新型井下多功能密封器研制

李 江，馮 波，李 英，董建偉，張艷勛，董愛(ài)粉

（1.中石化江漢油田分公司 江漢采油廠，湖北 潛江433123；2.中石化中原油田分公司 采油工程技術(shù)研究院，河南 濮陽(yáng)457001）①

目前許多油田開(kāi)發(fā)要求不壓井、不放噴、帶壓作業(yè)［1］，實(shí)現(xiàn)井下保護(hù)產(chǎn)能［2］，地面保護(hù)環(huán)境［3］、縮短作業(yè)周期、降低生產(chǎn)成本的目的［4］。不壓井作業(yè)井口裝置、油套環(huán)空密封工具及地面控制配套技術(shù)已經(jīng)成熟，但油管內(nèi)堵塞密封配套技術(shù)還不完善。常規(guī)油管定壓接頭［5］的剪釘直接裝在密封段主體上，剪釘絲孔在連通后的密封器管壁上造成徑向漏點(diǎn)。其下端連接管串無(wú)法密封，使用受到很大的局限性。

筆者總結(jié)了常規(guī)工具在使用中存在的問(wèn)題，在其基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，研制成功了新型井下多功能密封器。該新型井下多功能密封器將常規(guī)的整體密封段設(shè)計(jì)成上、下接頭兩體，并對(duì)上、下兩體連接油管螺紋進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)，使其剪釘絲孔不與密封段外壁連通，解決了徑向漏點(diǎn)問(wèn)題，可以連接在管柱串任何位置，連通后只相當(dāng)于一個(gè)油管短接，保證整個(gè)管柱密封正常生產(chǎn)，同時(shí)不影響油管內(nèi)的任何投撈測(cè)試作業(yè)，并為該管柱起出時(shí)的不壓井作業(yè)打好基礎(chǔ)。

通過(guò)200余井次的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用證明，該新型井下多功能密封器能夠用于光油管管柱、帶工具串的管柱，也可以用于抽油管柱、注水管柱，還可以用于壓裂酸化、射孔等增產(chǎn)措施管柱，解決其不壓井、不放噴、帶壓作業(yè)起下管柱的油管內(nèi)密封問(wèn)題，為不壓井作業(yè)在油田開(kāi)發(fā)中全面推廣應(yīng)用提供了完善的技術(shù)支持。

1 技術(shù)分析

1.1 結(jié)構(gòu)

新型井下多功能密封器結(jié)構(gòu)如圖1所示。

上接頭上端是標(biāo)準(zhǔn)的油管內(nèi)螺紋，下端是標(biāo)準(zhǔn)的油管外螺紋，末端增設(shè)了一段圓環(huán)構(gòu)成特制油管外螺紋，并在該圓環(huán)周向同一截面上均布一組徑向剪釘螺紋孔。中心孔內(nèi)下端設(shè)計(jì)了1個(gè)防止密封塞上竄的限位臺(tái)階；下接頭上端是標(biāo)準(zhǔn)的油管內(nèi)螺紋，適當(dāng)加寬螺紋消失端的退刀槽，構(gòu)成特制油管內(nèi)螺紋，給上接頭外螺紋末端的圓環(huán)留出足夠的上扣空間。下接頭下端是標(biāo)準(zhǔn)的油管外螺紋；密封塞采用易發(fā)生電化學(xué)腐蝕滅失的鋁材加工而成，其外圓密封面上有一道密封槽，下部在同一截面上均布一組徑向剪釘孔。

密封塞的密封槽內(nèi)裝好密封圈后，從上接頭下端的中心通道內(nèi)裝入并推至其限位臺(tái)階，然后上好剪釘完成中心通道堵塞密封，最后上接頭和下接頭的特制油管螺紋連接組成新型井下多功能密封器。

