压缩式缩径井封隔器胶简的结构优化研究

针对压缩式缩径井封隔器外径小、胶筒压缩变形量大、密封效果差的问题,开展了压缩式缩径井封隔器胶筒结构优化设计,并进行了承压能力的理论和试验分析,研制了一种适合缩径井高压密封的胶筒结构型式.通过试验证明,该缩径井胶筒(外径100 mm)在φ139.7 mm(51/2英寸)套管中承压不低于25 MPa,满足了缩径井的使用要求.     

K344-95型膨胀封隔器结构改进及应用

轨道式封隔器和支柱式封隔器在异径套管、缩径套管、定向井和水平井中的坐封成功率低。改进了K344-95型膨胀封隔器的结构,室内试验符合要求。现场应用8口井,成功坐封,密封可靠,证明改进的封隔器适用于补贴套管、缩径套管和大斜度井的试压、找漏等修井工艺,且具有胶筒膨胀比大、通过性好、耐高温等特点。     

无骨架内衬扩张式封隔器的研制与现场试验

为解决常规钢丝帘线或重叠钢片式扩张封隔器胀封承压后残余变形大、易卡管柱的问题,通过设计无骨架内衬扩张式胶筒,研制了无骨架内衬扩张式封隔器。该封隔器采用两端嵌套弹簧的方式来提高胶筒多次坐封的可靠性,在工作压差2.5~5.0 MPa下,胶筒可以充分胀封并可靠密封。室内试验表明,无骨架内衬扩张式封隔器在150℃下可以反复坐封/解封50次,双向承压85 MPa,解封后胶筒残余变形率小于1.5%。该封隔器在延长油田2口老井重复复压裂施工中进行了试验,其坐封显示明显,且在井内工作50 h多后,顺利解封,封隔器胶筒完好,外径仅由108 mm扩大至109 mm。研究结果表明,无骨架内衬扩张式封隔器封隔能力强,能重复坐封、解封,比常规扩张封隔器胶筒残余变形小,更易于解封起出管柱。      

水井封隔器胶筒防掉井工具

压缩式封隔器大规模使用以来，由于起出的胶简受老化和套管接箍挂削的影响，致使胶简脱离封隔器掉入井底，造成人工井底上升。水井封隔器胶筒防掉井装置在不影响管柱功能的前提下，在水井作业施工时随管柱下井，二次作业时，在管柱起出过程中将脱落胶筒捕获，达到保护井底的目的。此装置由弹性捕捞爪、捕捞钢体、碎胶简捕捞开窗、筛式中心管组成。弹性外径为118mm，钢体外径为114mm。现场应用150口井，捕获胶筒量与原井封隔器胶筒量相同，达到了保护井底的目的。     

压缩式封隔器密封胶筒有限元分析及改进

针对常规压缩式封隔器密封胶筒存在的问题,对常规型和改进型封隔器胶筒在不同坐封载荷下的接触应力进行对比分析,以提高封隔器下井安全性、工作稳定性和密封可靠性。结果表明：改进后的新型压缩式封隔器胶筒比常规封隔器胶筒具有更高的承压能力,使管柱的下井安全性能大幅提高,满足了现场操作需求,提高了下井成功率。     

压缩式裸眼封隔器的研制与应用

为了降低裸眼水平井压裂改造成本,研制了压缩式裸眼封隔器。该裸眼封隔器采用可扩张保护块式胶筒端部保护机构及双胶筒密封单元,封隔器承压能力得到显著提高;同时,采用防中途坐封双保险锁定机构,降低了封隔器下入过程中提前坐封的风险。室内试验结果表明,在模拟152.4 mm裸眼井条件下,封隔器承受双向压差达70 MPa以上。该裸眼封隔器具有结构独特、加工成本低等特点。苏里格气田现场应用情况表明,压后平均无阻流量为相邻直井的3～9倍,获得了较好的增产效果,为长庆气田低成本快速开发提供了有力的技术支撑。     

压缩式封隔器胶筒检测工具研制与应用

针对目前忽视压缩式封隔器胶筒检测这一中间环节,胶筒一旦出现密封不严,不能直接找出原因的问题,研制了压缩式封隔器胶筒检测工具。该检测工具主要由胶筒密封部分、液压坐封部分、压缩距测量部分和机械解封部分等组成,具有检测方式简单、可靠、准确的特点。检测结果表明:该压缩式封隔器胶筒检测工具可以检测多个型号的压缩式封隔器胶筒的规格尺寸、硬度、压缩距、压缩力和密封压差。该检测工具不仅可以检测常温胶筒,也可检测高温胶筒。压缩式封隔器胶筒检测工具的研制提高了封隔器的利用率,节约了生产成本。     

