海上油田用Y445-210型丟手懸掛封隔器研制

趙仲浩，程心平，鄭金中，王良杰，王現(xiàn)鋒

（中海油能源發(fā)展工程技術(shù)分公司鉆采工程研究所，天津 300459）

海上油田用Y445-210型丟手懸掛封隔器研制

趙仲浩，程心平，鄭金中，王良杰，王現(xiàn)鋒

（中海油能源發(fā)展工程技術(shù)分公司鉆采工程研究所，天津 300459）

常規(guī)的Y445型丟手懸掛封隔器應(yīng)用于海上油田大尺寸井筒時，存在中途坐封、丟手單一和強制解封等問題。研制了Y445-210型丟手懸掛封隔器。該封隔器設(shè)計有防中途坐封結(jié)構(gòu)，采用液壓和機械雙重丟手方式，可獨立打撈、解封，具有坐封容易、密封可靠和打撈方便等優(yōu)點。室內(nèi)試驗和現(xiàn)場應(yīng)用表明：該封隔器施工可靠性高，各項性能滿足現(xiàn)場使用要求，可應(yīng)用于海上油田244.5 mm（9■8英寸）井筒內(nèi)油水井的防砂、卡封、堵水和壓裂等作業(yè)工藝。

封隔器；丟手懸掛；結(jié)構(gòu)

隨著油田地層產(chǎn)能下降，以及層間矛盾和地層出砂現(xiàn)象的日趨加劇，油田淺修、油層保護、卡堵水及機械防砂等工藝日趨增多。在這些工藝措施的實施中，Y445型丟手懸掛封隔器作為關(guān)鍵工具，其性能穩(wěn)定直接決定工藝施工成功率［1-3］。常規(guī)Y445型封隔器存在問題：

1） 坐封壓力直接作用于卡瓦和解封剪釘，壓差較大時容易造成封隔器直接解封。

2） 解封方式為強制上提解封，解封難度大，打撈管柱困難。

3） 丟手方式單一，當(dāng)丟手機構(gòu)失效后，只能起出所有管柱，造成作業(yè)返工。

針對這些問題，提出了1種適用于244.5 mm（9 5/8英寸）套管井的新型Y445-210型丟手懸掛封隔器，設(shè)計有防中途坐封結(jié)構(gòu)，采用液壓和機械雙重丟手方式，獨立打撈解封，能適應(yīng)大尺寸套管中各類修井作業(yè)的要求。

1 結(jié)構(gòu)

Y445-210型丟手懸掛封隔器的結(jié)構(gòu)如圖1。它主要由坐封、密封、鎖緊、錨定、丟手及解封6大部分組成。坐封部分由啟動活塞、鎖塊、上膠筒座和外中心管組成。密封部分由膠筒和下膠筒座組成。鎖緊部分由鎖套、鎖環(huán)套、鎖環(huán)和缸套組成。錨定部分由上錐體、卡瓦套、卡瓦、彈簧、下錐體和固定套組成。丟手部分由丟手中心管、丟手棘爪、滑套和丟手套組成。解封部分由支撐體、解封中心管和解封棘爪組成。

圖1 Y445-210型封隔器結(jié)構(gòu)示意

1） 坐封部分 采用啟動活塞與鎖塊機構(gòu)實現(xiàn)定壓啟動，可防止下井過程遇卡阻發(fā)生中途坐封。坐封完畢后膠筒在鎖緊機構(gòu)作用下始終處于壓縮狀態(tài)，可靠密封油套環(huán)空。

2） 錨定部分 用于實現(xiàn)卡瓦牙卡在套管壁上，依靠鎖緊機構(gòu)保持卡瓦不回縮。

3） 丟手部分 采用彈性鎖爪反扣連接，特殊梯形螺紋設(shè)計保證了在大斜度井或水平井中丟手可靠性。此外，在液壓丟手失效情況下可通過正轉(zhuǎn)管柱丟手，液壓和機械雙重丟手設(shè)計提高了丟手成功率。

4） 解封部分 通過下入撈矛方式，打撈解封中心管，直接剪斷解封剪釘，可釋放解封棘爪從而實現(xiàn)膠筒和卡瓦的受力解除，解封力不疊加［4］。

2 工作原理

1） 坐封 坐封時，液壓經(jīng)丟手中心管孔眼作用于活塞，剪斷啟動剪釘，活塞上行釋放鎖塊，坐封機構(gòu)開始動作。繼續(xù)加壓，上膠筒座下行，錨定機構(gòu)徑向擴張，卡瓦支撐到套管內(nèi)壁，剪斷坐封剪釘壓縮膠筒，封隔油套環(huán)空完成坐封，與此同時，鎖緊機構(gòu)步進鎖緊，油管泄壓后卡瓦和膠筒維持坐封鎖緊狀態(tài)。

2） 丟手 繼續(xù)加液壓，剪斷丟手剪釘后，丟手滑套下移，此時釋放丟手棘爪，完成內(nèi)外管脫離。如果液壓丟手失效，正轉(zhuǎn)管柱，剪斷防轉(zhuǎn)剪釘后，丟手棘爪從丟手滑套退出，實現(xiàn)丟手。

3） 解封 解封時，對接打撈母接頭或下?lián)泼驌浦行墓?，上提管柱，剪斷解封剪釘，釋放解封棘爪，鎖緊機構(gòu)失去作用，膠筒回彈，卡瓦受力解除，實現(xiàn)封隔器的解封。若卡瓦因結(jié)垢或雜質(zhì)原因無法順利收縮時，可上下活動管柱強制解封。

