油田井下楔入式封隔器的研制与应用

楔入式封隔器是针对油田井下堵水而设计的一种封堵工具,由坐封、锁紧、解封和密封4部分组成。坐封部分和锁紧部分采用液缸推进和卡簧步进锁紧机构;解封部分采用锁球拉手机构,使胶筒很容易解封;密封部分采用钢件楔入胶筒的方式,增加了胶筒的密封性能。该封隔器具有液压坐封、液压上提解封、自锁锚定、卡簧步进锁定等特点。楔入式封隔器于2005年在吉林油田现场试验4口井,施工成功率100%,表明该封隔器是一种封堵有效期长、现场操作性能可靠的井下封堵工具。     

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。     

封隔器胶筒轴向压缩大变形与双重接触力学分析

压缩式封隔器胶筒属大变形材料,在坐封过程中与中心管、套管产生双向接触摩擦,给理论分析带来难度。鉴于此,考虑胶筒材料非线性、几何非线性及双重接触非线性,采用弹性力学理论和橡胶大变形本构关系,推导了胶筒坐封过程中的变形和接触压力计算公式,根据力学基本理论建立胶筒变形方程。将胶筒变形分为自由变形、单向约束变形和双向约束变形3个阶段,利用载荷迭代法求解各阶段的接触压力和压缩量。提出以密封系数作为封隔器坐封的判别条件,密封系数越大,表明密封性能越好;通过密封系数不小于1来判断封隔器是否完全坐封,由封隔器承受的最大压力来判断适用于何种深度的压裂井。该项研究结果可为封隔器设计提供理论依据。     

海上油田ESP封隔器(双电缆)的研制与应用

为了解决海上边际小油田双电潜泵完井系统中双电缆穿越的问题,研制了海上油田ESP封隔器。该封隔器采用双向外卡瓦和辅助水力锚定机构,可避免由于封隔器下部压力过大造成的解封问题,提高了封隔器的安全性和可靠性;由双重密封胶筒组成的密封系统可适用于不规则套管和多种压力环境,扩大了封隔器的应用范围;采用液压坐封和直拉解封的方式,使封隔器具备坐封简单、密封可靠和解封方便等特点。室内试验和现场应用结果表明,ESP封隔器在额定坐封压力下能成功坐封,施工成功率100%;在设计验封压力下,压力稳定且无泄漏现象,封隔器胶筒密封性能可靠,达到现场应用要求。     

二次压缩Y445型封隔器的研制

井下封隔器是CO2驱油田注气管柱的关键工具,目前使用的封隔器普遍存在密封气体能力不足的问题。为此,研制了二次压缩Y445型封隔器。该封隔器在结构设计上巧妙引入了二次加载持续压缩胶筒的设计理念,增加了利用管柱加载持续压缩胶筒功能,使胶筒永久保持与套管的接触应力。设计了卡瓦张紧机构,胶筒松驰所产生的微小坐封距被卡瓦张紧机构所吸收,从而提高了封隔器的气密性能。设计了新型双丢手机构,可适应多种工况对丢手作业的要求。该封隔器经过长期反复试验,其坐封、丢手、解封性能可靠,尤其是封隔器的密封性能有了质的提高,能够长期、反复、双向承压30 MPa,达到了设计目的。     

DXY441-114型防蠕动封隔器的研制与试验

针对扩张式和压缩式封隔器存在的抗蠕动性差和胶筒材料老化导致密封性变差等问题,研制了DXY441-114型防蠕动封隔器。该封隔器主要由坐封机构、密封机构、洗井机构、锁紧机构和解封机构等部分组成,具有密封性好、承压能力强的特点,能满足复杂断块分层注水的要求。室内试验和现场试验表明,该封隔器能够很好地实现坐封、密封、洗井和解封功能,在胜利油田东辛采油厂12口井坐封成功率100%,平均有效期已达9月,最长的有效期达15月。     

高压分层注入封隔器的研制与应用

为了解决双河油田分层注水、酸化封隔器工艺成功率较低的问题,研制了高压分层注入封隔器。该封隔器采用双活塞低压力坐封机构、洗井阀控制销钉,实现先坐封、后关闭洗井阀,提高了封隔器坐封的可靠性;采用双层紫铜碗胶筒肩部保护结构,同时与胶筒生产厂家联合攻关,优选胶筒配方,提高了胶筒耐温耐压性能。室内试验和现场应用结果表明,高压分层注入封隔器在额定坐封压力下,能可靠坐封,从现场应用12口井情况看,注水封隔器有效期达到两年以上,满足酸化、压裂施工现场需求,工艺成功率100%,取得了较好的应用效果,为高压分层注水、分层酸化、分层压裂井的应用提供了技术支撑。     