扩张式封隔器胶筒参数优选

为了对扩张式封隔器结构参数进行优选,利用有限元分析技术分析了胶筒工作长度、厚度、肩部形状和钢丝帘线排布方式等对胶筒受力和变形规律的影响。建模时把钢丝帘线层视为均匀的连续体,假设橡胶材料的力学性能不随温度发生变化,定义了5条路径,分别用于显示封隔器肩部和胶筒实体部分的应力曲线。分析结果表明,当扩张式封隔器胶筒启封工作压力为0.5MPa,内压达到10.0 MPa以上时密封接触长度达到最大;在一定范围内胶筒长度对其工作性能基本没有影响,但长度过短会使密封性能减弱;建议胶筒外径小于封隔器刚体最大外径1～2 mm。     

Y211—76型小直径封隔器的研制与应用

针对萨中油田 10 1 6mm套管井采油工艺技术的需要 ,研制了Y2 11— 76型小直径封隔器。这是一种单向卡瓦支撑、重力坐封、上提管柱解封的压缩式封隔器 ,总长 787mm ,最大外径76mm ,最小通径 2 8mm ,设有防转动导向滑道 ,密封胶筒为压缩式三组合胶筒。该型封隔器与小直径锚定器配套使用 ,在锚定器定位支撑管柱后 ,依靠重力实现坐封。 3井次的现场试验表明 ,Y2 11— 76型小直径封隔器不仅适用于侧钻井 ,更适用于直井 ,在用于喷射泵采油和找漏施工中 ,坐封合格率 10 0 % ,现场施工成功率 10 0 %。     

高温高压测试封隔器胶筒的研制

针对中国西北和西南地区超深、超高温、高压油气井测试封隔器胶筒性能指标不达标问题,研制了与?193.7 mm测试封隔器相配套的高温高压测试封隔器胶筒。采用三胶筒结构设计,中间胶筒起密封作用,2个端胶筒硫化钢网和拉伸弹簧增强承压能力和回缩能力;优选了FKM(氟化橡胶)材料,提高了胶筒耐温性能;通过有限元分析,验证了胶筒结构设计和硬度可以满足设计需求。依据API 11D1标准对封隔器高温高压密封性能进行了室内测试,承压试验结果表明,封隔器胶筒达到了204℃、105 MPa、V0级。将胶筒与现有测试封隔器装配,进行了样机试验,结果表明,工具在150℃升温到204℃情况下封隔器胶筒下部和上部均承压差105 MPa,胶筒尺寸参数变化率在5%以内,现场应用进一步验证了该胶筒的可靠性。该测试封隔器的研制成功可助力于超深、超高温、高压油气田的高效开发。     

缩径井分层采油工艺技术

针对老油田由于套管变形或套管补贴等原因造成油井缩径而无法进行正常分层采油的现状,开展了缩径井分层采油工艺的研究。设计了整体式和丢手式缩径井分层采油管柱,研制了Y341型和Y441型缩径井封隔器、液压倒扣丢手工具、缩径井分流开关等井下工具,配套形成了可实现对缩径段以下封闭层有效封堵的缩径井分层采油工艺管柱。该工艺管柱采用液压坐封、上提解封的工作方法,具有刚体外径小,坐封、密封性能可靠,承压能力高等工艺特点,现场应用证明具有很好的推广价值。     

封隔器胶筒应力数值模拟与结构优化研究

封隔器胶筒是具有弹性密封、用以保护套管的井下工具，其结构形式和材料性能决定封隔器的密封压差。利用MARC有限元分析软件模拟封隔器胶筒的密封状态，分析计算轴向载荷、密封压差与接触压力之间的关系及封隔器胶筒结构对它的影响，获得了胶筒高度、外斜角、外径等优化结构参数，提高了封隔器胶筒的耐压差性能。     

可取式液压封隔器耐高温胶筒优选与试验研究

近年来随着高温高压勘探开发技术的发展,西部油田井深逐渐增加,储层温度达到184～207℃,地层压力80～125 MPa,对井下工具的密封性能提出了更高的要求。胶筒元件作为井下封隔器实现井下封隔功能的核心部件,其性能的好坏直接影响井下工具的密封性能及工艺的成败。为此,对油田用高温高压密封材料及胶筒结构进行调研,优选出3款常用且性能指标较高的Ф193. 7 mm胶筒组件,根据要求对其结构及参数进行优化后,加工出3款胶筒样品;在模拟试验井筒内,分别对这3款封隔器胶筒进行高温条件下承压性能试验。试验结果表明:MESH双凹槽胶筒在耐温204℃条件下,长期耐压能够达到105 MPa,可以为后期研制性能达到105 MPa/204℃可取式封隔器提供密封胶筒。研究结果可为提高高温高压井开发效率提供技术支持。     

φ88.9mm侧钻水平井套管外封隔器的研制与应用

为了解决侧钻水平井固井时存在的层间混窜和管外喷冒等问题 ,研制了 88 9mm侧钻水平井套管外封隔器。封隔器的膨胀控制系统采用一种新型的施工阀、保压阀和液缸预充液压油结构 ,膨胀密封元件采用新式的帘布夹层胶筒 ,可以在小尺寸情况下封隔比较大的环空 ,胶筒端部用压环压紧密封 ,同时又采用了胀环结构作靠背 ,提高了胶筒承压能力。现场应用证明 ,这种封隔器具有通过能力强 ,承压能力高 ,试压可靠性高 ,封隔性能好等特点 ,坐封成功率达1 0 0 %。     

