復(fù)雜深井或?qū)娱g物性差異較大的分注井中，分層密封有效期短、解封不可靠等仍然是我們面臨的主要問(wèn)題，針對(duì)以上問(wèn)題，筆者設(shè)計(jì)了一種井下楔入式封隔器。該封隔器具有液壓坐封、上提解封、卡簧止推及反洗井不解封等特點(diǎn)，在實(shí)現(xiàn)分層注水的同時(shí)，能夠承受較高的層間密封壓差。

1、設(shè)計(jì)思路

楔入式封隔器主要應(yīng)用于分層注水工藝中，與配水器、洗井閥等配套使用，隨油管一起下井，經(jīng)地面泵車(chē)打壓坐封后即可實(shí)現(xiàn)分層注水：起出管柱時(shí)，通過(guò)上提管柱，便可使封隔器解封。該工具在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上力求簡(jiǎn)單，機(jī)加工方便。主要設(shè)計(jì)方案為：

（1）坐封部分采用錐形剛體楔入膠皮中，撐開(kāi)膠皮貼在套管壁上，同時(shí)卡簧防止楔入錐體后退。

（2）解封部分采用剪釘控制，上提管柱負(fù)荷達(dá)到剪釘極限值時(shí)，封隔器外部膠皮自動(dòng)收回。

（3）注水時(shí)，下端活塞上頂皮碗坐，控制密封膠筒不發(fā)生移動(dòng)，保證膠筒部分不隨壓力波動(dòng)而蠕動(dòng)破壞。

（4）密封部分采用皮碗式長(zhǎng)膠筒，膠筒的一端硫化在鋼件上，膠筒內(nèi)部設(shè)計(jì)有一定強(qiáng)度的鋼絲，提高了膠筒的強(qiáng)度和韌性，最終達(dá)到延長(zhǎng)封隔器有效壽命的目的。

2、技術(shù)分析

2.1 結(jié)構(gòu)

X341-115楔入式封隔器的結(jié)構(gòu)如圖所示，主要由四部分組成：①坐封部分，包括上接頭、卡簧、外套、啟封剪釘?shù)龋孩诿芊獠糠?，由膠筒及錐體等：③洗井部分，包括洗井雙活塞、中心管等：④解封部分，包括下外套、解封活塞、解封剪釘?shù)冉M成。

2.2 工作原理

（1）坐封楔入式封隔器隨配水工具一起下入井內(nèi)預(yù)定位置，油管緩慢打壓，當(dāng)壓力達(dá)到12Mpa時(shí)，啟封剪釘剪斷，液缸帶動(dòng)密封套向下移動(dòng)，同時(shí)推動(dòng)錐體向下移動(dòng)進(jìn)入膠筒內(nèi)，當(dāng)壓力達(dá)到18-20MPa時(shí)，錐體平面段全部進(jìn)入膠筒內(nèi)，使膠筒完全處于脹封狀態(tài)，并且錐體下端頂在中心管臺(tái)階處，起到限位作用。膠筒脹封過(guò)程中，外套過(guò)卡簧后不能收回，保證泄壓后膠筒不解封，具有止退作用。

（2）洗井油套環(huán)空進(jìn)液，推動(dòng)洗井活塞上移，洗井通道打開(kāi)，來(lái)液流經(jīng)錐體與中心管之間的環(huán)空后，通過(guò)錐體端部的銑槽進(jìn)入下端出水孔，返回至油套環(huán)空，通過(guò)管柱末端洗井閥后返回油管直至井口流出。

（3）解封解封時(shí)上提管柱，膠筒與套管壁之間的摩擦力通過(guò)封隔器下端剛體外套傳遞至解封剪釘，當(dāng)摩擦力足夠大時(shí)，解封剪釘剪斷，下端剛體外套推動(dòng)解封活塞下移，便可把膠筒退出錐體，直至封隔器完全解封。

2.3 主要技術(shù)參數(shù)

適用套管內(nèi)徑：121-123mm；

坐封壓力：18-20MPa；

解封力：90kN；

工作承壓：30MPa；

工作溫度：小于160℃；

剛體外徑：115mm。

2.4 技術(shù)特點(diǎn)

（1）楔入式封隔器密封方式為鋼件楔入膠筒，密封段長(zhǎng)，具有軟錨定套管的功能：

（2）封隔器卡簧機(jī)構(gòu)和解封活塞具有雙向止退功能，坐封后密封可靠：

3、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

楔入式封隔器于2012年加工試制20套。隨后在勝利油田的8口分注井進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，施工成功率100%，密封承壓效果較好，最高耐壓達(dá)到了31MPa，層段密封合格率達(dá)到了90%以上，有效延長(zhǎng)了分注管柱的使用壽命。

4、結(jié)論

綜上所述，可得出結(jié)論：

（1）楔入式封隔器有獨(dú)特的坐封機(jī)構(gòu)和密封形式，提高了封隔器的密封可靠性，同時(shí)為新形式的封隔器密封設(shè)計(jì)提供寶貴經(jīng)驗(yàn)：

（2）楔入式封隔器可單級(jí)卡封，也可多級(jí)分層，滿(mǎn)足大壓差注水井分注要求：

（3）該封隔器不僅適用于分層注水，也可應(yīng)用于分層酸化和堵水管柱中。