新型井下多功能密封器研制

2014-04-06董建伟张艳勋董爱粉

石油矿场机械 2014年4期

李江，冯波，李英，董建伟，张艳勋，董爱粉

（1.中石化江汉油田分公司江汉采油厂，湖北潜江433123；2.中石化中原油田分公司采油工程技术研究院，河南濮阳457001）①

目前许多油田开发要求不压井、不放喷、带压作业［1］，实现井下保护产能［2］，地面保护环境［3］、缩短作业周期、降低生产成本的目的［4］。不压井作业井口装置、油套环空密封工具及地面控制配套技术已经成熟，但油管内堵塞密封配套技术还不完善。常规油管定压接头［5］的剪钉直接装在密封段主体上，剪钉丝孔在连通后的密封器管壁上造成径向漏点。其下端连接管串无法密封，使用受到很大的局限性。

笔者总结了常规工具在使用中存在的问题，在其基础上进行了改进设计，研制成功了新型井下多功能密封器。该新型井下多功能密封器将常规的整体密封段设计成上、下接头两体，并对上、下两体连接油管螺纹进行了特殊设计，使其剪钉丝孔不与密封段外壁连通，解决了径向漏点问题，可以连接在管柱串任何位置，连通后只相当于一个油管短接，保证整个管柱密封正常生产，同时不影响油管内的任何投捞测试作业，并为该管柱起出时的不压井作业打好基础。

通过200余井次的现场应用证明，该新型井下多功能密封器能够用于光油管管柱、带工具串的管柱，也可以用于抽油管柱、注水管柱，还可以用于压裂酸化、射孔等增产措施管柱，解决其不压井、不放喷、带压作业起下管柱的油管内密封问题，为不压井作业在油田开发中全面推广应用提供了完善的技术支持。

1 技术分析

1.1 结构

新型井下多功能密封器结构如图1所示。

上接头上端是标准的油管内螺纹，下端是标准的油管外螺纹，末端增设了一段圆环构成特制油管外螺纹，并在该圆环周向同一截面上均布一组径向剪钉螺纹孔。中心孔内下端设计了1个防止密封塞上窜的限位台阶；下接头上端是标准的油管内螺纹，适当加宽螺纹消失端的退刀槽，构成特制油管内螺纹，给上接头外螺纹末端的圆环留出足够的上扣空间。下接头下端是标准的油管外螺纹；密封塞采用易发生电化学腐蚀灭失的铝材加工而成，其外圆密封面上有一道密封槽，下部在同一截面上均布一组径向剪钉孔。

密封塞的密封槽内装好密封圈后，从上接头下端的中心通道内装入并推至其限位台阶，然后上好剪钉完成中心通道堵塞密封，最后上接头和下接头的特制油管螺纹连接组成新型井下多功能密封器。

1.2 原理

新型井下多功能密封器既能够用于有主通道的无球座管柱，同时也可以用于无正向通道的带单流球座管柱。

用于有主通道的无球座注水及措施管柱，如图2所示。新型井下多功能密封器接于管柱适当位置，双向密封油管内通道，如图2a所示，配合地面环空密封器及液压控制系统实现带压下管柱。下完管柱后井口油管加压，压力作用在井下多功能密封器的密封塞上，当压力达到设计值时剪钉被剪断，密封塞滑落在井底或者其下端的筛管等口袋里，井下多功能密封器上下油管连通实现无节流投产注采，如图2b所示。

用于分层注水及抽油泵等无正向通道的带单流球座的注采管柱，如图3所示。新型井下多功能密封器接于球座下端双向密封油管内通道，为了井口加压时压力能够绕过密封球作用在新型井下多功能密封器的密封塞上，连接时在密封塞上平面放置一适当长度易被电化学腐蚀的金属棒，金属棒上端正好顶起密封球使其不能与球座密封，如图3a所示，带压下完管柱井口加压时，由于金属棒的作用，液压绕过密封球同样作用在密封塞上，剪钉被剪断密封塞滑落，金属棒跟随密封塞一起下落，井下多功能密封器上下管串实现向上单向连通投产或者作业措施，如图3b所示。