1.2 原理

新型井下多功能密封器既能夠用于有主通道的無(wú)球座管柱，同時(shí)也可以用于無(wú)正向通道的帶單流球座管柱。

用于有主通道的無(wú)球座注水及措施管柱，如圖2所示。新型井下多功能密封器接于管柱適當(dāng)位置，雙向密封油管內(nèi)通道，如圖2a所示，配合地面環(huán)空密封器及液壓控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)帶壓下管柱。下完管柱后井口油管加壓，壓力作用在井下多功能密封器的密封塞上，當(dāng)壓力達(dá)到設(shè)計(jì)值時(shí)剪釘被剪斷，密封塞滑落在井底或者其下端的篩管等口袋里，井下多功能密封器上下油管連通實(shí)現(xiàn)無(wú)節(jié)流投產(chǎn)注采，如圖2b所示。

用于分層注水及抽油泵等無(wú)正向通道的帶單流球座的注采管柱，如圖3所示。新型井下多功能密封器接于球座下端雙向密封油管內(nèi)通道，為了井口加壓時(shí)壓力能夠繞過(guò)密封球作用在新型井下多功能密封器的密封塞上，連接時(shí)在密封塞上平面放置一適當(dāng)長(zhǎng)度易被電化學(xué)腐蝕的金屬棒，金屬棒上端正好頂起密封球使其不能與球座密封，如圖3a所示，帶壓下完管柱井口加壓時(shí)，由于金屬棒的作用，液壓繞過(guò)密封球同樣作用在密封塞上，剪釘被剪斷密封塞滑落，金屬棒跟隨密封塞一起下落，井下多功能密封器上下管串實(shí)現(xiàn)向上單向連通投產(chǎn)或者作業(yè)措施，如圖3b所示。

如果在管柱上端沒(méi)有比該井下多功能密封器內(nèi)通徑更小的工具，井下多功能密封器還能起到搭橋定位作用，再次作業(yè)起管柱時(shí)，井口投入油管堵塞密封器就會(huì)坐落在其上接頭的密封體內(nèi)，密封其上端油管內(nèi)通道，實(shí)現(xiàn)起管柱時(shí)不壓井、不放噴帶壓作業(yè)。

1.3 技術(shù)參數(shù)

新型井下多功能密封器技術(shù)參數(shù)如表1。

1.4 技術(shù)創(chuàng)新

1.4.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及材料選擇

1） 上接頭和下接頭連接油管螺紋的特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，既解決了密封塞懸掛剪釘絲孔的空間問(wèn)題，同時(shí)不會(huì)破壞其油管螺紋的完整性，可以接在管柱內(nèi)任何位置、可以多級(jí)使用，保證整個(gè)管柱的密封性能。

2） 新型井下多功能密封器上接頭內(nèi)通道的臺(tái)階定位作用，使密封塞不會(huì)因井底壓力高而上竄，保證了油管內(nèi)密封可靠安全施工。

3） 密封塞及其附件采用易發(fā)生電化學(xué)腐蝕滅失的鋁材加工而成，如果落入井底，會(huì)很快發(fā)生電化學(xué)腐蝕滅失，不會(huì)形成長(zhǎng)期井下落物，同時(shí)還能發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而保護(hù)井下的套管及管柱。

1.4.2 使用

1） 用于抽油管柱 新型井下多功能密封器能夠接在抽油泵篩管上端，解決下抽油泵管柱時(shí)的油管內(nèi)密封，完成帶壓作業(yè)后地面加壓產(chǎn)生主通道實(shí)現(xiàn)無(wú)節(jié)流采油。

2） 用于注水管柱 新型井下多功能密封器用于注水管柱下井完成帶壓下管柱作業(yè)，在實(shí)現(xiàn)無(wú)節(jié)流投注的同時(shí)，管柱內(nèi)主通道形成一個(gè)定位密封坐落位置，為再次作業(yè)投入堵塞密封工具實(shí)現(xiàn)帶壓起管柱打好基礎(chǔ)。

3） 用于油田增產(chǎn)增注措施管柱 在油田補(bǔ)（射）孔、壓裂酸化等增產(chǎn)增注措施管柱中接入新型井下多功能密封器（去掉密封塞），實(shí)現(xiàn)措施見(jiàn)效發(fā)生井噴時(shí)的不壓井起管柱作業(yè)。

