井下工具基礎(chǔ)知識(shí)講座

1、井下工具技術(shù)簡(jiǎn)介,1,.,以封隔器為主的井下工具的用途,1、保護(hù)套管對(duì)于高壓氣井、酸化壓裂井、注水井等； 2、封隔非目的產(chǎn)層 如機(jī)械卡堵水等 3、找漏、驗(yàn)封 4、試油 MFE測(cè)試 還有半閉式氣舉等等。,2,.,第一章 井下工具分類,采油采氣用井下工具分類及型號(hào)編制方法 SY/T5629-1998 中華人民共和國(guó)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),3,.,A、封隔器類，如 ：Y341-115-120/35 Y211-114-130/35 K344114-100/30 Y453108150/45,按工具功能分類,B、控制工具類，如：開(kāi)關(guān)、水力錨、配水器、防脫器、扶正器等,D、其他類，如：球座、抽子、防氣錨、座封工

2、具等,C、修井工具類，如：通井規(guī)、打撈器、整形器、磨銑工具等,4,.,一、封隔器分類,油氣田用封隔器分類及型號(hào)編制方法 -SY/T51051997 中華人民共和國(guó)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),引用的標(biāo)準(zhǔn)：,第二章 封隔器有關(guān)知識(shí),5,.,封隔器分類,分類方法： 按封隔器封隔件實(shí)現(xiàn)密封的方式分類。 分類： 自封式-Z 壓縮式-Y 擴(kuò)張式-K （楔入式-X） 組合式-用各式的分類代號(hào)組合表示,6,.,封隔器分類,自封式： 靠封隔件（一般為橡膠件）的外徑與套管內(nèi)徑的過(guò)盈接觸和壓差以實(shí)現(xiàn)密封的封隔器。如皮碗封隔器。,缺點(diǎn)：皮碗外徑大于套管內(nèi)徑，靠皮碗與套管的過(guò)盈配合來(lái)實(shí)現(xiàn)封隔器的密封，下井時(shí)阻力大，皮碗易磨損和

3、刮壞，從而失去密封性。耐壓差也較小,優(yōu)點(diǎn)： (1) 該封隔器用于較小壓差的井況下,不需坐封,皮碗方向可根據(jù)工藝需要任意調(diào)換。 (2)不需動(dòng)管柱或打壓坐封。隨管柱下入坐。,7,.,封隔器分類,皮碗式封隔器應(yīng)用實(shí)例： 東河1油田電泵井防砂管柱 皮碗式封隔器不需坐封動(dòng)作、承壓差小等特點(diǎn)正好滿足防砂管柱的需求,8,.,封隔器分類,壓縮式： 靠軸向力壓縮封隔件（一般為橡膠件），使封隔件直徑變大以實(shí)現(xiàn)密封的封隔器。如Y341分注封隔器、 Y111封隔器。,9,.,封隔器分類,擴(kuò)張式： 一定壓力的液體作用于封隔件內(nèi)腔，使封隔件直徑變大以實(shí)現(xiàn)密封的封隔器。,10,.,封隔器分類,楔入式： 靠楔入件楔入封隔件，

4、使封隔件直徑變大以實(shí)現(xiàn)密封的封隔器。 很少見(jiàn)！,11,.,封隔器型號(hào)編制方法,工作溫度/壓力,鋼體最大外徑,解封方式代號(hào),坐封方式代號(hào),固定方式代號(hào),分類方式代號(hào),() Y 2 1 1 - 115-120/35(),特殊用途,冠名,12,.,代號(hào)意義,分類方式,固定方式,座封方式,解封方式,13,.,鋼體最大外徑：阿拉伯?dāng)?shù)字表示，單位mm. 工作溫度：阿拉伯?dāng)?shù)字表示，單位攝氏度() 工作壓力：阿拉伯?dāng)?shù)字表示，修約到各位數(shù),單位(MPa) 例: Y211-115-120/35 Y211-114-130/35 K434114-100/30 Y453108150/45,表達(dá)規(guī)定,14,.,國(guó)外封隔器