3 主要技術(shù)參數(shù)

4 技術(shù)特點

1） 具有液壓和機械2種丟手方式，保證作業(yè)成功率。

2） 獨立的解封機構(gòu)，解封時上提力不直接作用在錨定機構(gòu)和下部管柱，解封載荷不疊加。

3） 坐封機構(gòu)設(shè)計有特殊啟動鎖塊，保證下井時套管內(nèi)的機械或液壓力不會造成中途坐封。

5 室內(nèi)試驗及現(xiàn)場應(yīng)用

5.1 地面性能試驗

為了驗證Y445-210型封隔器的各項性能，模擬其井下實際工況，制作試驗工裝，進行了工藝性試驗，驗證封隔器的工作性能指標(biāo)。試驗時，封隔器上接頭與試驗工裝坐封接頭連接，封隔器下接頭連接絲堵，將其安裝于試驗工裝內(nèi)。到位后油管內(nèi)加液壓10 MPa后，繼續(xù)加壓至15 MPa，穩(wěn)壓5 min；然后泄壓后再次加壓至21 MPa，之后一直穩(wěn)壓至18 MPa進行環(huán)空驗封，分別給環(huán)空加壓5 MPa×10 min、10 MPa×10 min、15 MPa×10 min和20 MPa×20 min壓力不降，泄掉環(huán)空壓力后在拉拔機上進行解封試驗，試驗顯示載荷142 k N，解封后將封隔器從試驗工裝內(nèi)取出。

1） 封隔器各部件之間密封性能良好，試壓15 MPa，穩(wěn)壓5 min，封隔器各密封部分及連接螺紋無滲漏。

2） 封隔器環(huán)空密封性能良好，環(huán)空加壓至20 MPa，穩(wěn)壓20 min，膠筒與套管之間無滲漏。

3） 封隔器解封性能良好，解封后膠筒恢復(fù)良好，卡瓦牙無明顯變形和損壞。

5.2 井下模擬試驗

2012-08，對Y445-210型丟手懸掛封隔器（如圖2所示）進行了井下模擬試驗。在試驗井進行了一趟管柱分層簡易防砂工藝，其外管連接防砂管柱，內(nèi)管連接坐封，驗封一體化管柱。該封隔器下井順利，坐封、密封可靠，加壓20 MPa后成功丟手，取出的內(nèi)丟手，結(jié)構(gòu)如圖3所示，后下入撈矛打撈取出封隔器，發(fā)現(xiàn)膠筒和卡瓦齒形完好，如圖4所示，說明解封順利。井下模擬試驗表明，該型封隔器性能良好，滿足現(xiàn)場使用要求。

圖2 Y445-210型丟手懸掛封隔器

圖3 Y445-210型丟手懸掛封隔器內(nèi)丟手結(jié)構(gòu)

圖4 Y445-210型丟手懸掛封隔器打撈后外觀

6 結(jié)論

1） 為了滿足海上油田大尺寸井筒的作業(yè)要求，研制了Y445-210型丟手懸掛封隔器。該封隔器適用于244.5 mm（9 5/8英寸）套管井，可用于油水井的防砂、卡封、堵水和壓裂等工藝的頂部懸掛作業(yè)。

2） 該封隔器能夠避免大尺寸套管井中封隔器由于受力面積大造成的安全隱患，保證了下入、工作和起出全過程的安全性。

3） 地面試驗和井下模擬試驗情況說明該封隔器坐封、密封、丟手可靠，解封載荷小，施工成功率高，具有較好的推廣應(yīng)用前景。

［1］ 董文魁，尚水龍，唐凡，等.新型Y341型封隔器的研制與應(yīng)用［J］.石油礦場機械，2012，41（5）：74-76.

［2］ 李晶，陳德林，祝楊，等.GDY445型封隔器的研制與應(yīng)用［J］.石油礦場機械，2001，30（6）：38-40.

［3］ 辛林濤，孫鑫寧，劉海濤，等.新型壓差丟手Y445型封隔器的研制與應(yīng)用［J］.石油鉆采工藝，2006，28（3）：78-80.

［4］ 丁連民.Y341B-115逐級解封封隔器的研制與應(yīng)用［J］.石油鉆采工藝，2005，27（3）：76-78.

Research of New Y445-210 Hook Wall Packer Used in Offshore Oilfield

packer；release suspension；structure

：Conventional Y445 hook wall packer has some problems such as midway setting，single release and forced unset when used in large-scale wellbores of offshore oil well.A new type of Y445-210 hook wall packer has been designed.It can resolve the problems above，which has antimidway set structure，hydraulic and mechanical release methods and independent unset structure and is safe to be fished.Laboratory experiment and field application show that the packer has highoperation reliability，meets the requirements of field use and can be used for sand prevention，packer setting，water plugging，fracturing and other operation process of offshore oilfield largescale wellbores（9 5/8 in）.

1001-3482（2014）10-0070-03

2014-04-08

中國海洋石油總公司科技攻關(guān)項目“水平井篩管完井穩(wěn)油控水工藝技術(shù)研究”（NFGC 2014-05）

趙仲浩（1986-），男，山東泰安人，工程師，2011年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（華東）機械工程專業(yè)，主要從事海上采油工藝研究及井下工具設(shè)計工作，E-mail：zhaozhh3＠cnooc.com.cn。

TE951

B

10.3969／j.issn.1001-3482.2014.10.016