裸眼井封隔器及其應(yīng)用

1、.裸眼井封隔器及其應(yīng)用（江漢油田分公司采油工藝研究院井下工具研究所）摘 要 近年來裸眼井越來越多，對裸眼井地層進行酸化、壓裂、注水、堵水和試油試氣等分層措施作業(yè)需要使用裸眼封隔器。為了滿足這種需要，研究了K341、K342、K344三種類型的裸眼井封隔器?，F(xiàn)場應(yīng)用時，其最大密封系數(shù)達到了1.486，遠遠大于普通壓縮式封隔器密封系數(shù)1.11.15的水平，最高工作壓差達到47MPa，最高工作溫度達到142。介紹了這三種封隔器的工作原理、現(xiàn)場施工管柱和現(xiàn)場使用情況。關(guān)鍵詞 裸眼井 裸眼封隔器 管柱 應(yīng)用前 言因油氣田開發(fā)的需要以及完井技術(shù)的發(fā)展，油氣井尤其是碳酸鹽巖等致密地層鉆探的油氣井，采用裸眼井

2、完井的方式日益增多。裸眼井需要裸眼封隔器才能進行酸化、壓裂、注水、堵水和試油試氣等分層措施作業(yè)，由此導(dǎo)致對裸眼井封隔器需求的增長。裸眼井在鉆井過程中，有時需要進行中途測試，以取得較為詳細的資料，對地層進行更加準確的判斷，由此決定是否追加投入，繼續(xù)完成下步施工，從而節(jié)省不必要的開支。裸眼井封隔器還可以用在套管變形井和一些常規(guī)封隔器不適宜應(yīng)用的油井的采油、堵水、措施作業(yè)等。在采油井中，勘探初期的探井往往使用一些特殊尺寸的套管完井，后期采油中這些井缺少配套的井下封隔器，裸眼井封隔器則能夠滿足這些井的酸化、壓裂、注水、堵水和試油試氣等分層措施作業(yè)的施工需求。工作原理一、擴張式膠筒(一)結(jié)構(gòu)其結(jié)構(gòu)分三層

3、，以彈性不銹鋼片做疊層骨架，加以內(nèi)膠筒、外筒組成。(二)主要特點1、擴張系數(shù)大，可以達到1.21.6，即可用小直徑膠筒封隔大直徑井眼。2、容易擴張和收縮，即易坐封和解封，膠筒壓差為11.5MPa即可實現(xiàn)封隔器膠筒的初封。3、耐高溫125150，最高達180。4、承壓差大，最大工作密封壓力達到50MPa以上。5、殘余變形小，通常殘余變形不超過2。6、對井眼適應(yīng)性強，可用于先期完井的裸眼井、套管側(cè)鉆開窗井、后期完井的裸眼井、組合套管井和特殊套管井的工藝措施中。二、K344 型裸眼井封隔器(一) 結(jié)構(gòu)由上接頭、中心管、密封膠筒、下接頭等組成，見圖1所示。(二)原理這種封隔器的結(jié)構(gòu)簡單，從油管內(nèi)加液壓

4、，液體經(jīng)中心管進液口進入膠筒內(nèi)腔，從而使膠筒脹大坐封，封隔油套環(huán)形空間。放掉油管壓力，封隔器膠筒回收，實現(xiàn)解封。三、K341/342 型裸眼井封隔器（低壓差液壓坐封）(一)結(jié)構(gòu)由上接頭、隔離環(huán)、解封銷釘、中心管、控制閥、關(guān)閉彈簧、密封膠筒、下接頭等組成。(二)原理封隔器坐封時，中心管打壓，當(dāng)壓力大于1MPa時，壓力液體通過進液口，推開控制閥，使膠筒擴張坐封。油管放壓之后，控制閥回位關(guān)閉進液口，阻止進入膠筒內(nèi)部的液體流回到中心管，使封隔器膠筒始終保持密封狀態(tài)，不會因油管放壓而解封，實現(xiàn)封隔器的長期井下密封。K341解封時直接上提油管，剪斷解封銷釘，中心管向上移動一段距離，泄壓槽通過控制閥的內(nèi)密封

