多級(jí)分注井逐級(jí)解封封隔器研制

申曉莉，陳立海，王子建，曹榮榮

（1.低滲透油氣田勘探開發(fā)國(guó)家工程試驗(yàn)室，西安710021；2.長(zhǎng)慶油田分公司a.油氣工藝研究院；b.安全環(huán)保處，西安710018）①

長(zhǎng)慶油田開發(fā)層系多，存在多層疊合現(xiàn)象，且層系內(nèi)油層發(fā)育，油層非均質(zhì)性強(qiáng)，精細(xì)分層注水是油藏剖面調(diào)整的一種有效方法［1－2］。為了提高原油采收率，需要對(duì)注水井進(jìn)行分層注水，擴(kuò)大注入水波及體積。隨著油藏刻畫精細(xì)化，要求注水開發(fā)油藏實(shí)施精細(xì)注水，分注層數(shù)越來越多，常規(guī)Y341型注水用封隔器能滿足油田兩層分層注水管柱的要求，其單個(gè)封隔器解封力為50～60kN。多層分注管柱上同時(shí)使用3個(gè)及以上的封隔器，多個(gè)封隔器需要整體上提一次解封，需要150～180kN的解封力才能有效解封，加上注水油管自身的重力，將接近修井機(jī)300kN的極限拉力，造成起鉆作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)大［3－5］。為此，本文利用常規(guī)Y341型注水用封隔器坐封及解封原理，通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，研制了Y341型多級(jí)分注井逐級(jí)解封封隔器，其具有封隔器坐封性能穩(wěn)定、解封力?。▋H30～40kN）的特點(diǎn)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)多個(gè)封隔器從上至下的依次解封，克服多層分注井的解封載荷疊加效應(yīng)，降低作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，為分層注水工藝提供技術(shù)支撐。

1 技術(shù)分析

1.1 結(jié)構(gòu)

Y341型多級(jí)分注井逐級(jí)解封封隔器結(jié)構(gòu)如圖1。該封隔器采用鎖指爪與鎖套配合鎖緊，能有效防止封隔器坐封后在注水壓力波動(dòng)下失效，設(shè)計(jì)解封力僅30～40kN，可實(shí)現(xiàn)多個(gè)封隔器從上至下的依次解封。

1.2 工作原理

當(dāng)封隔器下入至預(yù)定深度后，從油管注入的加壓液體沿內(nèi)中心管流入，經(jīng)連接接頭下端導(dǎo)壓孔進(jìn)入。液壓作用在下活塞上，推動(dòng)下活塞套上行，剪斷坐封剪釘，推動(dòng)上活塞套和下膠筒座上行，壓縮邊膠筒和中膠筒，同時(shí)推動(dòng)外中心管上行，推動(dòng)鎖套上行，繼續(xù)壓縮膠筒，至鎖套套在鎖指爪上，被鎖環(huán)鎖定，防止膠筒回彈，實(shí)現(xiàn)坐封。反洗井時(shí)，液體從反洗套通孔進(jìn)入，經(jīng)中心管和外中心管之間的環(huán)空，液壓推動(dòng)反洗活塞壓縮彈簧向下運(yùn)動(dòng)，使中心管與外中心管之間的環(huán)空與上活塞套出液孔連通，形成過流通道，實(shí)現(xiàn)反洗井。洗井完成后，在彈簧作用下，反洗活塞向上運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)壓帽擠壓限位套上的T型圈，實(shí)現(xiàn)反洗活塞上端與下膠筒座下端面的密封，從而關(guān)閉洗井通道。解封時(shí)，上提管柱，帶動(dòng)上接頭、中心管和上外套上移，剪斷解封剪釘，中心管上移，使鎖指爪與鎖環(huán)失去支撐點(diǎn)，二者分離，各膠筒在自身彈力作用下回收，實(shí)現(xiàn)封隔器解封。

1.3 主要技術(shù)參數(shù)

最大外徑 114mm

最小通徑 55mm

總長(zhǎng) 1 155mm

適應(yīng)套管內(nèi)徑 121～124mm

坐封壓力 10～15MPa

工作壓力 30MPa

洗井壓力 5MPa

工作溫度 130℃

解封載荷 30～40kN

膠筒型號(hào) YS113

連接螺紋 2 TBG

1.4 技術(shù)特點(diǎn)