水井封隔器胶筒防掉井装置革新

压缩式封隔器是油田实现分层注水的主要工具，由于压缩式封隔器的解封均以上提强拉为主，不同程度的存在胶筒脱落掉井的情况，而掉井胶筒无法通过常规作业工序打捞(冲、捞)，必须通过大修磨铣才能清除。现场统计表明成功释放后二次起出的压缩式封隔器均有一个胶筒脱离本体，且并未随管柱起出地面。随着水井调、重配等次数的增加，掉井胶筒逐渐增加，致使人工井底上升。因此有必要开发一种既不影响压缩式封隔器管柱的分层效果，又能有效防止胶筒掉井的工具。     

水井封隔器胶筒防掉井装置

压缩式封隔器是油田实现分层注水的主要工具，由于压缩式封隔器的解封均以上提强拉为主，不同程度地存在胶筒脱落掉井的情况，而掉井胶筒无法通过常规作业工序打捞（冲、捞），必须通过大修磨铣才能清除。现场统计表明，成功释放后二次起出的压缩式封隔器均有一个胶筒脱离本体，且并未随管柱起出地面。随着水井调、重配等次数的增多，掉井胶筒逐渐增加，致使人工井底上升。因此，有必要开发一种既不影响压缩式封隔器管柱的分层效果，又能有效防止胶筒掉井的工具。水井封隔器胶筒防掉井装置的研制是在不影响管柱功能的前提下，采取结构防掉的原理，在水井作业施工时随管柱下井，二次作业时，通过工具结构在管柱起出过程中将脱落胶筒捕获，达到保护井底的目的。     

基于骨架支撑的大扩张比封隔器设计研究

针对现场需求开展了大扩张比封隔器研究,由于封隔器扩张比达到50%,常规结构难以实现。鉴于此,优化设计了能够支撑大扩张比封隔器胶筒大变形的金属骨架,并分别研制了直线割缝、螺旋割缝和叠片钢带等多种金属骨架结构,通过有限元计算、变形测试和支撑胶筒胀封试验的方法,对金属骨架进行了结构优化和性能分析。试验数据表明叠片钢带骨架结构发生变形后不产生缝隙,对胶筒大变形能够提供有效支撑和保护,同时具有很好的回复性能,因此采用叠片钢带骨架结构支撑封隔器胶筒。试验中,该封隔器(外径120 mm)在内径165~182 mm的井筒内能够坐封并且封隔压力达到20 MPa,最大扩张比达到50%,各项指标满足现场技术要求。研究结果和研究方法可为大扩张比封隔器的进一步优化设计提供参考。     

水敏式自膨胀管外封隔器及防突结构的研制

水平井固井存在质量差、顶替效率低、压裂窜槽严重以及水泥浆对储层造成污染等技术难题。为此,设计了水敏式自膨胀管外封隔器,分析了其工作原理,设计了肩部防突结构。该封隔器采用逐级防突装置,膨胀环A和开口铜环形成第1道碗状的防突结构,膨胀环B及丁腈橡胶护肩分别形成第2道和第3道碗状的防突结构,设计的胶筒不同配方有益于胶筒更好地与裸眼井壁贴合,起到密封作用。承压试验结果表明:水敏式自膨胀管外封隔器具有优良的承压能力,在较长时间缺水状态下仍然能够保持较好的耐压能力。所得结论可为封隔器的结构优化提供参考。     

可钻封隔器设计及密封机构特性研究

为解决油田分层注水封隔器工艺成功率低的问题，研制了一种可钻封隔器。该封隔器内径为62 mm,零件采用非金属可钻复合材料；封隔器采用双活塞低压坐封，减小了坐封压差，增强了坐封可靠性；筛选耐高温高压胶筒，尽可能缩小胶筒厚度。通过对胶筒密封机构进行仿真分析，得出不同工作压力下胶筒与套管内壁的接触压力与胶筒压缩距。对仿真结果进行分析可知，密封机构满足设计要求且密封性能良好。室内试验和现场应用结果表明：可钻封隔器坐封顺利，解封可靠，整体密封性能良好。密封压差可达35 MPa,常温至120℃高温下承压25 MPa,能够满足高温、高压等复杂环境下的工作需求，工艺成功率100%,应用效果良好。此封隔器的研制成功为分层注水井的应用提供了技术支持，对油田实现降本增效起到了良好作用，具有广阔的推广应用前景。     

压缩式封隔器胶筒力学性能分析

将压缩式封隔器分为自由变形和约束变形2个阶段。从胶筒变形的几何、静力和物理方程中推导出了封隔器密封的最小坐封力;计算了自由变形阶段胶筒的高度,得到了胶筒在有、无工作压差2种条件下的接触应力。在此基础上得到了胶筒的极限密封压力,分析了胶筒的强度,确定合理的坐封力和工作压差。为封隔器胶筒结构尺寸的设计提供理论依据。