X341—115楔入式封隔器的研制與應用

孫金峰

摘要：油田分層注水開發過程中，受地層非均質性和吸水能力差異的影響，層間吸水壓差較大，高溫高壓深井中，注水壓力的波動容易造成管柱蠕動，常規封隔器密封性能較差易失效，最終影響管柱壽命，為此研制了楔入式封隔器，即X341-115型楔入式封隔器。該封隔器采用楔形錐體與橡膠皮碗配合形成密封，與套管內壁形成軟錨定密封，克服了壓力波動造成的管柱蠕動，能夠密封較高的層間壓差，滿足分層注水、分層酸化、分層擠堵作業需要，作業操作簡單，使用安全可靠?，F場應用18井次，井下坐封、洗井、解封均一次性成功，最高承受層間壓差達到31MPa，分注井的密封有效期與常規封隔器相比延長30%。

關鍵詞：封隔器；楔入式；高壓密封；分層注水

O、引言

目前我國各大油田井下分層注水采用的封隔器主要有擴張式和壓縮式兩種.但在一些復雜深井或層間物性差異較大的分注井中，分層密封有效期短、解封不可靠等仍然是我們面臨的主要問題，針對以上問題，筆者設計了一種井下楔入式封隔器。該封隔器具有液壓坐封、上提解封、卡簧止推及反洗井不解封等特點，在實現分層注水的同時，能夠承受較高的層間密封壓差。

1、設計思路

楔入式封隔器主要應用于分層注水工藝中，與配水器、洗井閥等配套使用，隨油管一起下井，經地面泵車打壓坐封后即可實現分層注水：起出管柱時，通過上提管柱，便可使封隔器解封。該工具在結構設計上力求簡單，機加工方便。主要設計方案為：

（1）坐封部分采用錐形剛體楔入膠皮中，撐開膠皮貼在套管壁上，同時卡簧防止楔入錐體后退。

（2）解封部分采用剪釘控制，上提管柱負荷達到剪釘極限值時，封隔器外部膠皮自動收回。

（3）注水時，下端活塞上頂皮碗坐，控制密封膠筒不發生移動，保證膠筒部分不隨壓力波動而蠕動破壞。

（4）密封部分采用皮碗式長膠筒，膠筒的一端硫化在鋼件上，膠筒內部設計有一定強度的鋼絲，提高了膠筒的強度和韌性，最終達到延長封隔器有效壽命的目的。

2、技術分析

2.1 結構

X341-115楔入式封隔器的結構如圖所示，主要由四部分組成：①坐封部分，包括上接頭、卡簧、外套、啟封剪釘等：②密封部分，由膠筒及錐體等：③洗井部分，包括洗井雙活塞、中心管等：④解封部分，包括下外套、解封活塞、解封剪釘等組成。

2.2 工作原理

（1）坐封楔入式封隔器隨配水工具一起下入井內預定位置，油管緩慢打壓，當壓力達到12Mpa時，啟封剪釘剪斷，液缸帶動密封套向下移動，同時推動錐體向下移動進入膠筒內，當壓力達到18-20MPa時，錐體平面段全部進入膠筒內，使膠筒完全處于脹封狀態，并且錐體下端頂在中心管臺階處，起到限位作用。膠筒脹封過程中，外套過卡簧后不能收回，保證泄壓后膠筒不解封，具有止退作用。

（2）洗井油套環空進液，推動洗井活塞上移，洗井通道打開，來液流經錐體與中心管之間的環空后，通過錐體端部的銑槽進入下端出水孔，返回至油套環空，通過管柱末端洗井閥后返回油管直至井口流出。

（3）解封解封時上提管柱，膠筒與套管壁之間的摩擦力通過封隔器下端剛體外套傳遞至解封剪釘，當摩擦力足夠大時，解封剪釘剪斷，下端剛體外套推動解封活塞下移，便可把膠筒退出錐體，直至封隔器完全解封。

2.3 主要技術參數

適用套管內徑：121-123mm；

坐封壓力：18-20MPa；

解封力：90kN；

工作承壓：30MPa；

工作溫度：小于160℃；

剛體外徑：115mm。

2.4 技術特點

（1）楔入式封隔器密封方式為鋼件楔入膠筒，密封段長，具有軟錨定套管的功能：

（2）封隔器卡簧機構和解封活塞具有雙向止退功能，坐封后密封可靠：

3、現場應用

楔入式封隔器于2012年加工試制20套。隨后在勝利油田的8口分注井進行現場試驗，施工成功率100%，密封承壓效果較好，最高耐壓達到了31MPa，層段密封合格率達到了90%以上，有效延長了分注管柱的使用壽命。

4、結論

綜上所述，可得出結論：

（1）楔入式封隔器有獨特的坐封機構和密封形式，提高了封隔器的密封可靠性，同時為新形式的封隔器密封設計提供寶貴經驗：

（2）楔入式封隔器可單級卡封，也可多級分層，滿足大壓差注水井分注要求：

（3）該封隔器不僅適用于分層注水，也可應用于分層酸化和堵水管柱中。