bo提高Y441封隔器的耐压性能

1、 大港油田集团钻采工艺研究院大港油田集团钻采工艺研究院2004年年6月月引 言q一、小组概况一、小组概况q二、选题理由二、选题理由q三、现状调查三、现状调查q四、目标确定及可行性分析四、目标确定及可行性分析q五、原因分析五、原因分析q六、确定主要原因六、确定主要原因q七、制定对策七、制定对策q八、对策实施八、对策实施q九、效果检查九、效果检查q十、巩固措施十、巩固措施q十一、体会及下步打算十一、体会及下步打算一、小组概况一、小组概况小小组组概概况况活动课题活动课题成立时间成立时间注册时间注册时间注册编号注册编号活动类型活动类型活动时间活动时间活动次数活动次数小组出勤率小组出勤率9次次2003年

2、年3月月11月月提高提高Y441封隔封隔器的耐压性能器的耐压性能2003年年3月月2003年年3月月ZCY006攻关型攻关型 98%小小组组成成员员序号序号姓名姓名 性别性别年年龄龄文化文化程度程度职称职称组内组内分工分工1张东亭张东亭 男男45大专大专工程师工程师全面负责全面负责2赵庆赵庆男男33大本大本高工高工组织实施组织实施3强华强华女女29大本大本工程师工程师现状调查现状调查4王庆菊王庆菊女女31大专大专助工助工现状调查现状调查5薛清祥薛清祥男男35大本大本工程师工程师技术负责技术负责6刘长军刘长军男男33大本大本工程师工程师现场实施现场实施7秦俊红秦俊红女女31大专大专助工助工数据整

3、理数据整理8王晓梅王晓梅女女23大本大本技术员技术员数据整理数据整理制表人：王庆菊制表人：王庆菊制表时间：制表时间：2003.32003.3提高提高Y441Y441封隔封隔器的耐压性能器的耐压性能选定课题选定课题封隔器是油田实现分层的重要封隔器是油田实现分层的重要井下工具，随着油田开发不断井下工具，随着油田开发不断向高温高压深层方向发展向高温高压深层方向发展,现现有的有的Y441封隔器承压低，有封隔器承压低，有效期短效期短,导致油水井作业次数导致油水井作业次数增加。增加。油公司每年套管保护、分采、油公司每年套管保护、分采、卡层、代替水泥塞等工艺中，卡层、代替水泥塞等工艺中，使用使用Y441封隔

4、器可达封隔器可达40余井余井次，急需改进其性能，以减少次，急需改进其性能，以减少油水井作业次数，降低成本。油水井作业次数，降低成本。需求需求现状现状二、选题理由二、选题理由序序号号井号井号井史井史(y)类别类别封隔器封隔器下入时间下入时间封隔器封隔器下入深度下入深度(m)压力压力(MPa)封隔器封隔器有效期有效期(d)封封隔隔器器备备注注1港港6-62-115注水井注水井2002.5.202750.2624135漏漏 2港深港深1517注水井注水井2002.6.182972.7525130漏漏 3港港4-32-120油井油井2002.7.62516.1319160漏漏套套损损4中中6-5525

5、油井油井2002.7.202218.8511250漏漏 5港港6-1916油井油井2002.7.252685.2018168漏漏串串槽槽63-61-218油井油井2002.8.32438.1920170漏漏套套损损71-61-225油井油井2002.8.81989.3512240漏漏 8港港8-2619油井油井2002.9.102712.6317231漏漏 9港港6-2320油井油井2002.10.162856.8223132漏漏 三、现状调查三、现状调查 小组2003年4月1日4日对油田公司2002年使用Y441封隔器的9口油水井，进行了调查统计： 制表人:强华 填表时间： 2003.4.5

