過電纜壓縮隔離密封工具研究與應(yīng)用

韓照陽 劉國振 張帥 吉洋

1.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司 天津 300452

2.中海石油（中國）有限公司天津分公司 天津 300459

分層注水是保持、提高地層壓力，實(shí)現(xiàn)油田穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)的重要手段。目前，渤海油田各類分層注水井總數(shù)超過950口，占注水井比例超過93%。為進(jìn)一步完善注采系統(tǒng)，提升分注井的精細(xì)化智能化管理，解決大斜度井分層測(cè)調(diào)的技術(shù)難題，電纜永置測(cè)調(diào)工藝在渤海油田的應(yīng)用逐漸廣泛，自2015年第1口試驗(yàn)井現(xiàn)場成功應(yīng)用，到2020年初，電纜永置式測(cè)調(diào)工藝現(xiàn)場已累計(jì)應(yīng)用90多口井[1]。但隨著油氣井開采年限和修井次數(shù)的增加，分層密封筒長時(shí)間處于井內(nèi)，內(nèi)壁存在腐蝕及刮痕。越來越多的存在層間無法密封的現(xiàn)象，甚至?xí)霈F(xiàn)油套同壓的風(fēng)險(xiǎn)[2]。而電纜永置測(cè)調(diào)工藝所使用的普通隔離密封無法解決該問題，這不僅限制了電纜永置測(cè)調(diào)的推廣應(yīng)用，還無法滿足油藏精細(xì)化注水的需求[3]。以往對(duì)于密封筒失效問題，只能對(duì)井內(nèi)防砂管柱進(jìn)行打撈，重新完井，不僅費(fèi)用較高，并且需要較長的作業(yè)周期。在作業(yè)量較大的情況下，無法使該問題得到快速解決，從而影響油氣田開采過程中注采措施的實(shí)施。過電纜壓縮隔離密封工具可以在滿足鋼管電纜通過的前提下還能起到分層隔離的作用，運(yùn)用壓力膨脹式插入密封解決了密封筒失效而竄層的問題[4]。

1 過電纜壓縮隔離密封工具的結(jié)構(gòu)及工作原理

過電纜壓縮隔離密封工具主要是對(duì)現(xiàn)有井下工具的一種創(chuàng)新，結(jié)合普通過電纜插入密封、膨脹式插入密封的結(jié)構(gòu)及材料，重新設(shè)計(jì)各部位尺寸及機(jī)構(gòu)組合，研制出的一種新型工具，具有解封力小、密封性能好、工具互換性強(qiáng)等特點(diǎn)。該工具以海上油田開發(fā)生產(chǎn)中實(shí)際存在的問題為導(dǎo)向，具有較高的實(shí)用性。

1.1 結(jié)構(gòu)組成

過電纜壓縮隔離密封由上接頭、本體、壓帽、限位環(huán)、移動(dòng)活塞、密封模塊等組成，如圖1 所示，其中座封機(jī)構(gòu)包括限位釘、座封剪釘、移動(dòng)活塞，解封機(jī)構(gòu)包括解封剪釘、卡瓦、導(dǎo)環(huán)剪切環(huán)。

圖1 過電纜壓縮隔離密封結(jié)構(gòu)

該工具兩邊連接尺寸與常用插入密封工具尺寸一致，充分保證工具的互換性。用于支撐限位的卡瓦，利用金屬材料本身的彈性，采用整體式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，不易落井。

1.2 工作原理

1.2.1 座封

向本體內(nèi)打壓，液體從本體內(nèi)內(nèi)壁小孔進(jìn)入本體與移動(dòng)活塞之間的環(huán)形空間；當(dāng)壓力增大達(dá)到座封壓力，移動(dòng)活塞切斷座封剪釘、向下移動(dòng)壓縮膠筒，壓縮膠筒受壓擴(kuò)張，密封本體內(nèi)與工作筒的環(huán)形空間。壓縮橡膠下壓支撐卡瓦，支撐卡瓦本體的 6 個(gè)卡爪內(nèi)壁有棘齒，與移動(dòng)環(huán)外壁的棘齒配合，在棘齒的作用下，卡爪向外移動(dòng)，直到卡爪貼近工作筒內(nèi)壁為止，受到工作筒內(nèi)壁和棘齒的尺寸限制，支撐卡瓦不會(huì)向下移動(dòng)。由于限位釘?shù)淖饔茫苿?dòng)活塞移動(dòng)至最大壓縮距時(shí)，不再移動(dòng)，移動(dòng)活塞本體的 6 個(gè)卡爪內(nèi)壁有棘齒，與中心管上的棘齒配合，確保移動(dòng)活塞單向滑動(dòng)。如圖2所示。

圖2 過電纜壓縮隔離密封座封過程

1.2.2 解封

上提本體，拉力逐漸增大達(dá)到解封壓力，壓縮橡膠推動(dòng)支撐卡瓦與導(dǎo)環(huán)剪切環(huán)，切斷解封剪釘，支撐卡瓦與導(dǎo)環(huán)剪切環(huán)同時(shí)向下移動(dòng)一個(gè)壓縮距，壓縮膠筒徑向收縮、恢復(fù)原狀。若拉力小于解封壓力，解封剪釘未被剪斷，當(dāng)工具被拔出工作筒后，支撐卡瓦的卡爪失去工作筒內(nèi)壁約束，向下移動(dòng)，壓縮膠筒徑向收縮、恢復(fù)原狀，同樣起到解封效果。

