油田井下作业封隔器技术汇总

常用井下工具及工艺管柱讲座,主要内容,一、封隔器分类及型号编制方法二、封隔器结构、原理、技术要求及用途三、油水井工艺措施管柱,一、封隔器分类及型号编制方法,（一）井下工具的分类,按工具功能分为：A、封隔器类B、控制工具类C、修井工具类D、其他类,一、封隔器分类及型号编制方法介绍,控制工具名称代号：,中原油田分公司,中原油田分公司采油院,中原油田分公司采油院,修井工具名称代号：,使用技术参数及尺寸特征：,一、封隔器分类及型号编制方法介绍,（二）封隔器类,1、分类方法：执行中华人民共和国石油天然气行业标准油气田用封隔器分类及型号编制方法-SY/T51051997按封隔器封隔件实现密封的方式分类。,分类：自封式Z-靠封隔件外径与套管内径的过盈和工作压差实现密封压缩式Y-靠轴向力压缩封隔件，使封隔件外径变大实现密封扩张式K-靠径向力作用于封隔件内腔，使封隔件外径扩大实现密封组合式-由组合式、压缩式、扩张式任意组合实现密封,工作温度/压力,钢体最大外径,解封方式代号,坐封方式代号,支撑方式代号,分类方式代号,2.封隔器型号编制方法,代号意义,分类方式,固定方式,座封方式,解封方式,钢体最大外径：阿拉伯数字表示，单位mm.工作温度：阿拉伯数字表示，单位摄氏度()工作压力：阿拉伯数字表示，修约到各位数,单位(MPa),举例,工作温度/压力,钢体最大外径,解封方式代号,坐封方式代号,支撑方式代号,分类方式代号,Y221-115-120/35,工作温度/压力,钢体最大外径,解封方式代号,坐封方式代号,支撑方式代号,分类方式代号,Y341-114-120/35,工作温度/压力,钢体最大外径,解封方式代号,坐封方式代号,支撑方式代号,分类方式代号,K344-114-90/25,工作温度/压力,钢体最大外径,解封方式代号,坐封方式代号,支撑方式代号,分类方式代号,Y453-108-150/50,二、封隔器结构、原理、技术要求及用途,所谓封隔器，即是为了满足油水井某种工艺技术目的或油层技术措施的需要，由钢体、胶皮封隔件部分与控制部分构成的井下分层封隔的专用工具。它的主要封隔元件是胶皮筒，通过水力或机械的作用，使胶皮筒鼓胀密封油管和套管的环形空间，把上、下油层分隔开，以达到某种施工的目的。,二、封隔器结构、原理技术要求及用途,（一）目前油田常用封隔器,1)支撑式封隔器2)液压式封隔器3)卡瓦式封隔器4)扩张式封隔器5)特殊用途封隔器,第一种封隔器：支撑式封隔器,原理：以井底或其它的支撑卡瓦为支点，加压一定管柱重量来座封的封隔器。结构：中心管、胶筒、压缩套。,常见的Y111-114型封隔器,用途：用于分层试油、采油、找水、堵水和酸化。可单独使用，也可与卡瓦封隔器或支撑卡瓦配套使用。技术要求：封隔器（或下级封隔器）下端要接尾管，其尾管长度一般不能大于50m。适宜于浅井使用，封隔器坐封高度，决定于下入深度、坐封载荷和胶筒密封压缩距等因素。,第二种封隔器：水力压缩式封隔器,常用的压缩式封隔器Y341-114和Y342-114,结构：中心管、胶筒、座封活塞、（锁紧解锁机构、洗井机构）用途：用于分层采油、分层找水、堵水、分层注水等。技术要求：坐解封剪钉的材质性能必须稳定，经地面试验合格后，才能下井。可多级使用。,原理：靠油管内加液压座封，无卡瓦支撑。油管憋压后，内腔中的液压推活塞上行，压缩胶简，并使内锁紧卡瓦固定在中心管上，使封隔器保持坐封状态。坐封方式：油管憋压。解封方式：上提或转动。,第三种封隔器：卡瓦式封隔器,常用的卡瓦式封隔器Y211-114、Y221-114和Y241-114,原理：可防止油管柱的轴向移动（单向和双向），一般靠下放一定管柱重量座封，也有靠从油管柱内加液压来坐封的。上提解封。结构：中心管、胶筒、卡瓦（单向卡瓦或双向卡瓦）、坐封活塞使用方法与注意事项：一般不能多级使用。,用途：用于分层采油、找水、堵水和分层注水。