X341—115楔入式封隔器的研制与应用

孙金峰

摘要：油田分层注水开发过程中，受地层非均质性和吸水能力差异的影响，层间吸水压差较大，高温高压深井中，注水压力的波动容易造成管柱蠕动，常规封隔器密封性能较差易失效，最终影响管柱寿命，为此研制了楔入式封隔器，即X341-115型楔入式封隔器。该封隔器采用楔形锥体与橡胶皮碗配合形成密封，与套管内壁形成软锚定密封，克服了压力波动造成的管柱蠕动，能够密封较高的层间压差，满足分层注水、分层酸化、分层挤堵作业需要，作业操作简单，使用安全可靠。现场应用18井次，井下坐封、洗井、解封均一次性成功，最高承受层间压差达到31MPa，分注井的密封有效期与常规封隔器相比延长30%。

关键词：封隔器；楔入式；高压密封；分层注水

O、引言

目前我国各大油田井下分层注水采用的封隔器主要有扩张式和压缩式两种.但在一些复杂深井或层间物性差异较大的分注井中，分层密封有效期短、解封不可靠等仍然是我们面临的主要问题，针对以上问题，笔者设计了一种井下楔入式封隔器。该封隔器具有液压坐封、上提解封、卡簧止推及反洗井不解封等特点，在实现分层注水的同时，能够承受较高的层间密封压差。

1、设计思路

楔入式封隔器主要应用于分层注水工艺中，与配水器、洗井阀等配套使用，随油管一起下井，经地面泵车打压坐封后即可实现分层注水：起出管柱时，通过上提管柱，便可使封隔器解封。该工具在结构设计上力求简单，机加工方便。主要设计方案为：

（1）坐封部分采用锥形刚体楔入胶皮中，撑开胶皮贴在套管壁上，同时卡簧防止楔入锥体后退。

（2）解封部分采用剪钉控制，上提管柱负荷达到剪钉极限值时，封隔器外部胶皮自动收回。

（3）注水时，下端活塞上顶皮碗坐，控制密封胶筒不发生移动，保证胶筒部分不随压力波动而蠕动破坏。

（4）密封部分采用皮碗式长胶筒，胶筒的一端硫化在钢件上，胶筒内部设计有一定强度的钢丝，提高了胶筒的强度和韧性，最终达到延长封隔器有效寿命的目的。

2、技术分析

2.1 结构

X341-115楔入式封隔器的结构如图所示，主要由四部分组成：①坐封部分，包括上接头、卡簧、外套、启封剪钉等：②密封部分，由胶筒及锥体等：③洗井部分，包括洗井双活塞、中心管等：④解封部分，包括下外套、解封活塞、解封剪钉等组成。

2.2 工作原理

（1）坐封楔入式封隔器随配水工具一起下入井内预定位置，油管缓慢打压，当压力达到12Mpa时，启封剪钉剪断，液缸带动密封套向下移动，同时推动锥体向下移动进入胶筒内，当压力达到18-20MPa时，锥体平面段全部进入胶筒内，使胶筒完全处于胀封状态，并且锥体下端顶在中心管台阶处，起到限位作用。胶筒胀封过程中，外套过卡簧后不能收回，保证泄压后胶筒不解封，具有止退作用。

（2）洗井油套环空进液，推动洗井活塞上移，洗井通道打开，来液流经锥体与中心管之间的环空后，通过锥体端部的铣槽进入下端出水孔，返回至油套环空，通过管柱末端洗井阀后返回油管直至井口流出。

（3）解封解封时上提管柱，胶筒与套管壁之间的摩擦力通过封隔器下端刚体外套传递至解封剪钉，当摩擦力足够大时，解封剪钉剪断，下端刚体外套推动解封活塞下移，便可把胶筒退出锥体，直至封隔器完全解封。

2.3 主要技术参数

适用套管内径：121-123mm；

坐封压力：18-20MPa；

解封力：90kN；

工作承压：30MPa；

工作温度：小于160℃；

刚体外径：115mm。

2.4 技术特点

（1）楔入式封隔器密封方式为钢件楔入胶筒，密封段长，具有软锚定套管的功能：

（2）封隔器卡簧机构和解封活塞具有双向止退功能，坐封后密封可靠：

3、现场应用

楔入式封隔器于2012年加工试制20套。随后在胜利油田的8口分注井进行现场试验，施工成功率100%，密封承压效果较好，最高耐压达到了31MPa，层段密封合格率达到了90%以上，有效延长了分注管柱的使用寿命。

4、结论

综上所述，可得出结论：

（1）楔入式封隔器有独特的坐封机构和密封形式，提高了封隔器的密封可靠性，同时为新形式的封隔器密封设计提供宝贵经验：

（2）楔入式封隔器可单级卡封，也可多级分层，满足大压差注水井分注要求：

（3）该封隔器不仅适用于分层注水，也可应用于分层酸化和堵水管柱中。