5、圈，中心管與膠筒之間形成的腔體內(nèi)的液體排出，實現(xiàn)封隔器解封。K342解封時順時針旋轉(zhuǎn)油管，打開反扣接頭，中心管向上移動一段距離，泄壓槽通過控制閥的內(nèi)密封圈，中心管與膠筒之間形成的腔體內(nèi)的液體排出，實現(xiàn)封隔器解封。四、K341/K342 型裸眼井封隔器（高壓差投球坐封）(一)結(jié)構(gòu)由上接頭、坐封鋼球、坐封剪環(huán)、初坐剪環(huán)、初坐剪釘、坐封剪釘、控制閥、解封銷釘（K342是反扣接頭）、中心管、關(guān)閉彈簧、密封膠筒、下接頭等部分組成。(二)原理封隔器坐封之前，由于過流通道被坐封剪環(huán)關(guān)閉，中心管內(nèi)部的壓力不能夠通過過流通道傳遞，所以，無論中心管或外部的壓力都不可能使封隔器坐封，因此，可以進行大排量的正反向頂替

6、泥漿和洗井等施工作業(yè)。封隔器坐封時，首先從油管投球，然后油管打壓，在壓力的作用下，剪斷剪釘，液體從過流通道進入，推動控制閥，打開中心管膠筒的環(huán)形通道，液體進入膠筒內(nèi)部，膠筒在壓力的作用下擴張，實現(xiàn)封隔器的坐封。油管放壓之后，控制閥回位關(guān)閉進液口，阻止進入膠筒內(nèi)部的液體流回到中心管，使封隔器膠筒始終保持密封狀態(tài)，實現(xiàn)封隔器的長期井下密封。技術(shù)指標及技術(shù)特點一、技術(shù)指標規(guī)格型號 K344/342/341外 徑 ， mm 148 128 80適應(yīng)井徑， mm 160215 140190 95127最大工作壓力，MPa 50 40 20內(nèi) 徑 ， mm 62 30工作溫度， 150二、技術(shù)特點1、K3

7、42/K341型封隔器高壓差投球坐封的裸眼井封隔器，適合泥漿頂替、完井管柱、地層預(yù)處理的酸壓等施工。低壓差液壓坐封的裸眼井封隔器，能夠組成多級封隔器管柱，完成裸眼井的分層測試和分層措施的需要。這兩種坐封結(jié)構(gòu)能夠在現(xiàn)場根據(jù)施工需要進行轉(zhuǎn)換，適應(yīng)多用途的要求。2、K342與K344之間的轉(zhuǎn)換也能夠在現(xiàn)場完成?？梢愿鶕?jù)現(xiàn)場工藝要求，快速完成封隔器的適應(yīng)性改造。3、通過環(huán)形控制閥保持膠筒的擴張狀態(tài)，這種結(jié)構(gòu)的控制閥結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠。施工管柱一、K344型裸眼封隔器構(gòu)成的酸壓管柱(見圖2)1、封隔器K344裸眼井封隔器。2、管柱結(jié)構(gòu)酸壓下層：封隔器+節(jié)流球座。酸壓上層：節(jié)流滑套+封隔器+反洗球座。3、

8、工作原理在開始施工時，油管內(nèi)部的液體在節(jié)流球座產(chǎn)生節(jié)流壓差，當(dāng)節(jié)流壓差大于1MPa之后，K344封隔器膠筒擴張密封井壁。膠筒一旦密封井壁之后，封隔器上下壓差增加，加速封隔器的坐封過程。施工完成時，油管內(nèi)部的液體流動停止，此時無節(jié)流壓差，下壓和油管內(nèi)部的壓力平衡，封隔器膠筒內(nèi)部的液體隨膠筒的回彈力被擠出膠筒內(nèi)部，封隔器解封。二、K342/K341下層措施/完井/采油管柱(見圖3) 1、封隔器K342、K341高壓差投球坐封裸眼井封隔器。2、管柱結(jié)構(gòu)完井管柱/措施管柱/采油管柱：封隔器+篩管。3、工作原理K341/K342封隔器(高壓差投球坐封)組成的管柱，可以進行大排量的正反向頂替泥漿和洗井等對

9、地層的預(yù)處理施工。需要封隔器坐封時，中心管投球打壓，坐封封隔器，即可以進行酸化或壓裂等措施施工。施工完成后，可以根據(jù)需要對地層進行抽吸求產(chǎn)、測試壓力恢復(fù)、測流壓和靜壓。用于措施管柱：完成施工后，需要起出管柱時，K341封隔器上提管柱即可解封，K342順時針旋轉(zhuǎn)油管解封。封隔器解封之后起出管柱，完成現(xiàn)場施工。用于完井管柱：直接轉(zhuǎn)入采油（采氣）。三、K341/ K342分層措施/采油/注水管柱(見圖4) 1、封隔器K342、K341低壓差液壓坐封裸眼井封隔器。2、管柱結(jié)構(gòu)分層措施/采油管柱：封隔器+連通閥+封隔器+堵頭。分層注水管柱：封隔器+配水器+封隔器+反洗凡爾。3、工作原理用于分層措施/采油