技术要求：下管柱时，管柱的上提高度必须小于防坐距，一般不超过0.4m，否则封隔器会中途坐封。如遇中途坐封，应上提管柱1m左右，解封后再继续下管柱。坐封高度决定于下入深度、坐封载荷和胶筒密封压缩距等因素。,防凸件,胶筒,封隔器,Y221-114工作原理:座封：上提管柱0.5-0.8米，顺时针旋转1周以上，加压座封，通过摩擦换向总成与套管的相对固定，机械卡瓦上行沿T型面伸出，牢固地抓卡在套管内壁，并承受管柱的重量，与此同时管柱压胀胶筒，起到封隔油套环空作用。解封：上提管柱，锥体从卡瓦底部抽出，卡瓦收回，轨道销钉移至轨道下端，封隔件在无外力作用的情况下，回弹释放，整个工具提出井口。,整体外推式卡瓦锚定结构设计，解决燕尾槽式卡瓦易导致砂卡的问题采用厚壁胶筒设计,耐温耐压性能高可多级使用,Y241卡瓦式封隔器,第四种封隔器：水力扩张式封隔器,常用的扩张式封隔器K341或K344,概念：靠油管内加液压迫使胶筒向外膨胀，密封油套环空。结构：中心管、扩张胶筒、滑套使用条件及特点：扩张式封隔器必须与节流器配套使用。不能单独坐封封隔器，必须与节流器配套使用，节流器启开压力必须大于封隔器的坐封压力。在油管内外造成一定的压差方能正常工作。,工作原理：,从油管内加液压，当油管内外压差达0.5-0.7MPa，液压经滤网罩7、下接头的孔眼和中心管的水槽，作用于胶筒的内腔，使胶筒胀大，密封油套管环形空间。放掉油管内的压力，使其油管内外压差低于0.5-0.7MPa时，胶筒即收回解封。,概念：靠封隔件（一般为橡胶件）的外径与套管内径的过盈接触和压差以实现密封的封隔器。如皮碗封隔器。结构原理：中心管、泄油孔、皮碗,第五种封隔器：自封式封隔器,第六种封隔器：特殊用途封隔器,裸眼封隔器：适用于直径150-180mm的裸眼井分层作业及卡水采油。套管外封隔器：适用于油、气、水井固井作业压缩式锚瓦液压提放封隔器：用于斜井的分层找水、堵水或注水。桥塞：代替水泥塞，是井下封堵工具。Y441-114封隔器：双向卡瓦支撑，能承受管柱重力和大压差，卡得死，不蠕动，密封可靠。,Y445封隔器Y445封隔器液压座封，双向卡瓦锚定，可以有效阻止管柱蠕动；上部座封部分采用丢手设计，在有必要修井时，可以起出上部，封隔器仍呈座封状态；下部中心管设计成插管形式，可以重复使用。,（二）油水井措施管柱配套工具,1)锚定工具2)控制工具3)其它工具,锚定工具,分注管柱受力分析,科学家试验证明：长期注水后，井底的管柱温度与井口注入水的温度基本一致。因此，长期注水后的管柱跟初始坐封时存在温度差T。管柱将产生一定的向上收缩量L。中原油田的井温在70-140之间，T=2545之间对于一口3000米深的井，L=LT=0.91.4米油井抽吸过程中载荷的转换，使管柱伸缩。,锚定工具,水力锚：锚定管柱，防止管柱上顶或管柱蠕动。支撑（水力）卡瓦：作为管柱的下支点，以防管柱向下移动。防顶卡瓦：位于封隔器上部，以防管柱向上移动。,油井用控制工具,控制工具,配产工具：用于分层试油、采油、找水和堵水。有活动式配产器、偏心配产器。,喷砂器：连通器：,由于配水器也有几种，PS仅仅是个统称，单单以PS表示，无法区是什么样的配水器，因此具体命名做了更改。,1、固定式分层配水工具KGDPS缩写KGD,2、空心配水器KKXPS缩写KKX,3、偏心配水器KPXPS缩写KPX,配水工具,KKX空心配水器,结构：由配水芯子、工作筒主体、工作活塞、销钉、弹簧等组成。,特点：可携带合适的水嘴下井，坐封后可直接注水，不必投捞配水芯子。可作为其他措施管柱的“坐封开关”使用。,工作原理：,配水器,KPX偏心配水器,结构：由工作筒主体、导向体、堵塞器、下接头等组成。,技术要求：凸轮转动灵活，收回后小于堵塞器钢体外径；组装试压合格、地面投捞灵活到位；投堵塞器应由下而上，捞堵塞器应由上而下逐级进行。