5、主要生產(chǎn)廠家在美國(guó)，著名的有： 1、BAKER HUGHES（貝克休斯公司） 2 、Halliburton（哈里伯頓公司） 3 、Schlumberger（斯倫貝謝公司） 4、 Weatherford （威德福公司） 兩大類 可回收式封隔器（Retrievable Packer) 永久式封隔器（Permanent Packer),國(guó)外封隔器分類,15,.,封隔器的結(jié)構(gòu)主要有以下幾部分組成： 1、密封機(jī)構(gòu)：主要指膠筒，用于隔絕油套環(huán)空； 2 、坐封機(jī)構(gòu)： 產(chǎn)生坐封動(dòng)作，一般是機(jī)械或液壓力； 3 、鎖定機(jī)構(gòu)： 使封隔器保持坐封狀態(tài)，不會(huì)自行解封； 4 、錨定機(jī)構(gòu)： 使封隔器管柱保持相對(duì)固定，不移動(dòng)

6、或蠕動(dòng)； 5 、解封機(jī)構(gòu)： 解除封隔器坐封狀態(tài)。 每種封隔器都必須具有密封機(jī)構(gòu)，其它機(jī)構(gòu)則具有其中的一部分或全部 6、附屬機(jī)構(gòu)：扶正、保護(hù)、摩擦塊等,二、封隔器的結(jié)構(gòu),16,.,1、密封機(jī)構(gòu),二、封隔器的結(jié)構(gòu),2 、坐封機(jī)構(gòu),3 、鎖定機(jī)構(gòu),4 、錨定機(jī)構(gòu),5 、解封機(jī)構(gòu),6、保護(hù)機(jī)構(gòu),Weatherford WH-6型可取式封隔器,封隔器動(dòng)作視頻,適用范圍淺井； 入井時(shí)間不長(zhǎng)； 注水井； 測(cè)試； 找漏等。,17,.,二、封隔器的結(jié)構(gòu),Schlumberger QL 永久式封隔器,主體材料為球墨鑄鐵； 結(jié)構(gòu)相對(duì)于可取式封隔器要簡(jiǎn)單； 需配套坐封、內(nèi)密封、回收等工藝。,從右到左依次為：插管、永久

7、式封隔器、鉆銑工具,適用范圍高溫、高壓、深井； 入井時(shí)間長(zhǎng)； 氣井等。,18,.,三、Y22（1）1封隔器,特點(diǎn)： 依靠動(dòng)管柱（轉(zhuǎn)動(dòng)或提放管柱）來(lái)坐封、解封。 主要用于試油作業(yè)（如RTTS、PT封隔器）、找漏等作業(yè)。 可反復(fù)坐封。 與支撐式封隔器合用就組成了跨隔測(cè)試管柱,19,.,四、注水封隔器的結(jié)構(gòu)和使用,型號(hào)： Y241、 Y341 作用： 用于注水井，可以實(shí)現(xiàn)反循環(huán)洗井。一般和水力錨配合適用。,20,.,四、注水封隔器的結(jié)構(gòu)和使用,注水管柱的類型 主要右兩大類： 1、液力投撈的中心配水器管柱 一般可實(shí)現(xiàn)單配水器三層分注。 2、鋼絲投撈偏心配水器管柱 分注層數(shù)幾乎不受限制,21,.,五、橋

8、塞的結(jié)構(gòu)和使用,1、普通橋塞 作用： 主要用于封堵下層。 結(jié)構(gòu)類似于Y453封隔器。 可電纜或液壓坐封,22,.,五、橋塞的結(jié)構(gòu)和使用,2、擠注式橋塞 作用： 主要用于封堵下層。 也可用于擠水泥作業(yè),Halliburton SZ Drill 擠注式橋塞,23,.,第三章 控制類工具有關(guān)知識(shí),24,.,控制工具類、修井工具類、其他類型號(hào)編制方法,其他說(shuō)明,結(jié)構(gòu)特征代號(hào),使用技術(shù)參數(shù),工具名稱代號(hào),第三章 控制類工具有關(guān)知識(shí),25,.,控制工具名稱代號(hào),26,.,修井工具名稱代號(hào),27,.,其他工具名稱代號(hào),28,.,使用技術(shù)參數(shù)及尺寸特征,29,.,示例：,GZ105： 表示外徑為105mm的公

