海上油田用Y445-210型丢手悬挂封隔器研制

2014-06-05赵仲浩程心平郑金中王良杰王现锋

石油矿场机械 2014年10期

关键词：棘爪胶筒卡瓦

赵仲浩，程心平，郑金中，王良杰，王现锋

（中海油能源发展工程技术分公司钻采工程研究所，天津 300459）

海上油田用Y445-210型丢手悬挂封隔器研制

赵仲浩，程心平，郑金中，王良杰，王现锋

（中海油能源发展工程技术分公司钻采工程研究所，天津 300459）

常规的Y445型丢手悬挂封隔器应用于海上油田大尺寸井筒时，存在中途坐封、丢手单一和强制解封等问题。研制了Y445-210型丢手悬挂封隔器。该封隔器设计有防中途坐封结构，采用液压和机械双重丢手方式，可独立打捞、解封，具有坐封容易、密封可靠和打捞方便等优点。室内试验和现场应用表明：该封隔器施工可靠性高，各项性能满足现场使用要求，可应用于海上油田244.5 mm（9■8英寸）井筒内油水井的防砂、卡封、堵水和压裂等作业工艺。

封隔器；丢手悬挂；结构

随着油田地层产能下降，以及层间矛盾和地层出砂现象的日趋加剧，油田浅修、油层保护、卡堵水及机械防砂等工艺日趋增多。在这些工艺措施的实施中，Y445型丢手悬挂封隔器作为关键工具，其性能稳定直接决定工艺施工成功率［1-3］。常规Y445型封隔器存在问题：

1）坐封压力直接作用于卡瓦和解封剪钉，压差较大时容易造成封隔器直接解封。

2）解封方式为强制上提解封，解封难度大，打捞管柱困难。

3）丢手方式单一，当丢手机构失效后，只能起出所有管柱，造成作业返工。

针对这些问题，提出了1种适用于244.5 mm（9 5/8英寸）套管井的新型Y445-210型丢手悬挂封隔器，设计有防中途坐封结构，采用液压和机械双重丢手方式，独立打捞解封，能适应大尺寸套管中各类修井作业的要求。

1 结构

Y445-210型丢手悬挂封隔器的结构如图1。它主要由坐封、密封、锁紧、锚定、丢手及解封6大部分组成。坐封部分由启动活塞、锁块、上胶筒座和外中心管组成。密封部分由胶筒和下胶筒座组成。锁紧部分由锁套、锁环套、锁环和缸套组成。锚定部分由上锥体、卡瓦套、卡瓦、弹簧、下锥体和固定套组成。丢手部分由丢手中心管、丢手棘爪、滑套和丢手套组成。解封部分由支撑体、解封中心管和解封棘爪组成。

图1 Y445-210型封隔器结构示意

1）坐封部分采用启动活塞与锁块机构实现定压启动，可防止下井过程遇卡阻发生中途坐封。坐封完毕后胶筒在锁紧机构作用下始终处于压缩状态，可靠密封油套环空。

2）锚定部分用于实现卡瓦牙卡在套管壁上，依靠锁紧机构保持卡瓦不回缩。

3）丢手部分采用弹性锁爪反扣连接，特殊梯形螺纹设计保证了在大斜度井或水平井中丢手可靠性。此外，在液压丢手失效情况下可通过正转管柱丢手，液压和机械双重丢手设计提高了丢手成功率。

4）解封部分通过下入捞矛方式，打捞解封中心管，直接剪断解封剪钉，可释放解封棘爪从而实现胶筒和卡瓦的受力解除，解封力不叠加［4］。

2 工作原理

1）坐封坐封时，液压经丢手中心管孔眼作用于活塞，剪断启动剪钉，活塞上行释放锁块，坐封机构开始动作。继续加压，上胶筒座下行，锚定机构径向扩张，卡瓦支撑到套管内壁，剪断坐封剪钉压缩胶筒，封隔油套环空完成坐封，与此同时，锁紧机构步进锁紧，油管泄压后卡瓦和胶筒维持坐封锁紧状态。

2）丢手继续加液压，剪断丢手剪钉后，丢手滑套下移，此时释放丢手棘爪，完成内外管脱离。如果液压丢手失效，正转管柱，剪断防转剪钉后，丢手棘爪从丢手滑套退出，实现丢手。