6、封隔器工作压力对比图封隔器工作压力对比图91315404651制图人：强华 制图时间：2003.4.60510152025303540现状目标值 压压 力力MPaMPa 2535课题的目标值课题的目标值制图人：王庆菊 制图时间：2003.4.8可行性论证可行性论证目标可行！五、原因分析五、原因分析封封隔隔器器承承压压低低固井质量差固井质量差地层条件复杂地层条件复杂管材质量差管材质量差胶筒承压低胶筒承压低卡瓦应力集中卡瓦应力集中操作不当操作不当施工作业人员培训少施工作业人员培训少固井质量差固井质量差地层条件复杂地层条件复杂管材质量差管材质量差密封不严密封不严管柱蠕动管柱蠕动 序序号号因素因素验证

7、验证方法方法确认情况确认情况结结论论1 1固井质量差固井质量差查阅井史查阅井史资料资料油井完钻后，固井质量差无法改变，属于油井完钻后，固井质量差无法改变，属于不可控因素。不可控因素。否否2 2地层条件复杂地层条件复杂查阅地质查阅地质资料资料地层疏松，易坍塌，流体腐蚀严重，属于地层疏松，易坍塌，流体腐蚀严重，属于不可控因素。不可控因素。否否3 3管材质量差管材质量差调查分析调查分析管材由甲方提供，而且还受生产厂家、加管材由甲方提供，而且还受生产厂家、加工质量等因素的影响。工质量等因素的影响。否否4 4胶筒承压低胶筒承压低调查分析调查分析压缩式胶筒受力后，形成糖葫芦状，生产压缩式胶筒受力后，形成糖

8、葫芦状，生产时易随管柱的蠕动而松弛，导致封隔器承时易随管柱的蠕动而松弛，导致封隔器承压低。压低。是是5 5卡瓦应力集中卡瓦应力集中调查分析调查分析封隔器靠分瓣式卡瓦锚定在套管内壁上，封隔器靠分瓣式卡瓦锚定在套管内壁上，承受管柱负荷。卡瓦处应力集中，易导致承受管柱负荷。卡瓦处应力集中，易导致套管破损，使封隔器失效。套管破损，使封隔器失效。是是6 6施工作业人员施工作业人员培训少培训少现场调查现场调查施工作业队伍招标上岗，培训由专门准入施工作业队伍招标上岗，培训由专门准入部门负责实施，也可采取自学、研讨等形部门负责实施，也可采取自学、研讨等形式进行培训。影响小，不是主因。式进行培训。影响小，不是主

9、因。否否软钢软钢硬胶筒硬胶筒隔环隔环软胶筒软胶筒隔环隔环硬胶筒硬胶筒软钢软钢要因要因要因要因 制表人:张东亭 填表时间： 2003.4.12序号要因对策目标措施实施人地点完成时间备注1胶筒承压低提 高 胶 筒提 高 胶 筒的 承 压 能的 承 压 能力力耐压由耐压由25MPa25MPa提提高到高到35MPa35MPa提出多套提出多套方案，经方案，经过论证及过论证及实验，寻实验，寻找最佳方找最佳方案。案。张东亭薛清祥秦俊红王晓梅试验室及井场2003年5 月 底前卡瓦应力集中减 少 卡 瓦减 少 卡 瓦应力应力接触应接触应力由力由678MPa678MPa降至降至234MPa234MPa提出多套提出

10、多套方案，经方案，经过论证及过论证及实验，寻实验，寻找最佳方找最佳方案。案。赵 庆强 华王庆菊刘长军试验室及井场2003年5 月 底前 制表人:张东亭 填表时间： 2003.4.15要因要因现状分析现状分析对策计划对策计划1.1.胶筒承压低胶筒承压低a.a.改进胶筒材料改进胶筒材料对策一对策一: :依靠目前技术改进胶料。依靠目前技术改进胶料。b.b.改变胶筒的几何改变胶筒的几何形状形状对策二：将胶筒与金属隔环均改为楔形结构。对策二：将胶筒与金属隔环均改为楔形结构。对策三：去掉隔环，用三胶筒楔形结构。对策三：去掉隔环，用三胶筒楔形结构。对策四：两端为楔形胶筒，中间加金属隔环。对策四：两端为楔形胶

