徐貴春，曹慧祖，高　麗

大通徑丟手封隔器的設(shè)計與試驗

徐貴春1，曹慧祖2，高麗1

（1．江蘇油田石油工程技術(shù)研究院，江蘇揚州225009；2．江蘇油田試采二廠，江蘇金湖211600）

水平井高含水后，利用產(chǎn)液剖面測試可以準確定位出水位置，以便實施堵水工藝。由于受水平井完井管柱的限制，測試儀只能從油管中下入。因此，研究利用空心抽油泵實現(xiàn)測產(chǎn)液剖面的工藝，需要研發(fā)適合該工藝的大通徑丟手封隔器。介紹了適用于油田139．7 mm套管水平井產(chǎn)液剖面測試用大通徑丟手封隔器的結(jié)構(gòu)、工作原理、材料選擇，并通過室內(nèi)試驗，對封隔器的性能進行了評價，為該封隔器的現(xiàn)場應(yīng)用提供技術(shù)保障。

封隔器；大通徑；設(shè)計；試驗

水平井因單井產(chǎn)能高、效益顯著，被油田廣泛應(yīng)用于新區(qū)的開發(fā)和老區(qū)的挖潛。隨著水平井開發(fā)的深入，低效高含水的問題也逐步凸顯，水平井的找堵水便成了亟待解決的問題。目前，產(chǎn)液剖面測試是油井找水比較準確的方法［1］，但由于水平井井身結(jié)構(gòu)特殊，且油田水平井均采用139．7 mm的管柱進行完井，測試儀無法經(jīng)油套環(huán)空下到水平段實施測試。

水平井空心抽油泵產(chǎn)液剖面測試工藝是油田在研的一項新技術(shù)。測試找水時，測試儀通過油管、空心泵達到測試井段，大通徑丟手封隔器的作用是懸

掛空心抽油泵、封隔油套空間，同時其內(nèi)通徑要滿足測試儀及輸送工具通過［2］。所以研發(fā)大通徑丟手封隔器對水平井空心抽油泵產(chǎn)液剖面測試工藝的成功實施具有重要意義。

1　封隔器工藝設(shè)計

1．1 結(jié)構(gòu)組成

大通徑丟手封隔器主要由錨定、封隔、丟手、解封4個功能機構(gòu)組成，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

錨定機構(gòu)主要由錐體、卡瓦筒、卡瓦、片簧、限位套等組成，用于錨定管柱、懸掛空心抽油泵。

圖1　大通徑丟手封隔器結(jié)構(gòu)

封隔機構(gòu)主要由鎖環(huán)、鎖環(huán)套、推力套、膠筒、膠筒環(huán)等組成，工作時膠筒受擠壓橫向變形，密封油套環(huán)形空間。

丟手機構(gòu)主要由丟手接頭、丟手鎖套、丟手鎖塊和丟手銷釘?shù)冉M成，下井時通過丟手接頭連接于油管的底部。

解封機構(gòu)主要由下連接套、解封剪釘、下接頭組成，具有連接空心抽油泵和解封封隔器的功能。

1．2 工作原理

1．2．1 坐封

油管加壓后，壓力通過中心管上的進液孔傳遞到液缸，剪斷坐封銷釘使得鎖環(huán)套、鎖環(huán)、推力套、膠筒等下移，上錐體推動卡瓦使其撐開，卡瓦齒牙嵌入套管壁。繼續(xù)加壓后剪斷銷釘，鎖環(huán)套、推力套向下移動，壓縮膠筒完成油套環(huán)空的封隔，卸去壓力后，鎖環(huán)套和鎖環(huán)完成鎖緊，卡瓦和膠筒保持工作狀態(tài)。

1．2．2 丟手

坐封完畢后繼續(xù)加壓，丟手接頭、丟手鎖套、丟手銷釘、鎖塊上移，當(dāng)鎖塊運行至鎖塊槽內(nèi)后，丟手鎖塊在徑向分力的作用下向外滑行，繼續(xù)上行丟手銷釘將被剪斷，丟手接頭與下井管柱一起脫離封隔器，便于完成抽油動作。

1．2．3 解封

測試完成后，上提油管，連接于丟手接頭上的空心管柱上移，其上設(shè)計的臺階到達下接頭處遇阻，達到一定拉力后解封銷釘剪斷，上下錐體下行，卡瓦回縮，膠筒復(fù)原，封隔器解封。

1．3 技術(shù)參數(shù)

研制的大通徑丟手封隔器的主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1　大通徑丟手封隔器的主要技術(shù)參數(shù)

1．4 技術(shù)特點

1） 適用于外徑為139．7 mm套管，大通徑丟手封隔器的內(nèi)通徑達到了65 mm，滿足了產(chǎn)液剖面測試時儀器及輸送工具（爬行器或2″以下連續(xù)油管）的下入要求。

2） 采用步進鎖機構(gòu)和內(nèi)卡套聯(lián)合裝置，通過內(nèi)卡套推動步進鎖向前運動來實現(xiàn)錨定和封隔，動作簡單，卡瓦和膠筒不回彈。

3） 雙膠筒設(shè)計，膠筒推力套、隔環(huán)及膠筒座設(shè)計有防膠筒膨脹后肩突的凹槽，膠筒硬度不同（上部膠筒硬度82 IRHD，下部硬度60 IRHD），密封性能更可靠。

4） 雙排雙向卡瓦［3］的結(jié)構(gòu)設(shè)計，三片雙排卡瓦呈120°均勻分布，采用內(nèi)置式卡瓦錨定，卡瓦與卡瓦筒之間有回復(fù)力極強片簧，解封后卡瓦回縮至本體內(nèi)。