2 室內(nèi)試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)設(shè)備及工具

專(zhuān)用試驗(yàn)井、試驗(yàn)油管短接、電動(dòng)試壓泵、新型井下多功能密封器、鉗工臺(tái)以及其他常用組裝工具。

2.2 試驗(yàn)?zāi)康募斑^(guò)程

1） 防噴試驗(yàn) 主要試驗(yàn)密封塞的密封性能，將新型井下多功能密封器上接頭放空，在下接頭接上試壓泵，水力試壓40MPa，穩(wěn)壓15min壓力不降為合格。

2） 油管連通試驗(yàn) 目的是調(diào)整其連通壓力大小，將試壓泵接在上接頭，其下接頭放空緩慢加壓到剪釘被剪斷，密封塞下行脫離密封段而泄壓，對(duì)不同規(guī)格的新型井下多功能密封器通過(guò)調(diào)整剪釘?shù)臄?shù)量將其連通壓力控制在4～6MPa為合格。

3） 密封試驗(yàn) 主要試驗(yàn)上下接頭連接的特制油管螺紋的密封性能，完成連通試驗(yàn)后，下接頭接上絲堵，上端繼續(xù)加壓到60MPa，穩(wěn)壓15min壓力不降為合格。

2.3 試驗(yàn)結(jié)果

室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果如表2，新型井下多功能密封器樣機(jī)防噴試壓40MPa、密封試壓60MPa均在15 min內(nèi)壓力不降，達(dá)到防噴密封耐壓要求；剪釘剪切連通壓力均在4.0～5.5MPa，滿足現(xiàn)場(chǎng)使用要求。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

新型井下多功能密封器從2010－08在中原油田采油四廠進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，3a時(shí)間在中原油田的6個(gè)采油廠分別用于有桿泵采油、分層注水、壓裂酸化、射孔補(bǔ)孔等維護(hù)生產(chǎn)管柱及增產(chǎn)措施管柱中，目前使用范圍還在不斷擴(kuò)大。截止2013－09現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用200余井次。其中白58井密封位置最深3 819m、濮72井密封最高壓力為20MPa，有效成功率100%，解決了不壓井作業(yè)下管柱遇到的各種管柱的油管內(nèi)堵塞密封問(wèn)題，同時(shí)為再次作業(yè)起管柱投入的油管內(nèi)堵塞密封工具起到搭橋定位作用。該新型井下多功能密封器的投入使用為中原油田的不壓井作業(yè)工藝全面推廣應(yīng)用發(fā)揮了積極的作用。

4 結(jié)論

1） 新型井下多功能密封器的結(jié)構(gòu)合理、創(chuàng)新性強(qiáng)、安全可靠。經(jīng)過(guò)室內(nèi)模擬試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)大面積推廣應(yīng)用，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均超過(guò)現(xiàn)場(chǎng)使用要求。

2） 該密封器用途廣泛，滿足注采生產(chǎn)管柱、液壓射孔、補(bǔ)孔以及壓裂、酸化等各種增產(chǎn)措施管柱下管柱作業(yè)時(shí)油管密封的要求，能夠配合井口不壓井作業(yè)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)下管柱不壓井作業(yè)。該工具解決了多年以來(lái)困擾不壓井作業(yè)推廣存在的瓶頸問(wèn)題，同時(shí)成本低廉，操作方便，便于推廣應(yīng)用。

3） 可通過(guò)地面加壓產(chǎn)生主通道，實(shí)現(xiàn)無(wú)節(jié)流投產(chǎn)，同時(shí)在管柱內(nèi)主通道形成一個(gè)定位密封坐落位置，為再次作業(yè)投入油管內(nèi)堵塞密封工具，實(shí)現(xiàn)起管柱不壓井作業(yè)打好基礎(chǔ)。

4） 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用200余井次，成功率100%，取得很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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