可取式压差作用密封悬挂器设计与应用

可取式压差作用密封悬挂器设计与应用*

徐建宁，蔡志远*，朱端银,郑英杰

(西安石油大学 机械工程学院，陕西 西安710065)

摘要：针对在低压低产气井采用喷射排水采气系统时，常规悬挂器无法正常解封，且不能承载质量较大的喷射泵等工具，笔者对悬挂器结构进行创新和改进设计出可取式压差作用密封悬挂器，该悬挂器具有悬挂、坐封等作用，且其内部结构采用压缩弹簧预压并利用压差作用进行密封封隔等动作，实现下入工具的预定位置锚定和与油管的封隔，通过压缩弹簧和压差释放实现锚定和与封隔的解封。

关键词：排水采气系统；悬挂器；喷射泵

中图分类号:TH38文献标志码：A

收稿日期：*2014-12-24

作者简介：徐建宁(1963-)，男，浙江平阳人，教授，硕士，主要从事石油机械的科研和教学工作。

通讯作者：蔡志远(1988-)，男，山东荷泽人，在读硕士，主要从事机械工程方面的工作。

Design and Application of the Removable Pressure Differential Sealing Hanger

XU Jian-ning, CAI Zhi-yuan*, ZHU Duan-yin, ZHENG Ying-jie

(SchoolofMechanicalEngineering,Xi′anShiyouUniversity,Xi′anShaanxi710065,China)

Abstract:In this paper, aiming at problems such as the conventional hangers cannot unblocking, and cannot carry heavy injection pumps and other tools when using jet drainage gas recovery system in the low pressure stripper well, a new removable pressure differential sealing hanger is designed on the innovation and improvement of original hanger structure, which could hang and seal in the gas wells. In addition, because of its inner structure which adopts the compression spring to pre-compress, the tool can seal under the effect of pressure difference, preset the position of the down-hole tools, block the tubing, and unblock the anchor and the packer by compressing springs and releasing the pressure difference.

Key words: drainage gas recovery system; hanger; injection pump

0引言

随着天然气资源的不断开采利用,深井、超深井、低压低产气井不断增多[1]，喷射技术在气井排水采气方面的应用也逐渐增多，但是在低压低产气井采用喷射排水采气过程中，需在油管内下入喷射泵等工具，然而在现有技术中存在悬挂器无法解封、不能承担质量较大的喷射工具等缺陷，其主要原因是由于悬挂器结构不合理引起[2]的。为了实现低压低产气井喷射排水采气工艺需求和降低排水采气技术成本，笔者对其结构进行创新和改进设计出可取式压差作用密封悬挂器。

1可取式压差作用密封悬挂器的结构及原理

1.1结构设计

如图1可取式压差作用密封悬挂器的结构主要包括上接头、剪切销、主体、打捞颈、中心管、卡瓦牙、胶筒总成、缸套、锁块、固定环、压缩弹簧、活塞、下接头等组成，其中，上接头、主体、中心管在座封前通过剪切销固定，主体上套有卡瓦牙和胶筒总成，在主体上通过螺纹连接有活塞，在活塞上套有缸套并通过O型密封圈形成密闭空气腔室。在活塞上装有锁块，压缩弹簧通过固定环和压环固定在中心管上，下接头通过螺纹与活塞连接，在下井过程中，上接头向上，下接头向下，下接头可连接下井工具，如图2。

图1　可取式压差作用密封悬挂器的主要结构 1.上接头　2.剪切销　3.主体　4.打捞颈　5.中心管　6.卡瓦牙　7.胶筒总成　8.支撑管　9.锥体　10.锁爪　11.滑套　12.缸套　13.O形密封圈14.O形密封圈　15.丝堵　16.O形密封圈　17.支撑套　18.O形密封圈　19.O形密封圈　20.锁块　21.固定环　22.压缩弹簧　23.连接环　24.外套　25.滑销　26.压环　27.O形密封圈　28.活塞　29.O形密封圈　30.下接头

图2　可取式压差作用密封悬挂器

1.2工作原理

下井：将悬挂密封器与加其它工具连接于一起后用钢丝送入下井，下井过程中卡瓦牙处于贴于油管内壁状态。

坐封：在到达预定位置后钢丝上提，卡瓦牙卡于油管内壁，继续上提(上击)剪断剪切销实现丢手；从而弹簧约束被释放，中心管带动支撑套上移，释放锁块，解除缸套与活塞间的锁定，缸套在内外压差的作用下推动锥体上移扩张胶筒，达到预密封状态[3]，胶筒在上下压差作用下继续压缩实现完全密封；同时缸套上移带动中心管继续上移，锁爪上移后处于滑套内与其内齿咬合。

打捞：打捞时捞住打捞颈，下击中心管及主体下移，推动滑套下行空气腔与外部连通，空气腔失效，并通过弹簧、压环、滑销、连接环、外套、液缸带动锥体下行到达坐封前位置，胶筒恢复原状，同时锥体下行松开卡瓦，实现完全解封后起出。