带金属护肩封隔器的密封特性研究

针对胶筒肩部突出引起封隔器失效的问题,基于封隔器坐封过程,并考虑高温高压对封隔器密封性能的影响,建立了密封组件非线性接触模型,研究了带金属护肩封隔器的密封特性。研究结果表明,常用封隔器坐封过程中,封隔器胶筒表现出较强的肩部突出特性;胶筒肩部突出随坐封力增大而愈加严重,高温高压加剧肩部突出;阶梯坐封力从初始15 MPa增到38 MPa而最终坐封,随温度上升,左端与中间胶筒的接触压力都随坐封载荷的增大而增加,胶筒的密封性能在井温150℃时达到最优;井下温度30℃时压缩距离最大,随着温度升高,压缩距离逐渐变小但差别较小。     

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。      

GDY445型封隔器的研制与应用

GDY445型封隔器是一种新型的液压防顶封隔器,这种封隔器是专为油田下滤防砂和丢封堵水而设计的.其显著的技术特点是设计了独特的坐封、丢手互锁机构,中途防坐机构,打捞解封机构和软楔式胶筒密封结构.可有效防止封隔器在下井、坐封、丢手及打捞过程中井下事故的发生,提高密封效果.室内试验及现场应用表明,与常规液压封隔器相比,它具有坐封容易、密封可靠、打捞方便、解卡顺利等优点.在挂滤防砂及丢封高压水层方面效常显著.     

Y341B-115逐级解封封隔器的研制与应用

针对现有多层堵水封隔器坐封难、解封难问题,优化设计了逐级解封封隔器的坐封机构、锁紧机构、验封机构、平衡保护机构、逐级解封机构。该封隔器操作简单,解封动作可靠,解封负荷小,小于20 kN;验封可靠,多级使用可对各级封隔器验封;其平衡保护机构可使封隔器既承上压又承下压,具有双向承压能力;优选出氢化丁晴胶料,提高了胶筒耐温耐压性能;设计有防中途坐封的销钉,保护封隔器的密封件,提高了封堵管柱的可靠性。经现场多级堵水应用,封堵效果好,起管柱时解封负荷小,实现了逐级解封,为厚油层多级堵水提供技术支撑。     

锁环回退距对封隔器胶筒密封性能影响研究

封隔器作为完井必不可少工具,其密封可靠性直接关系着作业的成败。对于封隔器的密封性能研究,大部分集中在胶筒结构和防突优化研究上,基本忽略了锁紧机构回退对密封性能的影响。以177.8 mm(7英寸)隔离封隔器锁环机构为研究对象,完成了锁环回退距的机理研究; 设计了微位移测量系统,用于检测锁环回退距与坐封力之间的关系。将试验数据与ANSYS软件相结合,分析锁环回退距对胶筒与套管间接触压力的影响。研究结果表明,当回退距达6 mm时,接触压力下降5.3 MPa,降幅达到48%; 回退距与接触压力间呈现线性关系,锁环回退距的增加对密封性能影响较明显。该结论对提升封隔器胶筒密封可靠性具有重要意义,也为锁环设计及优化提供理论支持,从而降低对胶筒组形状结构和材料性能的要求。     

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 %。     

基于正交试验的压缩式封隔器胶筒的结构参数优化

主要用于封隔油管与套管环形空间的封隔器胶筒在现场使用中常常出现密封失效和撕裂失效等问题。为了解决上述突出问题,基于虚功原理、Von Mises屈服原则及接触非线性理论,建立了压缩式封隔器胶筒工作中的三维有限元计算模型,采用正交优化方法,对胶筒的关键结构参数长度、厚度和倒角尺寸进行了优化,获得了胶筒关键结构参数的最优组合方案,并对优化前后封隔器胶筒的力学性能进行了对比分析。研究结果表明：①对胶筒密封性能影响由大到小的因素排序为：厚度、倒角尺寸、长度;②胶筒关键结构参数的最优组合应为长度80 mm、厚度20 mm、倒角尺寸10 mm;③较之于优化前,优化后的胶筒与套管间的最大接触应力平均提高70.44%、胶筒最大Mises应力平均降低15.72%、胶筒的压缩距平均降低37.82%;④在相同坐封载荷作用下,优化后的胶筒增大了胶筒与套管间的接触应力、降低了胶筒自身的Mises应力。结论认为,经过参数优化后的封隔器胶筒能够更好地满足现场使用中的密封性能和寿命要求。     