9、錐 GX104T：表示剛體外徑為104mm的彈簧式套管刮削器 GX102J： 表示剛體外徑為102mm的膠筒式套管刮削器 DS110QS：表示外徑為110mm的橋式結(jié)構(gòu)堵塞器 AJ90 x50LJ：表示外徑為90mm的連接管柱用的安全接頭 LT95x540DY：表示外徑為95mm、長(zhǎng)度為540mm的普通短魚(yú)頂打撈筒 PS106K-A：表示外徑為106mm的A型空心配水器,30,.,一、開(kāi)關(guān)類工具基本知識(shí),作用：安裝于井下管柱，主要用于溝通油管與套管 1、鋼絲作業(yè)開(kāi)關(guān)的滑套 優(yōu)點(diǎn)：可多次開(kāi)關(guān) 缺點(diǎn)：深井條件下開(kāi)關(guān)不太容易操作 塔里木應(yīng)用情況： 塔中四、輪南、牙哈23大量應(yīng)用。,31,.,一、開(kāi)關(guān)

10、類工具基本知識(shí),2、液壓動(dòng)作的開(kāi)關(guān) 常開(kāi)閥：也叫替噴閥，用于完井前的替噴作業(yè)； 禁忌：切不可與液壓坐封的封隔器一趟管柱入井。 常閉閥：也叫壓井閥，用于作業(yè)前的壓井作業(yè)； 優(yōu)點(diǎn)：動(dòng)作相對(duì)可靠 缺點(diǎn)：動(dòng)作是一次性的 塔里木應(yīng)用情況： 塔中四、輪南等老區(qū)大量應(yīng)用。 注意事項(xiàng)：常開(kāi)閥必須安裝在常閉閥下部,常開(kāi)閥,常閉閥,32,.,二、液壓坐封封隔器啟動(dòng)球座,作用：投球、憋壓使油套產(chǎn)生壓差以坐封封隔器。 特點(diǎn)： 1、坐封后繼續(xù)升壓，球掉入井底，球座成為一個(gè)短接； 2、剪釘數(shù)量可調(diào)，壓力可控； 3、可下接射孔槍串及工作筒等。,33,.,三、水力錨,作用：與封隔器配套使用，進(jìn)一步確保管柱的縱向移動(dòng)。 特點(diǎn)：

11、 1、錨爪（卡瓦）依靠壓差發(fā)揮作用，無(wú)壓差時(shí)則縮回失去作用； 2、必須用于封隔器上部。 主要用于注水或酸化、壓裂管柱。,34,.,四、伸縮管,作用：避免在極端條件下的封隔器解封、插管拔出、管柱變形的情況。與封隔器配套使用，用于抵消因溫度、壓力等效應(yīng)引起的管柱伸縮、變形。 特點(diǎn)： 1、一般可伸出3米左右，加工要求較高； 2、使用的數(shù)量可根據(jù)計(jì)算來(lái)確定。,35,.,五、井下安全閥,作用：與封隔器配套使用，井口或地面出現(xiàn)以外情況時(shí)可遙控或自動(dòng)關(guān)井。 特點(diǎn)： 1、靠液壓或氣壓保持開(kāi)啟狀態(tài)，使油管柱保持暢通；出現(xiàn)意外時(shí)泄壓，在井下關(guān)井；,2、需地面系統(tǒng)提供保持開(kāi)啟的壓力和發(fā)出動(dòng)作信號(hào)。,動(dòng)作視頻,36,