2试验现场分析

2.1室内试验

2.1.1室内试验现场

试验装置主要包括：实验实物、油管短接、打压装置、测试仪表和打捞工具等。试验装置如图2所示。

(a)　悬挂器实物图

(b)　油管短接及接头连接图

(c)　丢手工作连接图

(d)　打捞工作连接 图3　试验装置图

2.1.2室内试验过程

将悬挂器置于油管短接内，并在油管短接内实现坐卡，通过丢手操作，剪短悬挂器上的切销钉，随后连接油管短接上、下段打压试验接头及相关管线连接。给油管短接打压至试验值(最高35 MPa)停机并记录，同时打开油管短接下端阀门，观察是否有液体泄漏，测试试验工具密封性能，并保持10 min[4]。最后记录试验压力值，给油管短接泄压，同时使用打捞工具，将悬挂器从油管短接内打捞出来。

2.1.3试验数据处理及结果分析

试验测试压力数据通过压力表读数，如图4(a)、(b)所示；压力试验数据记录，如表1所列。

(a)　打压读数　　　　(b)　承压30 min后读数 图4　压力表

第一组第二组第三组第四组初始压力(MPa)35251510结束压力(MPa)35251510测试时间(min)30303030

共进行4组试验，初始打压压力分别为35、25、15、10 MPa，保持时间30 min，试验结束后压力没有变化，试验结果表明悬挂器具有较好的密封性能。

2.2现场试验及应用[5]

苏47-52-52井是长庆油田的一口气井，该气井的基本工况参数如表2所列。

表2　气井的基本工况参数

由表2可知，该气井井深较深，地层破裂压力很低，且井口油套压差为9.1 MPa，压差较大，需采用压缩弹簧预压释放和压差密封封隔等动作、实现下入工具的预定位置锚定和与油管的封隔，才能够密封油管，且下端能够射流泵。因此，该气井采用可取式压差作用密封悬挂器，在下入预定位置前先进行压缩弹簧预压，同时利用压差作用实现完全密封。但是整个工具由于要在井下工作，所以悬挂器的下入、坐挂、坐封、倒扣丢手、坐挂及上提判断等一系列操作都有困难[3]，为确保成功，进行了地面试验。试验结果表明，可取式压差作用密封悬挂器可以达到坐封并密封的要求，其中密封压力达到35 MPa。

该气井可取式压差作用密封悬挂器坐挂于预设井深处，依次连接绳帽、加重杆、震击器、投放装置、可取式压差作用密封悬挂器+喷射泵(悬挂器下端的下接头与射流泵上接头通过螺纹连接)，将尾管下至井内设计位置后，开泵，憋压至15 MPa，稳压5 min，下放尾管，判断坐挂成功；正转倒扣，上提工具1.5 m，再缓慢下放，下压工具，同时使悬挂器内压缩弹簧预压释放，且由于悬挂器密封腔压强与井底压强产生压差推动胶筒继续密封，最后可取式压差作用密封悬挂器完全坐封。环空试压15 MPa，压力不降，证明悬挂器密封良好。之后，进行回接作业，下入特定套管和回接插头，注水泥。整个施工过程非常顺利，可取式压差作用密封悬挂器在该气井井况下，下人、坐挂、倒扣、坐封等各项操作均顺利，各项技术指标均达到了设计要求。

3结论

(1) 地面试验及现场应用表明，可取式压差作用密封悬挂器结构设计合理，使用简便，且采用压缩弹簧预压释放和压差密封封隔等动作、实现下入工具的预定位置锚定和油管的封隔，通过压缩弹簧和压差释放实现锚定和封隔的解封。可解决了在低压低产气井中密封不严问题。

(2) 可取式压差作用密封悬挂器能够承受较大的正负压差,并可有效地防止气窜的发生，特别适合低压低产气井。

(3) 可取式压差作用密封悬挂器适用于低压低产气井，且可实现在油管内下入如涡流、节流、喷射等质量较大的排水采气工具。

参考文献:

[1]叶能传，魏新勇，任贵兴.国内外尾管悬挂器技术进展[J].石油钻探技术，1996(3)：30-32+38.

[2]董照远，李敬元.国内尾管悬挂器技术进展趋势[J].石油和化工设备，2010(5)：5-7.

[3]马开华，朱德武，马兰荣.国外深井尾管悬挂器技术研究新进展[J].石油钻探技术，2005(5)：55-58.

[4]尹飞，高宝奎，黄丹.深井尾管悬挂器强度分析及悬挂载荷计算[J].石油矿场机械，2011(9)：33-36.

[5]马兰荣，郭朝辉，姜向东，郑晓东.新型封隔式尾管悬挂器的开发与应用[J].石油钻探技术，2006，33(5)：54-56.