10、管柱：由 K341/K342低壓差液壓坐封裸眼井封隔器、連通閥和堵頭組成。管柱下到設(shè)計深度之后，中心管打壓封隔器低壓差液壓坐封，壓力繼續(xù)升高打開連通閥后，封隔器中間的地層被隔斷?？梢詫Φ貙舆M行抽吸求產(chǎn)、酸化、壓裂等處理，以及對地層進行測試壓力恢復(fù)、測流壓和靜壓，直至完井采油（采氣）。用于分層注水管柱：由 K341/K342低壓差液壓坐封裸眼井封隔器、配水器（帶堵塞器）和反洗凡爾組成。管柱下到設(shè)計深度之后，對井筒進行反洗井施工。洗井結(jié)束之后，中心管打壓封隔器低壓差液壓坐封，壓力升高到5MPa以上保持2min，確保封隔器可靠坐封。再通過投撈操作，更換水嘴后正常注水。若需要起出管柱，K341封隔器上

11、提管柱解封，K342順時針旋轉(zhuǎn)油管解封，封隔器解封之后起出管柱，完成現(xiàn)場施工。四、K341/K342選擇性封堵管柱(見圖5) 1、封隔器K342-148、K342-128、K341-148、K341-128、K341-80的低壓差液壓坐封裸眼井封隔器。2、管柱結(jié)構(gòu)選擇性封堵管柱1： 丟手接頭+低壓差液壓坐封裸眼井封隔器+油管+低壓差液壓坐封裸眼井封隔器+坐封球座+篩管。選擇性封堵管柱2：丟手接頭+低壓差液壓坐封裸眼井封隔器+油管+高壓差投球坐封裸眼井封隔器+篩管。3、工作原理選擇性封堵管柱：由K341/K342低壓差液壓坐封裸眼井封隔器、油管和篩管組成。管柱下到設(shè)計深度之后，投球，中心管打壓使

12、封隔器坐封，壓力繼續(xù)升高打掉球座，連通下部地層，封隔器中間的地層被隔斷，從而達到封堵中間層，開采上下層的目的。需要解除地層封堵時，解封封隔器之后，起出管柱?，F(xiàn)場應(yīng)用情況擴張式封隔器在江漢、玉門和青海油田總共應(yīng)用了6口井。其中氣井酸壓1口井、油井酸壓5口井、裸眼井措施試氣1口井。工藝成功率100。從現(xiàn)場應(yīng)用的情況來看，在7in41/2in組合套管井施工中，由于上部套管變形，使用小尺寸的裸眼井封隔器，實現(xiàn)了小尺寸井眼的酸壓施工。在青海堿1井氣井的現(xiàn)場施工中，使用外徑148mm的裸眼井封隔器，實現(xiàn)了95/8in大井眼的密封要求，這兩口井中裸眼井封隔器的密封系數(shù)分別達到了1.266和1.486，遠遠大

13、于普通壓縮式封隔器密封系數(shù)1.1的水平。采用裸眼井封隔器對特殊尺寸井眼和套管變形井進行施工，解決了特殊套管井和變形套管井的酸壓施工問題,擴展了油井增產(chǎn)措施施工的技術(shù)選擇和增產(chǎn)技術(shù)的手段，達到了節(jié)約施工成本，提高油田采收率的目的?，F(xiàn)場應(yīng)用結(jié)果證明，裸眼井封隔器及其配套的管柱密封性能良好，適用于各種尺寸井的酸壓施工，工藝簡單，安全可靠。結(jié)論和建議K344、K341、K342三種類型裸眼井封隔器中，K341和K342型的封隔器有低壓差液壓坐封和高壓差投球坐封兩種結(jié)構(gòu)。高壓差投球坐封的結(jié)構(gòu)設(shè)計，可以滿足完井工藝中頂替泥漿的工藝要求?，F(xiàn)場應(yīng)用的封隔器密封性能良好，最大密封系數(shù)達到了1.486，遠遠大于普通壓縮式封隔器密封系數(shù)1.11.15的水平。最高工作壓差達到47MPa，最高工作溫度達到142，完全滿足現(xiàn)場的使用要求。這種裸眼井封隔器及管柱，能夠解決先期完井的裸眼井、套管側(cè)鉆開窗井、后期完井的裸眼井、組合套管井和特