11、筒，中间加金属隔环。2.2.卡瓦应力集中卡瓦应力集中a.a.改进卡瓦材料改进卡瓦材料对策一对策一: :改变卡瓦材料，费用大幅提高。改变卡瓦材料，费用大幅提高。b.b.改进卡瓦的结构改进卡瓦的结构对策二：增加卡瓦的分瓣数。对策二：增加卡瓦的分瓣数。对策三：把分瓣卡瓦改为桶形卡瓦。对策三：把分瓣卡瓦改为桶形卡瓦。提出对策及可行性分析不增长又提高了承压强度不增长又提高了承压强度可行改善幅度小改善幅度小整体强度降低整体强度降低可行分散应力分散应力难度过大难度过大增加长度增加长度承压强度低承压强度低 制表人:强华 填表时间： 2003.4.17 改进前胶筒图改进前胶筒图240mm240mm增加至增加至3

12、40mm340mm改进后胶筒图改进后胶筒图硬胶筒硬胶筒软钢软钢金属隔环金属隔环软胶筒软胶筒金属隔环金属隔环硬胶筒硬胶筒软钢软钢 隔环变为楔形隔环变为楔形起下管柱时起下管柱时易碰、磨胶筒易碰、磨胶筒软钢软钢硬胶筒硬胶筒隔环隔环软胶筒软胶筒隔环隔环硬胶筒硬胶筒软钢软钢硬胶筒硬胶筒软钢软钢软胶筒软胶筒硬胶筒硬胶筒软钢软钢 改进前胶筒图改进前胶筒图 改进后胶筒图改进后胶筒图25MPa25MPa降至降至21.5MPa21.5MPa对策一：两端为楔形胶筒，中间加金属隔环。对策一：两端为楔形胶筒，中间加金属隔环。对策二：把分瓣卡瓦改为桶形卡瓦。对策二：把分瓣卡瓦改为桶形卡瓦。 方案提出后，我们将提出方案提出

13、后，我们将提出的方案，报技术部门，组织专的方案，报技术部门，组织专家对方案进行论证。家对方案进行论证。八、对策实施八、对策实施 圆柱形胶筒受力后，圆柱形胶筒受力后，形成糖葫芦状，因油井形成糖葫芦状，因油井在生产过程中，管柱不在生产过程中，管柱不断蠕动，导致胶筒松动，断蠕动，导致胶筒松动，承压低，所以对胶筒进承压低，所以对胶筒进行改进行改进。 改进前胶筒图改进前胶筒图 改进后胶筒图改进后胶筒图软钢软钢硬胶筒硬胶筒隔环隔环软胶筒软胶筒隔环隔环硬胶筒硬胶筒软钢软钢硬胶筒硬胶筒软钢软钢隔环隔环硬胶筒硬胶筒软钢软钢 基本参数基本参数密封件密封件外外 径径（上（上下）下）长长 度度（上（上下）下） 硬度硬

14、度邵氏邵氏 （上（上下）下）试验罐试验罐内内 径径mm试验试验日期日期楔入式胶筒楔入式胶筒11511561619395124.262003.65-9试验条件参数试验条件参数介介 质质工作压差工作压差MPa自由浸泡时间自由浸泡时间 h额定座封载荷额定座封载荷kN 名名 称称温温 度度 10#柴油柴油147153382490密封可靠性试验记录密封可靠性试验记录 数据名称数据名称序序 号号1 234567891011上压，上压，MPa37 38 36 35 38 下压，下压，MPa 35 38 36 36 稳压时间稳压时间h666666666 累 计 稳 压 时累 计 稳 压 时间，间，h54座封载