,桥式偏心配水器,桥式偏心配水器具有旁通过流通道，当通过集流方式测某一层流量时，不影响其它层段正常的注入，相当于各层相对独立,层间干扰较小。,分注工艺技术,泄油器,其它工具,球座,扶正器,滑套开关,井下工具油浸试验系统,组成,试验井试验系统流程监控及资料采集系统,试验井下工具的结构合理性，检验其工作性能，保证下井工具的安全可靠,技术指标,工作压力120MPa加热温度180精度1以内,功能,模拟井下状态，试验和检测工具的性能实现两级三段管柱性能试验自动化监控、数据采集及处理,部分试验展示,扩张式封隔器试验,压缩式封隔器试验,系列胶筒试验,整体管柱性能试验,三、油水井工艺措施管柱,水井,油井,外排环境,进一步处理,采油工艺,按配水器结构分为：固定配水管柱活动配水管柱偏心配水管柱同心集成配水管柱,分层注水管柱的分类,按管柱结构、性能分为：1.顶封管柱2.油套分注管柱3.多级分注管柱4.特殊井分注管柱,结构：由注水封隔器及空心配水器等构成。技术要求：各级配水器的芯子直径是由上而下从大到小的，故从下而上逐级投送，从上至下逐级投捞。调配投捞成功率较高。缺点：受内通径的限制，其使用级数受到限制，一般三级，最高五级。,空心配水管柱,空心活动配水管柱图,(一)分注常用工具及其用途,偏心配水管柱,偏心配水管柱是目前国内外用得最多的分层注水管柱，管柱组合主要包括：油管、偏心配水器、注水封隔器。偏心配水管柱的最大优点，是在注水管柱上根据需要安装多个偏心配水器，在不动管柱的情况下可以采用钢丝投捞更换任一级水嘴。但受投捞工艺的限制，配水器间距必须保持在68m以上。其缺点是投劳成功率低(50%70%)，钢丝作业的工作量大。,(2)管柱结构：Y341、Y221,(1)工艺用途：,A.卡封上部套漏；B.高压注水下的上部套管保护；C.停注上层，单注下层。,顶封保护套管注水管柱,分注工艺技术,(3)工作原理：,上提解封,与其它工具管柱组合使用，形成顶封保护多级分注管柱。,液压坐封，打开导流器上提解封,分注工艺技术,油套分注管柱,分注工艺技术,Y221系列：旋转坐封，上提解封。,Y241系列：上提座封距，加液压，下放管柱到井口坐封；上提管柱解封。,多级分注管柱,用于井下可调配、测试的多级多段分注工艺,分注工艺技术,优点：锚定可靠；管柱简单、适应性强，可免捞水咀坐封、恒流配水。缺点：偏配在深井使用打捞成功率低。,封隔配水器-层间封隔和分层配水液力投捞小直径流量计配水芯子管柱自身定位-薄夹层准确卡封内外扶正机构-配水芯子、管柱居中,液力投捞分注管柱,分注工艺技术,4套分注管柱,分注工艺技术,坐封：以静液压坐封。,解封：上提管柱。,封隔、配水一体化设计，配水芯体的上下水咀实现配水；反洗流道和注水流道合并设计，注水时依靠水嘴节流压差关闭洗井流道，反洗时注水通道关闭。,斜井分注管柱,分注工艺技术,管柱偏斜，磨损套管内壁和分注工具封隔器密封件受力不均，严重影响密封性和使用寿命配水器投捞难度增大,分注工艺技术,配置油管防磨扶正器，顺利起、下管柱，并减小套管和工具磨损。配置“液力扶正器”，工具串强力居中，避免胶筒应力集中。采用免投捞恒流配水器，解决打捞、调配的问题。,斜井分注管柱,同井采注水工艺,用封隔器封隔水源和注水层，采用倒置电泵将上部水源层的水提压后，注入下部注水层。,技术原理,用封隔器将各生产层分隔开，对应各生产层位置各下一个找堵水开关。开关在下井前分别调成打开和关闭状态，分别对准生产层和封隔层安装，通过打套压实现关、开状态互换。,液压调层找堵水一体化管柱,（二）油井应用的工艺技术管柱,中原油田分公司采油工程技术研究院,根据封堵位置：丢手管柱分为以下四种,机械堵水：具有施工方便、安全可靠，容易对卡堵层恢复生产或调整的特点。,连泵堵水管柱主要用于封堵上层或上部套漏段。长期以来主要使用Y221型结构。优点：操作简单，有效期较长。缺点：封隔器靠重力坐封，导致抽油管杆偏磨严重(32泵)。