大通径高强度过电缆封隔器的研制与应用

2014-04-23罗建伟张春升

石油钻采工艺 2014年3期

刘鹏高斌罗建伟王林张春升王尧

（中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300452）

海上石油作业由于环境恶劣、作业风险大、救援难度大和污染风险大等原因，通常在无杆泵采油生产管柱中连有过电缆封隔器［1］。该类封隔器下入深度一般在300 m左右，工作原理与常规液压封隔器类似［2］，既具有常规封隔器特点，又具备独特的过电缆功能［3］，同时可提供测压管线等多路穿越通道，与排气阀配合可实现油套环形空间的安全控制［4-5］。

目前海上使用的过电缆封隔器主要来自于贝克、哈里伯顿和威德福等大型国外服务公司，其内通径、外形尺寸及最大悬重主要针对于常规生产井。常规过电缆封隔器的上下扣型为普通油管扣，内通径一般不超过76 mm，最大悬重一般不超过750 kN（取安全系数为1.1）。为适应海上油田特殊井的同井注采工艺和热采井清防蜡工艺，开发了大通径高强度过电缆封隔器，满足现场对过电缆封隔器通径和悬重的特殊要求，保证油井的安全生产。

1 技术分析

1.1 结构

该过电缆封隔器由本体部分、坐封锁紧部分、密封部分和锚定解封部分组成，结构如图1所示。

本体部分由本体头和中心管焊接而成，作为过电缆封隔器的主体，将各部分进行串接；坐封锁紧部分主要由活塞、活塞套和锁环组成，过电缆封隔器坐封后，锁环可防止胶筒回复；密封部分主要由胶筒和规环组成，是封隔器的核心，可在井喷时封堵油套环空，防止井液和其他流体通过油套环空涌出井筒；锚定解封部分由上下锥体、卡瓦和解封环组成，防止过电缆封隔器纵向移动而影响其密封性能，或引起过早解封［6］。

图1 大通径高强度过电缆封隔器结构示意图

1.2 工作原理

该封隔器液压坐封，向上管柱内腔施加的液压通过本体头的传压孔传递至活塞，当液压达到8 MPa，坐封剪钉Ⅰ被剪断，胶筒开始被压缩，当压力达到10 MPa，坐封剪钉Ⅱ和坐封剪钉Ⅲ依次被剪断，卡瓦张开并撑住套管，当压力达到18 MPa并稳压，胶筒被压缩充分，泄压后锁环通过单向锯齿锁住活塞，防止胶筒回复。

解封需整体上提生产管柱，剪断解封环，使下锥体相对中心管下移，卡瓦在簧片作用下收回，同时胶筒也将向下回复，最终失去对油套环空的密封作用。

1.3 技术特点

（1）在结构上采用焊接一体化的本体总成，其实心部分只占总长的五分之一，区别于常规过电缆封隔器的实心本体。该本体的材料利用率高，且缩短了偏心过流通道的加工长度，大幅减少机械加工时间和加工成本。

（2）锁定机构采用开槽的锯齿环结构，环的内外两侧均为单向锯齿螺纹，外侧的锯齿螺纹与活塞套内锯齿螺纹啮合，内侧的锯齿螺纹与活塞外部的锯齿螺纹啮合，锁住胶筒。

（3）坐封过程依次剪断3个坐封剪钉，使坐封过程具有可控性，防止过电缆封隔器下井过程提前坐封。

（4）生产通道的连接扣型均为FOX气密封扣，与其连接的上/下管柱扣型均为BTC扣，因此该过电缆封隔器可应用于产气量大的生产井。

（5）本体头以及与其连接的上/下管柱的材质均为42 CrMo，可承受的最大悬重达1 250 kN（取安全系数为1.1），远高于常规过电缆封隔器的最大悬重，因此可应用于对悬重要求较高的井。

（6）通过压缩其他部分的尺寸，将内通径扩大至90.1 mm，内部可穿越连有薄接箍的Ø73 mm油管串，并可提供较大的环空通道，适用于具有同心管柱结构的注采工艺。

2 主要技术参数

适用套管：Ø244.5 mm套管；适用温度：120 ℃；最大外径：216 mm；内径（生产通道）：90.1 mm；坐封压力：18 MPa；解封上提力：220 kN；胶筒工作压力：25 MPa；最大悬重：1 250 kN；排气阀处连接扣型：Ø33.4 mm TBG；电缆穿透器处扣型：Ø48.3 mm TBG；测试通道扣型：3/8-18NPT；上下连接扣型：Ø114.3 mm BTC。

3 现场应用

该过电缆封隔器先后在中海油JZ21-1等平台应用7井次，坐封、验封均一次成功。JZ21-1和BX1-1平台部分生产井结蜡严重，使用了质量较大的双层隔热油管。以JZ21-1平台某井为例，该井深3 470 m，下入双层隔热油管1 100 m（重约440 kN）和镀层普通油管2 300 m（重约280 kN），过电缆封隔器深度为300 m，由于井斜原因，起下管柱的摩擦阻力约30 kN，解封过电缆封隔器时，该封隔器所受最大拉力将达840 kN，因此该井应用了大通径高强度过电缆封隔器。

LD10-1平台某井采用同井注采工艺，过电缆封隔器与油管相连作为外管柱，该井需在外管柱内下入与其同心的连有薄接箍的Ø73 mm油管串，且两同心管柱的环空作为采油通道，为满足海上注采排量的需要，应用了该大通径高强度过电缆封隔器。