15、荷座封载荷kN93 压缩距，压缩距， mm31试验后外径，试验后外径，mm120残余变形，残余变形， %4.34 该胶筒该胶筒20MPa座封，压缩距座封，压缩距31mm，经换向交替打压，经换向交替打压35MPa38MPa，9次，取出胶筒发现，上胶筒肩部有轻微伤痕；下胶筒肩次，取出胶筒发现，上胶筒肩部有轻微伤痕；下胶筒肩部也有轻微伤痕部也有轻微伤痕 ，疲劳次数及疲劳时间均得到较大提高。，疲劳次数及疲劳时间均得到较大提高。 制表人:强华 填表时间： 2003.6.100510152025303540现状目标值 压压 力力MPa 2535制图人：王庆菊制图人：王庆菊 制图时间：制图时间：2003.6

16、.10八、对策实施八、对策实施1 1、卡瓦、卡瓦360360周向与套管内表面接触，减少了卡瓦周向与套管内表面接触，减少了卡瓦 与套管间的接触应力，减少了套管变形。与套管间的接触应力，减少了套管变形。2 2、卡瓦不仅能靠机械弹性收回，而且也可强制收、卡瓦不仅能靠机械弹性收回，而且也可强制收 回，解封可靠。回，解封可靠。 上锥体上锥体 桶形卡瓦桶形卡瓦 下锥体下锥体 卡瓦类型卡瓦类型双向桶形卡瓦双向桶形卡瓦双向分瓣卡瓦双向分瓣卡瓦齿距齿距 mmmm3 36 6牙数牙数 个个36361818卡瓦外圆环的圆弧直径卡瓦外圆环的圆弧直径d cmd cm11.211.211.411.4卡瓦外圆环的圆心角卡瓦

17、外圆环的圆心角1 1 28283838卡瓦牙嵌入套管壁厚度卡瓦牙嵌入套管壁厚度h cmh cm0.030.030.030.03卡瓦与套管接触面积卡瓦与套管接触面积A cmA cm2 22.9552.9552.0412.041卡瓦块数卡瓦块数 个个12126 6卡瓦与锥体之间的摩擦角卡瓦与锥体之间的摩擦角 5.75.75.75.7锥体半锥角锥体半锥角 20202020轴向载荷轴向载荷 kNkN400400400400卡瓦牙与套管壁之间的接触应力卡瓦牙与套管壁之间的接触应力 MPaMPa 234234678678 同样长度的桶形卡瓦与分瓣卡瓦在相同载荷作用下，同样长度的桶形卡瓦与分瓣卡瓦在相同载荷

18、作用下，桶形卡瓦桶形卡瓦的周向接触应力约为分瓣卡瓦的的周向接触应力约为分瓣卡瓦的1 1/ /3 3 。0100200300400500600700800活动前活动后 卡卡瓦瓦与与套套管管壁壁的的接接触触应应力力MPa 678234制图人：王庆菊制图人：王庆菊 制图时间：制图时间：2003.6.10八、对策实施八、对策实施改进后的改进后的Y441Y441封隔器封隔器 封隔器整体试验数据表封隔器整体试验数据表 工具名称试压介质温度（）胶筒密封情况次数油压（MPa）套压上压（MPa）套压下压（MPa）时间（min）结果Y441封隔器柴油14715311837375良好237375良好338385良好

19、设计控制活塞剪钉剪断压力（MPa）7试验控制活塞剪钉 剪 断 压 力（MPa）7.6设计剪钉剪断压力（MPa）15试验座封剪钉剪断压力（MPa）15.6设计解封载荷（t）10试验解封载荷（t）10.9 制表人:张东亭 填表时间： 2003.6.15 序序号号井号井号日期日期 井段井段 （m）下封隔器前下封隔器前产量产量（t）下封隔器下封隔器后产量后产量（t）累计累计增油增油（t）1风风31-156.202821.2-2826.32846.3-2852.2产水不产油产水不产油日产油日产油3t5402枣枣12397.72796.6-2802.02790.0-2793.8日喷水日喷水100m3日产油

