尾管顶部封隔器技术现状与发展趋势

在介绍尾管顶部封隔器结构与工作原理的基础上,指出了该封隔器的突出特点。介绍了国外尾管顶部封隔器的发展现状、坐封工具及橡胶材料选择,包括软金属防突型蓄能尾管顶部封隔器、膨胀环防突型蓄能尾管顶部封隔器、卡瓦内藏式尾管顶部封隔器、膨胀式尾管顶部封隔器及膨胀式一体化尾管顶部封隔器。对我国尾管顶部封隔器的研究现状及应用情况进行了说明,指出了我国尾管顶部封隔器与国外的差距以及我国尾管顶部封隔器的研究方向。     

智能井顶部封隔器的研制

为了增大智能井顶部封隔器的内通径,缩短封隔器的长度以降低管缆穿越的难度,研制开发了一种新型智能井顶部封隔器。该封隔器的自锁机构经过优化,采用锁环均分6瓣径向自锁和波形簧跟进的方式,实现窄小空间自锁机构的设计,并能提供较大的自锁力。优化了解封机构,即使封隔器胶筒下方的压力过高,解封销钉依然不会承受剪切力,只能通过液压来解封。室内试验结果表明:该封隔器在30 MPa压力下,有效坐封距离为72.2 mm,其悬挂力为480 kN,解封压力为16 MPa。最后指出该工具具有非常可靠的密封能力,能够满足深海智能井的开采要求。     

高温高压尾管顶部封隔器研制

常规尾管顶部封隔器无法满足深井、超深井及海洋油气井的高温高压环境对尾管固井作业的需要。依据O形密封圈高温高压密封机理分析,完成了"金属+橡胶"式封隔器密封结构的研制。研究了硫化橡胶厚度、防退锁紧装置、膨胀锥角、坐封力及硫化工艺等关键技术与高温高压密封性能的关系,并优化了主要性能参数。通过对3种氟橡胶材料在高温下的力学性能研究,优选氟橡胶A作为封隔器橡胶密封材料。开发了井下工具的高温高压试验装置,并进行了地面性能评价试验。研究结果表明,高温高压尾管顶部封隔器在204℃下正反双向密封70 MPa,达到现场高温高压井的使用要求。     

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。      

压胀式套管外封隔器研制与应用

国内外固井实践证明,应用套管外封隔器可使套管与井筒之间形成永久性桥堵,是避免异常地层压力或水泥浆凝固时失重所导致的高压油气水串通,提高套管居中程度及稳定性,防止固井后发生套管外油气喷冒的有效工具,对提高固井质量有明显效果。     

YSYK344型液控压缩式封隔器研制与应用

针对海上油田注水井封隔器存在反洗通道易堵塞、胶筒扩张坐封拉伸破坏严重等问题,研制了YSYK344型液控压缩式封隔器。该封隔器采用地面液控方式控制封隔器工作状态,通过活塞坐封距和坐封剪钉的设计,避免了胶筒过分挤压破坏和胶筒下井过程中自动坐封,提高了封隔器的安全性和可靠性。现场应用20多井次,一次施工成功率达100%,为海上油田高效注水提供了技术保障。     

防砂封隔器试验研究

针对海上油气田开发,设计了一种防砂顶部封隔器套,通过试验验证了封隔器的性能,密封压力为35MPa。基于理论计算和有限元分析了试验过中发现的问题,为后期研究提供了有力的支撑,试验结果表明,该封隔器满足设计要求。     

封隔器坐封载荷控制器的研制与应用

针对现有封隔器坐封载荷需人为控制,存在坐封载荷过大易造成泵筒和油管弯曲,坐封载荷过小而使封隔器密封不严的问题,研制了封隔器坐封载荷控制器。这种控制器由端接头、内管、外管、挡接头、键槽管和下接头组成。给出坐封载荷控制器的工作原理及确定在管柱中位置的计算公式。200余口井的现场应用表明,这种控制器实现了封隔器坐封载荷的精确控制,达到了分层开采的目标。     

楔入式钢骨架胶筒封隔器研制与应用

为了适应油田多级精细注水的需要,研制了楔入式钢骨架胶筒封隔器。该封隔器胶筒内部采用钢骨架结构,外部挂胶,坐封时利用锥形刚体插头楔入钢骨架胶筒中,撑开胶筒贴在套管壁上进行密封。解封时油套环空高压液体推动插头和外筒接头,使插头退出胶筒,也可在作业时上提管柱逐级解封。该封隔器具有注水坐封、反洗井解封、大排量洗井、重复坐解封等特点。该封隔器现场应用4口井,应用效果好,是一种现场操作可靠,且能够满足多级精细注水需求的井下封堵工具。     