2 性能評(píng)價(jià)試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)驗(yàn)證成果

（1）檢驗(yàn)插入密封工具的整體密封性能；（2）檢驗(yàn)插入密封工具坐封的可靠性、穩(wěn)定性；（3）驗(yàn)證插入密封工具坐封時(shí)，座封剪釘?shù)膶?shí)際尺寸；（4）檢驗(yàn)插入密封工具解封的可靠性、穩(wěn)定性；（5）驗(yàn)證插入密封工具解封時(shí)，解封剪釘?shù)膶?shí)際尺寸。

2.2 試驗(yàn)驗(yàn)證過程

評(píng)價(jià)試驗(yàn)利用專用工裝，如圖3所示，通過本體內(nèi)打壓、工具與密封筒環(huán)空打壓等操作，對(duì)工具的整體密封性能，工具座封、解封時(shí)的穩(wěn)定性，座封后隔離密封效果等方面進(jìn)行測(cè)試。此次試驗(yàn)對(duì)象為4.75＂、6＂過電纜壓縮隔離密封，試驗(yàn)?zāi)M工作筒腐蝕程度為內(nèi)表面4個(gè)不對(duì)稱劃槽，劃槽深度0.5mm，寬度20mm。

圖3 密封實(shí)驗(yàn)工裝

2.3 試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)論

工具本體內(nèi)正打壓21MPa，測(cè)試過電纜壓縮隔離密封工具整體耐壓性能良好；正打壓8MPa，座封銷釘剪切，穩(wěn)壓5min內(nèi)無壓降現(xiàn)象，密封效果良好；對(duì)工具封隔性能進(jìn)行測(cè)試，打壓16MPa，穩(wěn)壓5min內(nèi)無壓降現(xiàn)象，密封效果良好；4.75＂插入密封解封力5.7T，6＂定位密封解封力為6.6T。完成了工具的整體打壓試驗(yàn)、座封、驗(yàn)封、解封試驗(yàn)等功能性試驗(yàn)，工具樣機(jī)性能可靠。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

SZXX-X-CD井于2000年投產(chǎn)，分三層防砂，2003年轉(zhuǎn)為注水井，2006年更換管柱時(shí)發(fā)現(xiàn)兩個(gè)隔離封隔器密封失效，隨后籠統(tǒng)注水。2020年4月再次作業(yè)時(shí)，使用定量驗(yàn)封工具對(duì)分層密封筒再次驗(yàn)封，均失敗：驗(yàn)封壓力10MPa，15S降至0MPa，環(huán)空有返出，實(shí)測(cè)流量值60m3/d、57m3/d，詳見圖4。

圖4 密封筒處竄漏流量值

考慮該井調(diào)配及吸水剖面測(cè)試作業(yè)量大，下入電纜永置測(cè)調(diào)管柱，針對(duì)該井密封筒失效問題，配合使用過電纜壓縮隔離密封。座封隔離密封后，進(jìn)行驗(yàn)封，關(guān)閉1、3層位，2層全開，地面保持注水壓力3MPa/6MPa/10Mpa*10min，圖中紅色為溫度曲線，藍(lán)色為管內(nèi)壓力，紫色為地層壓力，地層壓力未隨著管內(nèi)壓力變化而變化，說明過電纜壓縮隔離密封效果良好，詳見圖5。

圖5 層間驗(yàn)封曲線

自電纜永置測(cè)調(diào)工藝在渤海油田推廣應(yīng)用以來，至2023年5月，過電纜壓縮隔離密封工具目前已使用19井次，選取其中7井次為例，6口井驗(yàn)封合格，1口井驗(yàn)封失敗。失敗井為2001年投產(chǎn)，考慮到年限較長且經(jīng)過多次酸化作業(yè)，該井密封筒損壞程度較大，使用井次統(tǒng)計(jì)見表1。

表1 過電纜壓縮隔離密封應(yīng)用井次統(tǒng)計(jì)

4 結(jié)束語

（1）過電纜壓縮隔離密封工具從設(shè)計(jì)到性能試驗(yàn)，均進(jìn)行了有效的評(píng)價(jià)，通過現(xiàn)場良好實(shí)踐，驗(yàn)證了該工具性能可靠、穩(wěn)定，可以廣泛應(yīng)用。

（2）過電纜壓縮隔離密封工具可有效解決電纜永置測(cè)調(diào)工藝應(yīng)用中密封筒竄漏的問題，提高了該工藝的適用性及精準(zhǔn)性，是油藏實(shí)現(xiàn)精細(xì)化注水的一把利器。

（3）隨著密封筒失效情況及智能分注管柱應(yīng)用增多，該工具以其自身的穩(wěn)定性、可靠性，應(yīng)用前景廣闊。

（4）該工具以油水井生產(chǎn)中的實(shí)際問題為出發(fā)點(diǎn)，可有效避免防砂管柱的打撈作業(yè)，節(jié)省大量費(fèi)用，達(dá)到降本增效的效果。