,连泵堵水管柱,管柱改进：针对Y221型连泵管柱的问题，设计了伸缩管+Y241型连泵管柱。,特点：采用液压坐封方式和伸缩管的补偿功能，降低管杆偏磨，提高抽油效率。,连泵堵水管柱,丢手堵水管柱,丢手受力分析丢手后,由于中心管已没有压力作用,仅靠摩擦力来承受层间压力和管柱自重,上封隔器应具有支撑锚定功能，下封隔器应具有较好的耐上压能力，保证管柱锚定可靠性强、密封有效期长,丢手堵水管柱主要用于封堵中间任意出水层,长期以来主要使用管柱防顶卡瓦+Y111封隔器+Y221封隔器型,特点：坐封方便，管柱锚定可靠，有效期较长。缺点：安全性差，打捞困难，易发生卡井等井下事故,并且不适用于斜井。,丢手堵水管柱,上封隔器采用带锁紧功能的外锥式支撑、锚定、锁紧一体化的新型Y241结构，解决管柱可靠性支撑和安全性的矛盾。,下封隔器采用上压平衡式结构设计，提高其承上压的能力。,丢手设计采用在打捞时可实现二次投球液压丢手的方式。,Y241支撑式管柱设计,丢手堵水管柱,Y241支撑式,特点：封隔器平衡式设计，管柱受力均衡，不受外力影响，管柱采用单向卡瓦支撑，支撑可靠，有效期得到保证，同时管柱安全，打捞可靠,支撑器+Y341封隔器型,特点：管柱无卡瓦类工具，安全性高，打捞可靠。,不足：仅靠支撑器的摩擦力支撑，在丢手过程以及井底压力变化过程中易失效,丢手堵水管柱,中原油田使用的分层挤堵工艺管柱主要是Y221型、Y341型顶封保护管柱。,堵剂挤完后，要求管柱尽快起出，不能做到保压侯凝，降低了挤堵效果。一旦没有及时起出，将发生插旗杆等井下事故。,分层挤堵工艺,分层挤堵管柱,工作原理：,保护层,施工层,保护层,挤堵,结构组成,保护层S3中11,挤堵层S3下1,施工前：作业前产状为21/0/100%/640m测试结果显示S3下1为主出水层。需填砂600m，且该井有溢流，不宜实施填砂施工施工情况：可取式桥塞封堵下部层位，桥塞上填10m砂保护桥塞，上封保护S3中11，挤堵S3下1。试挤泵压达到30多MPa，无法实施化堵施工。分析以往措施认为地层砂、岩屑堵塞近井地带，实施酸化解堵选择解堵酸液6m3，施工压力由最初31MPa降至20MPa，关井反应12h化学挤堵，完毕后候凝24h措施后：产状为18m3/2.9t/84.2%/1000m，日增油2.9t,日降水3m3，增油降水效果明显。,H90-5酸堵结合,水平井多段压裂完井管柱,l不用固井。裸眼封隔器不仅起到了封隔层间流体的作用，而且起到了支撑尾管居中的功能。这样就大大的增加了井筒与地层的渗流面积。l不用射孔。压裂滑套和投球滑套提供可足够的流入流出通道，不会对流体产生节流效应。l节约压裂作业时间。压裂施工可以连续进行，大大节约了泵组设备在井场的等待时间。,顶部尾管封隔器：座封后在套管内可同时具有悬挂和密封作用，具有耐高压和高应力能力，可用于压裂作业。该封隔器与专用投送工具配套使用，实现座封，悬挂和脱手。,压裂打开滑套：在封隔器之间采用滑套来形成压裂和生产通道。通过液压剪切球座开启。,裸眼封隔器：打压座封，用来分隔水平段产层。,注气完井管柱：井下安全阀伸缩节循环滑套插入密封总成封隔器座落节头座封剪切球座,坐封过程,双向卡瓦，液压坐封。锚定密封，具有可回收及插入对接功能。,油管可回收式地面控制井下安全阀:安全阀设计用于生产井或注入井中的液体或气体环境，通过液压控制管线进行控制，控制管线加压使安全阀保持在打开状态，压力释放后安全阀关闭。如果发生井喷，这种工具在人为控制下能可靠关闭，可有效地保护人员、财产和环境的安全。万一安全阀发生故障，可以用锁定打开工具和控制管线连通工具将安全阀改装成可下入一个插入式钢丝安全阀，减少生产的停顿。,循环滑套:用于作业时顶替环空或油管中的泥浆或完井液，亦可在回收管柱时进行循环压井，保证安全施工。该循环滑套在下井时可根据需要处于关闭或打开状态，亦可通过钢丝工具进行开启或关闭。（下开上关）,注气管柱的用途Y221-115M高压注气管柱主要用