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。     

尾管顶部封隔器密封元件的设计计算与有限元分析

密封元件是封隔式尾管悬挂器的核心部件，其性能好坏直接影响到整套工具的作用效果。对封隔式尾管悬挂器的核心元件——胶筒进行了分析研究，通过理论分析计算出了胶筒坐封后的接触应力、坐封力，分析了影响密封元件接触应力和坐封力的因素。建立了胶筒几何模型，并应用ANSYS软件对密封元件进行了有限元分析，得出了胶筒胀封时的应力云图，为封隔式尾管悬挂器密封元件的设计提供了依据。     

国外尾管顶部封隔器技术研究现状

尾管顶部封隔器用于封隔套管与尾管重叠段的环空空间,防止固井过程中油气水窜流通道形成。介绍了尾管顶部封隔器的结构组成和工作原理,分析了国外典型尾管顶部封隔器的结构特点,为国内相关技术的发展提供借鉴。     

柱塞泵液缸自增强工艺研究

柱塞泵液缸作为主要承载部件,在超高压脉动循环压裂液的作用下极易发生疲劳破坏,自增强处理是提高液缸强度和疲劳性能的有效措施。以额定压力140 MPa的柱塞泵液缸为例进行理论分析,确定最佳自增强压力(370 MPa)和工艺方法,据此制定自增强试验的工艺方案,并针对多开口结构形式的液缸进行超高压自增强试验装置的设计,使得柱塞泵液缸自增强试验得以实现。解决了超高压试验设备的选型问题,重点是对超高压分级卸荷阀的选择,并完成多开口结构形式液缸本体超高压密封结构设计。     

液压封隔器丢手管柱的改进设计和应用

采用液压封隔器卡水，分层的工艺管柱由于其先进性必将会越来越广泛地得到应用。但是从现场应用的情况来看。该工艺管柱的施工成功率较之常规工艺管柱要低。针对液压封隔器丢手工艺管柱的中途坐封，或难以丢手等问题进行了分析，提出了改进措施，优化设计了该工艺管柱，对封隔器的坐封机构以及坐封启动压差进行了改进，设计了CKF常开阀以及DY可倒扣液压丢手等工具。现场应用改进后的工具和工艺情况表明，作业施工成功率100％，降低了作业成本和难度，提高了作业施工的成功率。     

多级分注井封隔器研制与应用

针对常规多级分注时封隔器解封起钻拉力大、作业风险高、洗井困难等问题,研制了一种多级分注封隔器。该封隔器具有坐封压力低、油套环空加压解封、解封状态下洗井以及可重复坐封等优点,有效地解决了多级分注技术难题。2011年在长庆油田现场应用5口井,最大分注级数4级,最大井深2 551m,封隔器验封合格率100%,解封洗井作业顺利,封隔器可重复液压坐封,为多级分注提供了有效的工艺技术支撑。     

新型耐磨钻井泵缸套试验研究

钻井泵缸套的早期失效主要是耐磨性不足造成的。采用新型耐磨材料与基体材料热膨胀粘合工艺,研制出高抗磨缸套,内层硬度〉70HRC。实验室试验与钻井现场应用结果表明,该缸套的磨损率是国内外高铬高碳双金属缸套的1／25;使用寿命比双金属缸套高50倍。该新型耐磨缸套适用于石油钻井等恶劣工况,能节约钻井成本、提高钻效率。     

Y341-洗井解封型封隔器的研究及应用

胜坨油田因地质结构疏松,经过30多年的大排量强注、强采,水井停注或洗井时地层返吐出砂;再加上胜坨油田注水水质差,造成Y341型封隔器(因砂堵、腐蚀、结垢,)洗井活塞打不开洗井不通,严重影响了有效注水。为此开发研究了Y341—洗井解封型封隔器,该封隔器吸收了Y341型和K344型封隔器的优点,为了预防停注时不水窜,设计了自锁装置;为满足坐封压力低,密封压差大的现场需要,设计了四个坐封活塞;经现场试验,全部取得了成功,现为胜坨油田分层注水的主要工具     

井下封隔器接触有限元模型研究

在材料、几何非线性接触问题原理上，通过对现有井下Y341—148型封隔器及其类似产品的相关研究，从系统的角度出发，建立了封隔器系统线性及非线性接触有限元分析模型，进一步完善了井下封隔器理论，并为开发井下封隔器工作行为仿真分析软件奠定了理论基础。具有较高的理论意义和实用价值。     

冲砂分流封隔器结构设计及分析

油井出砂是油田开采中后期常见的问题,出砂后不仅会磨蚀井下设备,也会砂埋油层,造成油井停产,危害极大。针对目前常规冲砂技术具有皮碗磨损严重,作业管柱摩阻大等问题,研制了一种可应用于冲砂洗井作业的分流封隔器,并从结构设计、工作原理及密封性能等方面进行了分析。该工具自身设计分流通道,满足正、反循环要求,且皮碗可多次收缩、张开,能够有效降低管柱摩阻,减少作业风险,应用前景广阔。