Y341型多級(jí)分注井逐級(jí)解封封隔器是在分析總結(jié)常規(guī)Y341型封隔器在多級(jí)分注井的應(yīng)用基礎(chǔ)上，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)坐封鎖定結(jié)構(gòu)和解封機(jī)構(gòu)而成研制。該封隔器具有如下技術(shù)特點(diǎn)：

1） 坐封壓力低，在高壓注水區(qū)塊可采用水井注水系統(tǒng)從油管注水坐封，省去了水泥車坐封封隔器。

2） 改變了坐封鎖定機(jī)構(gòu)，采用鎖指爪與鎖套配合鎖緊，有效防止注水壓力波動(dòng)下封隔器失效，提升封隔器的穩(wěn)定性。

3） 解封力低（僅需要30～40kN），且可以多級(jí)封隔器進(jìn)行逐級(jí)解封，克服多層分注井的解封載荷疊加，降低作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。

2 室內(nèi)試驗(yàn)

在室內(nèi)試驗(yàn)井對(duì)其開展性能檢驗(yàn)試驗(yàn)，下入試驗(yàn)井筒工具串為絲堵＋多級(jí)分注井逐級(jí)解封封隔器3＋多級(jí)分注井逐級(jí)解封封隔器2＋多級(jí)分注井逐級(jí)解封封隔器1＋油管短接，連接地面加壓系統(tǒng)及壓力試驗(yàn)機(jī)（50MPa），加壓至15MPa完成封隔器坐封，穩(wěn)壓15MPa，30min不滲不漏；升壓至30 MPa，穩(wěn)壓30min不滲不漏。上提管柱解封，拉力28kN封隔器解封，并且每級(jí)封隔器解封時(shí)均有明顯壓力顯示。試驗(yàn)結(jié)果表明該封隔器在25MPa時(shí)，密封性能良好，單個(gè)封隔器解封力低（約30 kN），并可實(shí)現(xiàn)逐級(jí)解封。

3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

Y341型多級(jí)分注井逐級(jí)解封封隔器于2012－06開始在華慶油田投入現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，通過不斷改進(jìn)完善后推廣應(yīng)用，至目前為止現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)了98井次，最大注水壓力22MPa，最大級(jí)為5級(jí)。在施工過程中未出現(xiàn)中途坐封、注水時(shí)未出現(xiàn)密封不嚴(yán)等現(xiàn)象，工藝成功率100%，最長(zhǎng)有效期達(dá)450d，其間洗井及測(cè)試調(diào)配工作正常。

隨著華慶油田細(xì)分注水井層段不斷增加，使用Y341型多級(jí)分注井逐級(jí)解封封隔器后效果明顯。例如C423井，細(xì)分前2級(jí)，細(xì)分后達(dá)到4級(jí)。2012－08－27下入Y341型多級(jí)分注井逐級(jí)解封封隔器，后進(jìn)行了驗(yàn)封流量調(diào)配，表明4級(jí)封隔器全部密封，工藝成功100%。2013－08－22該井增注作業(yè)，起鉆時(shí)4級(jí)封隔器逐級(jí)解封成功，最大拉力32kN，封隔器井下工作時(shí)間達(dá)到360d，期間測(cè)試4次，洗井2次。

4 結(jié)論

1） 研制的Y341型多級(jí)分注井逐級(jí)解封封隔器，有效降低了封隔器解封力（僅30～40kN），同時(shí)實(shí)現(xiàn)多套封隔器逐級(jí)解封功能。

2） 采用鎖指爪與鎖套配合鎖緊機(jī)構(gòu)，有效防止注水壓力波動(dòng)下封隔器失效，提升封隔器的穩(wěn)定性。同時(shí)通過上提管柱使鎖指爪與鎖環(huán)失去支撐點(diǎn)，二者分離，實(shí)現(xiàn)封隔器逐級(jí)解封。

3） 通過室內(nèi)試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，驗(yàn)證了該封隔器解封力低，可實(shí)現(xiàn)管柱封隔器的逐級(jí)解封，滿足油田3～5級(jí)的分層注水需要。隨著油田精細(xì)注水開發(fā)，具有廣闊的應(yīng)用前景。

［1］趙政璋，王元基，隋軍，等.油田注水開發(fā)技術(shù)與管理［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2010.

［2］于九政，陳偉，晏耿成，等.多級(jí)分注井封隔器研制與應(yīng)用［J］.石油礦場(chǎng)機(jī)械，2012，41（11）：66－68.

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［4］趙明宸.分層注水管柱封隔器受力分析［J］.長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2011，8（4）：59－62.

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