12、.,第四章 管柱受力分析簡(jiǎn)介,37,.,（1）、虎克定律效應(yīng) （2）、螺旋彎曲效應(yīng) （3）、壓力效應(yīng) （4）、溫度效應(yīng),管柱的四種效應(yīng),38,.,應(yīng)力與變形成正比 （1） 管柱在彈性極限范圍內(nèi)，由于受自重力和外力的作用，將產(chǎn)生拉伸或壓縮變形。 端部外力作用： （2-a） 管柱自重： （2-b） 式中：L1變形量，m；k浮力系數(shù)，0.8726； q管柱平均單位長(zhǎng)度重量，kg/m。 如2 7/8油管（內(nèi)徑62mm） 外力作用： L1=4.1610-6 FL（m）； 自重拉伸： L1=1.710-7L2（m）,一、虎克定律效應(yīng),39,.,例：管柱深3000m，底部受拉伸（壓縮）力分別為10KN、10

13、0KN，油管內(nèi)、外徑62mm、73mm，井內(nèi)為清水，浮力系數(shù)k為0.8726 。則 外力作用10KN時(shí)： L1=4.1610-6 FL（m）=0.1248（m） ； 外力作用100KN時(shí)： L1=4.1610-6 FL（m）=1.248（m） ； 管柱自重拉伸： L1=1.710-7L2=1.53 （ m）,一、虎克定律效應(yīng),40,.,支撐式或卡瓦式封隔器的座封是靠上部油管的自重載荷來(lái)壓縮封隔器膠筒而保持密封的。在封隔器上部的一部分油管在壓縮力作用下呈螺旋彎曲狀態(tài)，稱螺旋彎曲效應(yīng)。,二、螺旋彎曲效應(yīng),41,.,（1）、螺旋彎曲引起的管柱長(zhǎng)度的縮距：,（3-a）,或,（3-b）,式中：F0管柱松

14、弛載荷，即指重表下降載荷，KN； L0中和點(diǎn)至封隔器（卡瓦）長(zhǎng)度，m； rT套管內(nèi)半徑，mm,二、螺旋彎曲效應(yīng),42,.,管柱內(nèi)外存在壓差，其作用使管柱產(chǎn)生軸向載荷和長(zhǎng)度變形，稱為壓力效應(yīng)。包括活塞效應(yīng)、管柱的鼓脹效應(yīng)和反鼓脹效應(yīng)。,三、壓力效應(yīng),43,.,（1）、活塞效應(yīng)產(chǎn)生的活塞力：,（4-a）,活塞效應(yīng)引起的管柱變形量計(jì)算：,（4-b）,式中：F1活塞效應(yīng)產(chǎn)生的軸向載荷，KN； P3封隔器下部壓力，MPa； P1封隔器上部環(huán)空壓力，MPa； dT套管內(nèi)徑，mm。,三、壓力效應(yīng),44,.,（2）、鼓脹效應(yīng)與反鼓脹效應(yīng)引起管柱長(zhǎng)度變化：,（5-a）,鼓脹效應(yīng)與反鼓脹效應(yīng)引起的力：,（5-b）

15、,式中：F3 鼓脹效應(yīng)產(chǎn)生的軸向載荷，即鼓脹力，KN； 管柱內(nèi)壓力變化平均值，MPa； 管柱外壓力變化平均值，MPa； 鋼材泊松比，一般取0.3。,三、壓力效應(yīng),45,.,溫度變化造成管柱的長(zhǎng)度變化，當(dāng)管柱伸長(zhǎng)受到限制時(shí)，管柱產(chǎn)生一個(gè)軸向載荷，這種現(xiàn)象稱為溫度效應(yīng)。,四、溫度效應(yīng),鼓脹效應(yīng)與反鼓脹效應(yīng)引起管柱長(zhǎng)度變化：,（6-a）,（6-b）,式中： 鋼材線膨脹系數(shù)，1.210-5/； TL 注入液井口溫度，； TS 井口靜態(tài)溫度，； T1 動(dòng)態(tài)平均溫度，； T2 靜態(tài)平均溫度，； T3 地層靜態(tài)溫度，； T4 井底動(dòng)態(tài)溫度，； t 地溫梯度度，/m； t 動(dòng)態(tài)溫度梯度，/m；,當(dāng)長(zhǎng)度伸縮受限時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)軸向力：,46,.,舉例：擠注措施管柱深3000m，油管內(nèi)、外徑62mm、73mm，井口注入溫度20，井口地溫20