大通径高强度过电缆封隔器的研制与应用

刘 鹏 高 斌 罗建伟 王 林 张春升 王 尧

（中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300452）

海上石油作业由于环境恶劣、作业风险大、救援难度大和污染风险大等原因，通常在无杆泵采油生产管柱中连有过电缆封隔器［1］。该类封隔器下入深度一般在300 m左右，工作原理与常规液压封隔器类似［2］，既具有常规封隔器特点，又具备独特的过电缆功能［3］，同时可提供测压管线等多路穿越通道，与排气阀配合可实现油套环形空间的安全控制［4-5］。

目前海上使用的过电缆封隔器主要来自于贝克、哈里伯顿和威德福等大型国外服务公司，其内通径、外形尺寸及最大悬重主要针对于常规生产井。常规过电缆封隔器的上下扣型为普通油管扣，内通径一般不超过76 mm，最大悬重一般不超过750 kN（取安全系数为1.1）。为适应海上油田特殊井的同井注采工艺和热采井清防蜡工艺，开发了大通径高强度过电缆封隔器，满足现场对过电缆封隔器通径和悬重的特殊要求，保证油井的安全生产。

1 技术分析

1.1 结构

该过电缆封隔器由本体部分、坐封锁紧部分、密封部分和锚定解封部分组成，结构如图1所示。

本体部分由本体头和中心管焊接而成，作为过电缆封隔器的主体，将各部分进行串接；坐封锁紧部分主要由活塞、活塞套和锁环组成，过电缆封隔器坐封后，锁环可防止胶筒回复；密封部分主要由胶筒和规环组成，是封隔器的核心，可在井喷时封堵油套环空，防止井液和其他流体通过油套环空涌出井筒；锚定解封部分由上下锥体、卡瓦和解封环组成，防止过电缆封隔器纵向移动而影响其密封性能，或引起过早解封［6］。

图1 大通径高强度过电缆封隔器结构示意图

1.2 工作原理

该封隔器液压坐封，向上管柱内腔施加的液压通过本体头的传压孔传递至活塞，当液压达到8 MPa，坐封剪钉Ⅰ被剪断，胶筒开始被压缩，当压力达到10 MPa，坐封剪钉Ⅱ和坐封剪钉Ⅲ依次被剪断，卡瓦张开并撑住套管，当压力达到18 MPa并稳压，胶筒被压缩充分，泄压后锁环通过单向锯齿锁住活塞，防止胶筒回复。

解封需整体上提生产管柱，剪断解封环，使下锥体相对中心管下移，卡瓦在簧片作用下收回，同时胶筒也将向下回复，最终失去对油套环空的密封作用。

1.3 技术特点

（1）在结构上采用焊接一体化的本体总成，其实心部分只占总长的五分之一，区别于常规过电缆封隔器的实心本体。该本体的材料利用率高，且缩短了偏心过流通道的加工长度，大幅减少机械加工时间和加工成本。

（2）锁定机构采用开槽的锯齿环结构，环的内外两侧均为单向锯齿螺纹，外侧的锯齿螺纹与活塞套内锯齿螺纹啮合，内侧的锯齿螺纹与活塞外部的锯齿螺纹啮合，锁住胶筒。

（3）坐封过程依次剪断3个坐封剪钉，使坐封过程具有可控性，防止过电缆封隔器下井过程提前坐封。

（4）生产通道的连接扣型均为FOX气密封扣，与其连接的上/下管柱扣型均为BTC扣，因此该过电缆封隔器可应用于产气量大的生产井。

（5）本体头以及与其连接的上/下管柱的材质均为42 CrMo，可承受的最大悬重达1 250 kN（取安全系数为1.1），远高于常规过电缆封隔器的最大悬重，因此可应用于对悬重要求较高的井。

（6）通过压缩其他部分的尺寸，将内通径扩大至90.1 mm，内部可穿越连有薄接箍的Ø73 mm油管串，并可提供较大的环空通道，适用于具有同心管柱结构的注采工艺。

2 主要技术参数

适用套管：Ø244.5 mm套管；适用温度：120 ℃；最大外径：216 mm；内径（生产通道）：90.1 mm；坐封压力：18 MPa；解封上提力：220 kN；胶筒工作压力：25 MPa；最大悬重：1 250 kN；排气阀处连接扣型：Ø33.4 mm TBG；电缆穿透器处扣型：Ø48.3 mm TBG；测试通道扣型：3/8-18NPT；上下连接扣型：Ø114.3 mm BTC。

3 现场应用

该过电缆封隔器先后在中海油JZ21-1等平台应用7井次，坐封、验封均一次成功。JZ21-1和BX1-1平台部分生产井结蜡严重，使用了质量较大的双层隔热油管。以JZ21-1平台某井为例，该井深3 470 m，下入双层隔热油管1 100 m（重约440 kN）和镀层普通油管2 300 m（重约280 kN），过电缆封隔器深度为300 m，由于井斜原因，起下管柱的摩擦阻力约30 kN，解封过电缆封隔器时，该封隔器所受最大拉力将达840 kN，因此该井应用了大通径高强度过电缆封隔器。

LD10-1平台某井采用同井注采工艺，过电缆封隔器与油管相连作为外管柱，该井需在外管柱内下入与其同心的连有薄接箍的Ø73 mm油管串，且两同心管柱的环空作为采油通道，为满足海上注采排量的需要，应用了该大通径高强度过电缆封隔器。

4 结论

（1）大通径高强度过电缆封隔器选用焊接一体化本体，可大幅减少机械加工时间和加工成本，缩短工具出海作业的准备时间。

（2）本体和上/下管柱选用材质为42 CrMo的高强度合金钢，使封隔器的最大悬重达到1 250 kN，远高于常规过电缆封隔器，解决了清防蜡工艺中隔热油管重量过大而出现的安全问题。

（3）通过将内径扩大至90.1 mm，解决了同井注采工艺中环空注采通道尺寸无法满足海上注采要求的问题。

（4） 采用FOX气密封扣和BTC套管扣，使该过电缆封隔器适合产气量较大的生产井。

［1］ 刘占广，李峰.海上电泵井安全生产控制技术［J］.特种油气藏，2008，15（S0）：244-245.

［2］ 张钧.海上油气田完井手册［M］.北京：石油工业出版社：1998.

［3］ 李春梅.过电缆封隔器的研制［J］.机械工程师，2013（2）：166-167.

［4］ 刘建华.埕岛海上油井安全控制系统的应用 ［J］.安全技术，2008，8（6）：14-15.

［5］ 聂飞朋，孙宝全，李治军，等.大港油田滩海地区电泵井井下安全控制系统研制［J］.石油矿场机械，2011，40（1）：80-83.

［6］ 朱晓荣. 封隔器设计基础［M］ .北京：中国石化出版社，2012.