20、日产油3.25t529.753板板8369.123259.3-3268.53277.4-3285.9日产油日产油2.75t日产油日产油7.5 t日产气日产气3953m3484.5合计合计 280.51834.751554.25 该井使用原来的该井使用原来的Y441Y441座封，座封，引起引起2794.26m2794.26m处套变，导致封堵处套变，导致封堵失败，下入改进的失败，下入改进的Y441Y441封隔器，封隔器，座封后，封堵成功。座封后，封堵成功。 该井下层为高压（地层该井下层为高压（地层原始压力原始压力37.5MPa37.5MPa）底水突进，）底水突进，导致产量低。导致产量低。1554.

21、25t 制表人:王庆菊 填表时间： 2003.10.10九、效果检查九、效果检查与设定目标对比与设定目标对比压压力力MPa 我们超过了设定的目标，取得了可喜的成绩。通过现场应我们超过了设定的目标，取得了可喜的成绩。通过现场应用，该成果达到设计目标，是油井理想的使用工具。用，该成果达到设计目标，是油井理想的使用工具。 0510152025303540活 动 前目 标 值活 动 后253538制图人：王庆菊制图人：王庆菊 制图时间：制图时间：2003.10.12直接经济效益：直接经济效益： 该封隔器通过该封隔器通过3 3口井的卡层作口井的卡层作业后，累计增产原油业后，累计增产原油1554.25t1

22、554.25t，每吨按每吨按10001000元计算，创效元计算，创效155155万万元，减去元，减去7.057.05万元成本费用（其万元成本费用（其中单井施工作业费中单井施工作业费2 2万元、每套万元、每套工具费工具费35003500元），直接创效元），直接创效 148148万元。万元。 148148万元万元间接经济效益：间接经济效益： 枣枣12391239井打水泥塞未成功，准备申请井打水泥塞未成功，准备申请报废，通过下改进后的报废，通过下改进后的Y441Y441封隔器作业后封隔器作业后一次成功，延长了油井的使用寿命。该井一次成功，延长了油井的使用寿命。该井节约钻井成本节约钻井成本200200

23、万元左右。另外，预计每万元左右。另外，预计每年下该封隔器卡层作业年下该封隔器卡层作业2020井次，平均单井井次，平均单井日增油日增油2t,2t,则年增产原油则年增产原油700t700t，累计增产原，累计增产原油油14000t14000t，创效，创效 14001400万元。万元。 通过本次活动，小组成员对通过本次活动，小组成员对PDCAPDCA循环循环有了进一步的认识，对各种图表的应用有有了进一步的认识，对各种图表的应用有了更深刻的理解，提高了发现问题、解决了更深刻的理解，提高了发现问题、解决问题的能力，问题的能力，为今后全面质量管理工作创为今后全面质量管理工作创造了良好的条件。造了良好的条件。

24、 1400 1400万元万元1 1、钻采院已将楔入式胶筒、整体桶形、钻采院已将楔入式胶筒、整体桶形 卡瓦纳入作业指导书中。卡瓦纳入作业指导书中。2 2、我们制定了、我们制定了Y441Y441封隔器组装及现封隔器组装及现 场使用规范场使用规范，确保施工成功率。，确保施工成功率。3 3、跟踪、收集已施工井的生产资料，、跟踪、收集已施工井的生产资料， 提高使用效果。提高使用效果。4 4、主管部门已组织批量生产投入市场。、主管部门已组织批量生产投入市场。十、巩固措施十、巩固措施 序号序号井号井号日期日期井段井段（m m）下封隔器下封隔器前产量前产量（t t）下封隔器下封隔器后产量后产量（t t）累计累计增油增油（t t）1 1风风31-1531206.202821.2-2826.32821.2-2826.32846.3-2852.22846.3-2852.2产水不产油产水不产油日产油日产