2　材料的選擇

根據(jù)大通徑丟手分隔器的結(jié)構(gòu)、功能和各部件坐封下的應(yīng)力分析，明確了各部件的作用及強度要求，為材料的選擇提供了依據(jù)。

1） 上下接頭、上下內(nèi)卡套、限位套材料的選擇。上下接頭、上下內(nèi)卡套、限位套選用具有較高強度的45鋼制成。

2） 中心管、鎖環(huán)、膠筒座、卡瓦筒等部件材料的選擇。中心管等部件需要材料具有優(yōu)良的強度、韌性及加工性，因此選用42Cr Mo鋼。

3） 卡瓦材料的選擇?？ㄍ咴谧夂箦^定于套管，對強度的要求很高，故卡瓦材料選擇20Cr Mn Ti鋼。

4） 片簧材料的選擇。片簧的主要功能是封隔器解封后使卡瓦回縮，因此選用強度和彈性高的60Si2Mn彈簧鋼。

5） 膠筒材料的選擇。橋塞的膠筒不僅要具有高承壓性，而且還要具有耐高溫、耐油及耐酸堿等特性，因此選用丁晴橡膠。

3　室內(nèi)試驗

室內(nèi)試驗的目的是為了驗證大通徑丟手封隔器的性能指標能否達到設(shè)計要求，為改進完善其技術(shù)提供依據(jù)，同時為現(xiàn)場應(yīng)用提供技術(shù)支持，試驗內(nèi)容主要有3個方面。

1） 測試封隔器的坐封壓力及可靠性。

2） 驗證封隔器的密封性能。

3） 檢驗解封機構(gòu)的穩(wěn)定性和解封壓力。

3．1 封隔器坐封試驗

3．1．1 試驗裝置

采用圖2所示的試驗裝置對研制的大通徑丟手封隔器實施坐封試驗，設(shè)置壓力泵工作時壓力達到5、10、15、20 MPa時穩(wěn)壓30 s。

圖2　封隔器坐封試驗裝置原理

3．1．2 試驗結(jié)果

坐封過程中記錄了坐封壓差的變化情況，如圖3所示，4 MPa左右時坐封銷釘剪斷，封隔器開始卡瓦錨定，8 MPa左右時銷釘剪斷，膠筒膨脹實現(xiàn)密封，21 MPa左右時丟手銷釘剪斷，丟手接頭與封隔器分離。這與設(shè)計壓力為4、8、20 MPa的銷釘剪斷壓力接近。

圖3　封隔器坐封試驗壓差變化曲線

3．2 封隔器密封試驗

為了驗證封隔器膠筒的密封性，坐封完畢后進行了封隔器密封試驗。

3．2．1 試驗裝置

采用圖4所示的試驗裝置對坐封后的封隔器進行密封試驗，同樣設(shè)置壓力泵工作時壓力達到5、10、15、20、25MPa時穩(wěn)壓30 s，測試壓力上限30 MPa。

圖4　封隔器密封試驗裝置原理

3．2．2 試驗結(jié)果

試驗的壓力曲線如圖5所示，從封隔器上部套管加壓30 MPa，封隔器不漏，達到了設(shè)計要求。

圖5　封隔器密封試驗壓差變化曲線

3．3 封隔器解封試驗

為檢驗大通徑丟手封隔器的解封可靠性，確定解封拉力，進行拉力試驗，結(jié)果如圖6所示。拉力達到55 k N左右時，剪斷解封銷釘，成功解封。室內(nèi)試驗得到的結(jié)果與設(shè)計的50 k N解封拉力基本一致，符合要求。

圖6　封隔器解封試驗拉力變化曲線

4　結(jié)論

1） 研發(fā)的大通徑丟手封隔器的內(nèi)通徑達65 mm，能滿足139．7 mm套管水平井的產(chǎn)液剖面測試時測試儀和輸送工具的通過要求。

2） 大通徑丟手封隔器采用不同硬度的雙膠筒封隔，坐封后密封可靠。

3） 室內(nèi)試驗結(jié)果顯示封隔器坐封、解封壓力基本達到設(shè)計要求，性能可靠，現(xiàn)場應(yīng)用前景良好。

［1］ 楊萬虎．抽汲式產(chǎn)液剖面測井施工工藝［J］．內(nèi)蒙古石油化工，2009（10）：153-154．

［2］ 劉猛，高進偉，熊萬軍，等．水平井井下儀器送進技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展建議［J］．石油礦場機械，2004，33（6）：16-18．

［3］ 楊芳．Y441E-114型雙向錨定封隔器的現(xiàn)場應(yīng)用［J］．鉆采工藝，2009，32（4）：72-73．

Design and Test of Diameter Releasing Packer

XUGuichun1，CAOHuizu2，GAO Li1
（1．Petroleum Engineering Technology Research Institute，Jiangsu Oilfield Company，Yangzhou 225009，China；2．No．2 Oil Production Plant，Jiangsu Oilfield Company，Jinhu 211600，China）

The using of production profile testing can accurately locate the position of water in the horizontal well with high water cut．Because of constraints of the horizontal well completion string，tester can only enter from the oil tube into the lower．The hollow sucker rod pump was developed to realize the production profile testing．Meanwhile，large diameter releasing packer was developed．The structure design，working principle，material of large diameter releasing packer for horizontal well with 139．7 mm casing are introduced in this paper．The sealing performance of packer is evaluated by the indoor test，which provided technical guarantee for the application of the packer．

packer；large diameter；design；testin g

TE931．203

A

10．3969／j．issn．1001-3482．2015．02．011

1001-3482（2015）02-0051-04