3）解封解封时，对接打捞母接头或下捞矛打捞中心管，上提管柱，剪断解封剪钉，释放解封棘爪，锁紧机构失去作用，胶筒回弹，卡瓦受力解除，实现封隔器的解封。若卡瓦因结垢或杂质原因无法顺利收缩时，可上下活动管柱强制解封。

3 主要技术参数

4 技术特点

1）具有液压和机械2种丢手方式，保证作业成功率。

2）独立的解封机构，解封时上提力不直接作用在锚定机构和下部管柱，解封载荷不叠加。

3）坐封机构设计有特殊启动锁块，保证下井时套管内的机械或液压力不会造成中途坐封。

5 室内试验及现场应用

5.1 地面性能试验

为了验证Y445-210型封隔器的各项性能，模拟其井下实际工况，制作试验工装，进行了工艺性试验，验证封隔器的工作性能指标。试验时，封隔器上接头与试验工装坐封接头连接，封隔器下接头连接丝堵，将其安装于试验工装内。到位后油管内加液压10 MPa后，继续加压至15 MPa，稳压5 min；然后泄压后再次加压至21 MPa，之后一直稳压至18 MPa进行环空验封，分别给环空加压5 MPa×10 min、10 MPa×10 min、15 MPa×10 min和20 MPa×20 min压力不降，泄掉环空压力后在拉拔机上进行解封试验，试验显示载荷142 k N，解封后将封隔器从试验工装内取出。

1）封隔器各部件之间密封性能良好，试压15 MPa，稳压5 min，封隔器各密封部分及连接螺纹无渗漏。

2）封隔器环空密封性能良好，环空加压至20 MPa，稳压20 min，胶筒与套管之间无渗漏。

3）封隔器解封性能良好，解封后胶筒恢复良好，卡瓦牙无明显变形和损坏。

5.2 井下模拟试验

2012-08，对Y445-210型丢手悬挂封隔器（如图2所示）进行了井下模拟试验。在试验井进行了一趟管柱分层简易防砂工艺，其外管连接防砂管柱，内管连接坐封，验封一体化管柱。该封隔器下井顺利，坐封、密封可靠，加压20 MPa后成功丢手，取出的内丢手，结构如图3所示，后下入捞矛打捞取出封隔器，发现胶筒和卡瓦齿形完好，如图4所示，说明解封顺利。井下模拟试验表明，该型封隔器性能良好，满足现场使用要求。

图2 Y445-210型丢手悬挂封隔器

图3 Y445-210型丢手悬挂封隔器内丢手结构

图4 Y445-210型丢手悬挂封隔器打捞后外观

6 结论

1）为了满足海上油田大尺寸井筒的作业要求，研制了Y445-210型丢手悬挂封隔器。该封隔器适用于244.5 mm（9 5/8英寸）套管井，可用于油水井的防砂、卡封、堵水和压裂等工艺的顶部悬挂作业。

2）该封隔器能够避免大尺寸套管井中封隔器由于受力面积大造成的安全隐患，保证了下入、工作和起出全过程的安全性。

3）地面试验和井下模拟试验情况说明该封隔器坐封、密封、丢手可靠，解封载荷小，施工成功率高，具有较好的推广应用前景。

［1］董文魁，尚水龙，唐凡，等.新型Y341型封隔器的研制与应用［J］.石油矿场机械，2012，41（5）：74-76.

［2］李晶，陈德林，祝杨，等.GDY445型封隔器的研制与应用［J］.石油矿场机械，2001，30（6）：38-40.

［3］辛林涛，孙鑫宁，刘海涛，等.新型压差丢手Y445型封隔器的研制与应用［J］.石油钻采工艺，2006，28（3）：78-80.

［4］丁连民.Y341B-115逐级解封封隔器的研制与应用［J］.石油钻采工艺，2005，27（3）：76-78.

Research of New Y445-210 Hook Wall Packer Used in Offshore Oilfield

packer；release suspension；structure

：Conventional Y445 hook wall packer has some problems such as midway setting，single release and forced unset when used in large-scale wellbores of offshore oil well.A new type of Y445-210 hook wall packer has been designed.It can resolve the problems above，which has antimidway set structure，hydraulic and mechanical release methods and independent unset structure and is safe to be fished.Laboratory experiment and field application show that the packer has highoperation reliability，meets the requirements of field use and can be used for sand prevention，packer setting，water plugging，fracturing and other operation process of offshore oilfield largescale wellbores（9 5/8 in）.