新型KZ344组合式封隔器研究与设计

付葛 郑皓予 汤闯 王福平 张国芳

（哈尔滨石油学院，黑龙江 哈尔滨 150027）

目前，在油田开发过程中，为了更加高效地将地下原油采出地面，提高油田的动用程度和最终采收率，对于多油层的油藏，在钻井过程中要将多个油层全部钻穿。

一、油田开发方式

在开发多油层油藏时，目前开发方式有两种选择，一是笼统开发，二是分层开发。

（一）笼统开采

笼统开采是在生产油、气过程中，生产管柱（油管）不做任何工艺处理的开采方式。此种开发方式存在层间矛盾、层内矛盾、平面矛盾等问题，使不同物性的储层，不同压力水平的储层得不到很好的开采，最终影响油田采收率。所以分层开采是目前主要采用的开发方式。

（二）分层开采

分层开发是在生产油、气过程中，通过下入其他井下工具（主要是封隔器和配产器）实现层与层之间相互独立且同时生产的开采方式。

其中封隔器是用来封隔油、套管环形空间，从而实现将各油、气、水层分隔成互不干扰的独立系统的一种重要的井下工具，是实现分采开采的必用工具。油田中应用的封隔器类型有很多，如K344型封隔器和Z331型封隔器。

但在实际工作中，两类封隔器如果单独使用都存在相应的问题：

1．K344型封隔器：

（1）单级K344封隔器可能存在坐封后密封环空不可靠的问题；

（2）K344封隔器只能用于注入井，适用范围小；

（3）存在封隔器无法解封和解封不彻底造成的卡管事故的可能性；

（4）硫化芯子扩张式胶筒结构易出现卡管事故。

（5）工作时胶筒的内部压力必须大于外部压力，也就是油管压力必须大于管套压力，必须以节流器配套使用；

（6）单项密封压差低。

2．Z331型封隔器：

（1）该封隔器入井压力较大，需带下3～5根尾管；

（2）该封隔器需加设洗井滑套以进一步完善其性能；

（3）该封隔器皮碗等所需材料过于复杂，所适应条件过于严格；

（4）Z331型自封封隔器是靠封隔器外径与套管内径的过盈和压差实现密封的封隔器，适用于压差小的浅井，不适用于压差大的深井。

两种封隔器都存在缺点，为了能够克服部分缺点，将K344型封隔器和Z331型封隔器的有机结合，即设计出新型的KZ344组合型封隔器。

二 、新型KZ344组合型封隔器设计

（一）用途

组合后的新型封隔器可进行分层开采、分层试油、分层堵水、分层处理（酸化、压裂）、分层注水等油（气）田开发的工艺措施。

（二）结构

新型KZ344组合型封隔器主要结构：上接头、上限位套、“o”型胶圈、中心管、硫化芯子、剪钉、交通、滑套芯子、下限位套、挡碗、皮碗、滤网、下接头等其他辅助工具。

（三）工作原理

坐封：将新型KZ344组合型封隔器上、下通过丝扣与油管相连，随油管柱下井。由于2个皮碗的外径大于套管内径，存在一定的过盈量，使皮碗始终与套管内壁紧密接触，实现封隔上下空间的目的。封隔器下入的越深，皮碗上下压差越大，在压差作用下，皮外向外膨胀的幅度越大，密封性能就越好。同时为上部胶桶后期膨胀，密封油套环形空间，创造出理想的环境。

如果新型KZ344组合型封隔器用于注入井，需要使胶桶膨胀，起到密封作用时，首先利用投球器向井内投入钢球，再向井内注入高压液体，将剪钉剪断，钢球推动滑套芯子下行，将注水孔眼和滤网露出。高压液体会通过滤网和硫化芯子均匀地作用在胶桶内腔上，防止发生应力集中现象。当胶桶内腔压力大于油套环空压力与胶桶抗张强度时，胶桶膨胀，密封油套管环形空间。皮碗的扩张与胶桶的膨胀，实现了二级封隔，封隔得更加严密，可很好地实现分层生产。

解封：停止向井内注入高压液体，胶桶在套压和自身张力作用下，首先收缩，与套管内壁脱离接触，实现初步的解封。上提生产管柱，随着上提高度的增加，皮碗上、下间的压差逐渐变小，皮碗在自身张力作用下逐渐恢复原状，与套管间的过盈量也随之减少，实现二次解封。最终实现新型KZ344组合型封隔器的最终解封。

（四）特点

1．新型KZ344组合型封隔器是由K344型封隔器与Z331型封隔器有机结合而成，继承了两种封隔器的优点，解决了两种封隔器的部分不足之处。

2．新型KZ344组合型封隔器即可用于生产井也可用于注入井，用于生产井时是单级封隔，用于注入井时是二级封隔，封隔效果更好。

3．用于注入井时，由于是二级封隔，封隔效果会更好，可以用于深井，甚至用于超深井中进行封隔储层。

三、结束语

（一）通过研究分析，得出K344型封隔器与Z331型封隔器单独使用存在密封不可靠，使用范围小等问题。

（二）研究设计出了新型KZ344组合型封隔器，绘制出了结构示意图，说明了由哪些结构组成，并分析出了工作原理及其特点。