如果在管柱上端没有比该井下多功能密封器内通径更小的工具，井下多功能密封器还能起到搭桥定位作用，再次作业起管柱时，井口投入油管堵塞密封器就会坐落在其上接头的密封体内，密封其上端油管内通道，实现起管柱时不压井、不放喷带压作业。

1.3 技术参数

新型井下多功能密封器技术参数如表1。

1.4 技术创新

1.4.1 结构设计及材料选择

1）上接头和下接头连接油管螺纹的特殊结构设计，既解决了密封塞悬挂剪钉丝孔的空间问题，同时不会破坏其油管螺纹的完整性，可以接在管柱内任何位置、可以多级使用，保证整个管柱的密封性能。

2）新型井下多功能密封器上接头内通道的台阶定位作用，使密封塞不会因井底压力高而上窜，保证了油管内密封可靠安全施工。

3）密封塞及其附件采用易发生电化学腐蚀灭失的铝材加工而成，如果落入井底，会很快发生电化学腐蚀灭失，不会形成长期井下落物，同时还能发生电化学反应而保护井下的套管及管柱。

1.4.2 使用

1）用于抽油管柱新型井下多功能密封器能够接在抽油泵筛管上端，解决下抽油泵管柱时的油管内密封，完成带压作业后地面加压产生主通道实现无节流采油。

2）用于注水管柱新型井下多功能密封器用于注水管柱下井完成带压下管柱作业，在实现无节流投注的同时，管柱内主通道形成一个定位密封坐落位置，为再次作业投入堵塞密封工具实现带压起管柱打好基础。

3）用于油田增产增注措施管柱在油田补（射）孔、压裂酸化等增产增注措施管柱中接入新型井下多功能密封器（去掉密封塞），实现措施见效发生井喷时的不压井起管柱作业。

2 室内试验

2.1 试验设备及工具

专用试验井、试验油管短接、电动试压泵、新型井下多功能密封器、钳工台以及其他常用组装工具。

2.2 试验目的及过程

1）防喷试验主要试验密封塞的密封性能，将新型井下多功能密封器上接头放空，在下接头接上试压泵，水力试压40MPa，稳压15min压力不降为合格。

2）油管连通试验目的是调整其连通压力大小，将试压泵接在上接头，其下接头放空缓慢加压到剪钉被剪断，密封塞下行脱离密封段而泄压，对不同规格的新型井下多功能密封器通过调整剪钉的数量将其连通压力控制在4～6MPa为合格。

3）密封试验主要试验上下接头连接的特制油管螺纹的密封性能，完成连通试验后，下接头接上丝堵，上端继续加压到60MPa，稳压15min压力不降为合格。

2.3 试验结果

室内试验结果如表2，新型井下多功能密封器样机防喷试压40MPa、密封试压60MPa均在15 min内压力不降，达到防喷密封耐压要求；剪钉剪切连通压力均在4.0～5.5MPa，满足现场使用要求。

3 现场应用

新型井下多功能密封器从2010－08在中原油田采油四厂进入现场试验，3a时间在中原油田的6个采油厂分别用于有杆泵采油、分层注水、压裂酸化、射孔补孔等维护生产管柱及增产措施管柱中，目前使用范围还在不断扩大。截止2013－09现场应用200余井次。其中白58井密封位置最深3 819m、濮72井密封最高压力为20MPa，有效成功率100%，解决了不压井作业下管柱遇到的各种管柱的油管内堵塞密封问题，同时为再次作业起管柱投入的油管内堵塞密封工具起到搭桥定位作用。该新型井下多功能密封器的投入使用为中原油田的不压井作业工艺全面推广应用发挥了积极的作用。