海上油田注水井封隔工具的研究与设计

陈 征，蓝 飞，张 乐，张志熊，宋 鑫

（中海石油（中国)有限公司天津分公司，天津 300459)

渤海油田以疏松砂岩油藏为主，易出砂，层薄、层数多。现有分层注水管柱都不具有洗井功能，注水井长期不洗井，使得井下管柱腐蚀、结垢等问题越来越突出，常造成地层污染堵塞，注入压力上升，单井注入量下降；部分井后期动管柱作业提不动，造成大修作业，极大地制约了油田的注水开发效果。为此，本文针对5-1/2"套管完井和4.75防砂完井管柱的注水井，设计开发了可满足层位分隔和反洗井功能的液控式膨胀封隔器，对于保证注水井注入的长效性，实现海上注水井可持续开发具有重要作用。

1 结构设计

K344-114型液控封隔器主要由上接头、胶筒、活塞及下接头等组成。使用时可以单个使用，也可以多级连用，坐封于完井管柱（即井下防砂盲管）内壁上，以达到封隔相邻两油层的目的，工具结构示意图如图1所示。

该封隔器上、下接头部分均设有两个通道，大通道用来连接油管，形成注水通道，旁侧的小通道用来连接液控管线，将地面控制系统压力传递到封隔器胶筒上，坐封封隔器。膨胀式封隔器可串联使用，实现多级封隔器的坐封和分层。

设计过程中，在封隔器的结构设计上进行了两大创新，即特殊的密封结构与胶筒拉伸保护系统，保证了工具的实用性。

1.1 特殊的密封结构

该工具的钢体之间采用“O”型密封圈实现密封，钢体与扩张胶筒之间创新性地设计了特殊的“V”型密封结构，即在胶筒进液端面上各开了一道“V”型槽。其工作原理是当控制系统液压作用到胶筒上时，“V”型槽内充满液压油，此时液压力作用在“V”型槽内表面，使“V”型槽向外膨胀，与封隔器外钢体形成密封。实验表明，该结构起到了良好的密封作用，同普通“O”型密封圈相比，其结构简单，组装难度小，能够长期使用不用更换，密封效果好。

1.2 胶筒拉伸保护机构

当胶筒受液压作用膨胀时，通过受力分析得知，胶筒本体会产生纵向的拉伸运动，长期的反复作用会使胶筒损坏，导致封隔器失效。因此在封隔器的下接头处设计了一个活塞机构，它能通过控制系统产生的向上液压力随胶筒的纵向拉伸向上运动，防止了胶筒因拉伸作用而导致的损坏，延长了封隔器的使用寿命。

1.3 技术指标

（1）坐封启动压力：≤1MPa；

（2）环空承压能力：15MPa；

（3）最大工况温度：不低于90℃。

2 室内实验

2.1 实验目的

（1）检验膨胀封隔器的坐、解封性能；

（2）检验膨胀封隔器胶筒的耐高温、高压性能。

2.2 实验内容及步骤

（1）连接封隔器实验工装，并下放进水浸实验井筒内。

（2）对实验井筒进行加温，使井筒温度升至90℃以上并保持温度。

（3）液控管线加压16MPa，坐封膨胀式封隔器。

（4）环空打压验封，上下环空压差疲劳实验48h，密封效果良好，环空验封实验数据如表1所示。

表1 膨胀封隔器实验数据记录

2.3 实验结论

（1）膨胀封隔器坐封性能良好，耐压能力满足设计要求。胶筒承受环空压力大于15MPa。

（2）膨胀封隔器解封性能良好。膨胀封隔器泄压后，胶筒上下的环空压力趋于平衡，胶筒回缩能力较强。

（3）封隔器胶筒耐温、耐压性能胶筒，封隔器从水浸井中取出后，见胶筒外管无裂纹、挤压受损等现象，如图2所示，残余变形3.57%，满足反洗井的要求。

图2 实验结束的封隔器胶筒

3 结束语

依据海上油田现场的应用需求，设计研发了K344-114型液控膨胀封隔器，通过样机的室内高温、高压实验，验证了设计的可行性，并检验了封隔器密封筒的密封与形变性能，实验证明该封隔器的性能指标可满足现场的应用要求。