浅谈封隔器在煤层气试井中的选型和应用

张连伟　孙保华

【摘 要】封隔器因其结构简单、坐封、解封操作方便，安全可靠、使用成本低、易于保养维护等特点在煤层气试井施工中得到广泛应用。基于煤层气试井复杂的井内环境，封隔器的选型及可操作性尤为关键，是煤层气试井成败的重要前提条件。结合封隔器自身结构特点，选用更为适合的封隔器类型，为煤层气试井工作的成功完成提供保障。

【关键词】封隔器；煤层气试井；自身结构；坐封；选型

0 引言

煤层气试井测试技术是认识煤储层，进行储层评价和生产动态监测的重要手段。封隔器是煤层气试井技术中的重要设备，封隔器的选型关系到煤层气试井工作的成败。通过对比分析现有液压膨胀和机械压缩两种封隔器自身结构的特点，选择更为适合的封隔器类型，确保封隔器坐封良好、可靠、有效。

1 封隔器的类别及作用

封隔器按坐封原理分为液压膨胀式和机械压缩式两种。封隔器在使用前均要与管柱连接，连接好后下入预定坐封位置，封隔器坐封后胶筒的外胶皮与井壁紧密结合，下部形成一个相对独立的系统，起到封隔测试层段的作用。

2 封隔器的工作原理

2.1 液压膨胀式封隔器工作原理

液压膨胀式封隔器与管柱连接好后，下入预定坐封位置，其下端的球座用不锈钢球封闭，封隔器和管柱形成了一个封闭的系统，此时由地面高压泵向管柱加压，压力通过导压孔对凡尔施加压力，压力达到一定程度后，凡尔克服与芯轴间的摩擦力和弹簧的弹力压缩弹簧向下移动，凡尔移出凡尔座后，导压孔和膠筒连通，管柱中的流体在压力作用下进入胶筒，胶筒开始膨胀，胶筒内压力达到设计压力时，剪切销钉剪断，球座打掉，管柱上下连通，在弹簧力及胶筒内压力作用下，凡尔归位，封隔器实现坐封。测试完成后，就要进行解封封隔器操作，直接上提管柱一段距离，封隔器中心管上移，剪断解封销钉，下导水槽打开，胶筒内液体溢出，胶筒收缩封隔器实现解封。

2.2 机械式压缩封隔器工作原理

机械压缩式封隔器下井时，下部接上尾管或井底为支撑点下入坐封位置，下接头承压帽通过尾管支撑于井底或直接支撑井底，再按所需高度下入管柱，卡瓦和摩擦块总成由短轨道进入长轨道上死点，锥体推动卡瓦张开，使卡瓦咬合在套管壁上形成管柱锚定，同时坐封销钉被上部所施的载荷（管柱重量压力）而剪断，压缩胶筒，胶筒直径变大，从而封隔密封油套环形空间，实现坐封及坐锚。测试完成后，进行解封封隔器操作时，上提管柱带动中心管上行，此时封隔器其余部分保持不动，卡瓦和摩擦块总成由长轨道进入短轨道上死点，并带动锥体上行，使锥体退出卡瓦，胶筒也自动回弹而解封。

3 封隔器的结构及特点

3.1 液压膨胀式封隔器结构及特点

液压膨胀式封隔器由接箍、中心管、上接头、胶筒、浮动接头、坐节和筛管组成。其特点：（1）适用于各种深度的井孔；（2）胶筒接触井壁面积大，长度约1.2米；（3）坐封时必须借助注水泵等辅助设备；（4）封隔器正常起、下时，无须辅助仪表设备；（5）封隔器下井后，井筒需进行流体置换（将孔内泥浆替换为清水）、洗井；（6）封隔器坐封采用井口卡兰盘，无下部支撑。

机械压缩式封隔器：上接头、液缸、中心管、实心胶筒、隔环、锁定装置和下接头组成 。其特点：（1）适用范围300米以上深度；（2）特制的橡胶实心胶筒，每个胶筒长度约0.1米，具有良好的耐高温性能；（3）坐封简单，上提、下放即可实现，无需注水泵；（4）起、下封隔器时，必须配备拉力计或指重表；（5）封隔器下井前，井筒需要进行通井、冲砂、洗井；（6）封隔器坐封必须有尾管或井底作支撑。

4 封隔器的选型

对比以上两种封隔器结构特点，可以发现：液压膨胀封隔器有着适用范围广，不受孔深限制，胶筒接触井壁面积大，下部无需支撑等优势。故确定本次煤层气测试工作中封隔器选用液压膨胀式封隔器。

5 应用效果

2017年8月-9月期间，用液压膨胀封隔器进行了2口井（副ZK702孔和副1205孔）的煤层气井测试，施工合格率达100%，证明液压膨胀封隔器性能可靠并且使用寿命长，工艺操作较为简单，原始数据采取准确。其中副ZK702为裸眼井，目的煤层深度为979.43～981.54m，封隔器坐封深度为970～975m，施工过程中坐封压力大于14MPa，封隔器坐封良好、可靠。对该目的煤层进行注入/压降测试，地面最高注入压力为7.0MPa，注入活性淡水0.0825m3，累计注入时间10h，关井恢复时间为20h，电子压力计记录了完整的压力随时间变化的压力数据（见图1），进一步处理后的注入/压降恢复阶段压力曲线拟合

图（图2）。由分析图可见，实测与压力历史拟合基本一致，说明分析所选模型正确，处理参数符合煤层实际情况。注入/压降解释结果： Pi=9.84MPa，K=0.0124md，S=-1.52，M=3.40，Ri=7.56m，T=37℃。

6 结论

为保障试井的安全性和可操作性，对于水文地质及工程地质条件比较复杂的井内环境，井筒内安全系数较低的情况，应首选液压膨胀式封隔器，其次是机械压缩式封隔。实践证明：选择液压膨胀式封隔器，保证了封隔器的坐封良好、可靠、有效，准确获取新义井田区域煤储层参数值。煤层气试井测试工作的成功完成，为该井田煤层气预可研性开采评价提供了准确、可靠的基础数据。

【参考文献】

[1]杨新辉.水力膨胀封隔器在煤层气试井中的应用[J].陕西西安：油气井测试，2013.

[2]李红柱，张世富，刘新，等.K341封隔器在煤层气试井应用中的问题探讨[J].河北邯郸：中国煤炭地质，2010.endprint