基于安全程控的双向锚定密封悬挂封隔器研制

为了满足水平井裸眼分段压裂工艺对悬挂封隔器的"下得去、挂得住、脱得开、封得住、提得出"的更高要求,研制了双向锚定密封悬挂封隔器。该悬挂封隔器由中心管、主体、双向锚定管柱机构、环形空间密封机构、定位球及控制阀组成,其主要技术特点包括:(1)该悬挂封隔器不但具有双向锚定管柱、密封环形空间的功能,而且还具有无需钻柱倒扣或者另设丢手工具就可以实现钻柱与悬挂封隔器分开的特性;(2)具有"只有投球后进液通道才能打开—悬挂机构坐挂—密封机构坐封—中心管解脱"联动程序的控制阀,避免了悬挂封隔器提前坐挂、完钻后钻杆无法解脱的问题,也确保了悬挂封隔器若未坐挂可应急提出整个管柱;(3)新颖的多级防退设计,提高了双向锚定管柱、环形空间密封的性能;(4)设计了具有在常规解脱失效时确保钻具提出的安全机构。地面模拟试验结果表明:所研制的双向锚定密封悬挂封隔器的双向锚定管柱、环形空间密封、安全起出钻柱等性能均达到设计要求。     

NiTi形状记忆合金封隔器密封件的研制

提出了用NiTi形状记忆合金制造井下封隔器的密封件替代传统橡胶密封件,完成了形状记忆合金密封件的结构设计,进行了形状记忆合金密封件的性能实验,并对实验结果进行了具体分析。实验证明,NiTi形状记忆合金密封件承压能力高,坐封力大,解封力较小,密封效果良好,可以代替传统的橡胶密封。     

基于ABAQUS的管内密封胶筒性能参数优化

管内智能封堵技术已成为管道事故应急维抢修的重要技术手段之一,而封堵胶筒的密封性能是评价管内智能封堵能力的决定性因素.应用ABAQUS有限元分析软件,结合单因素与多因素耦合分析方法,分析各参数对胶筒密封性能的影响特性,进而实现密封胶筒的参数优化,使得胶筒在相同的驱动力作用下,达到最优的密封效果,即封堵压力最大.首先,通过...     

隔离密封检测工艺及配套密封工具研究及应用

针对密封筒受到磨损、腐蚀导致自密封封隔器的胶筒密封易失效而无法分层开采的问题,开发出一套隔离密封性能检测管柱工艺。通过内置在检测管柱中的压力计和流量计,对密封筒的受损情况进行有效检测。依据现有标准《油气田压缩式封隔器胶筒》,设计不同规格新型密封工具的胶筒,来满足不同类型密封筒的要求。首先,对胶筒的尺寸参数、硬度进行了优选;然后,对检测工具的胶筒进行座封试验、耐压试验及密封性能试验,确定出不同规格的密封筒对应的密封工具的压缩距及坐封力。利用检测工艺对分层失效的井进行现场检测,利用密封胶筒对受损密封筒进行有效密封补偿。开发的检测工艺技术能够在有缺陷密封筒的油水井中对井下密封筒进行定量化检测,保证有效分层开采。     

Y344-110找漏管柱的研制与应用

针对江 45 3找漏管柱存在的封隔器胶筒容易损坏、节流器密封不严等问题,设计了Y344 - 110找漏管柱。该管柱采用新研制的Y344 - 110封隔器和?10 0mm节流器。经现场 16口井试验表明,该管柱外径小,解决了套变井径大于 110mm油水井验套的工艺难题。并且该管柱多次坐封,封隔器胶筒也不会损坏,密封可靠;节流器阀芯和阀座之间采用软密封,密封性好,开启压力稳定。找漏工艺 1次成功率由以前的 30%提高到 10 0%,取得了较好的经济效益。     

JDY341X-110大斜度井注水封隔器的研制和应用

为了解决南堡油田大斜度注水井在分注作业过程中封隔器起下困难及坐封、洗井过程中封隔器胶筒受力不均、蠕动变形严重的问题,对传统 Y341注水封隔器的结构进行了改进,采用抗高温高压密封元件,使封隔器更能满足斜井的工作条件和工作要求,并具备了重复坐封的能力。室内试验和现场试验表明,该封隔器可以满足大斜度井上高温高压注水要求,可在井斜在 50° ~70°的斜井上实现偏心定量分注。