封隔器型号与原理

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　　4.1.1封隔器的分类及型号编制　　⑴ 封隔器的分类   封隔器封隔件实现密封的方式进行分类。   自封式：靠封隔件外径与套管内径的过盈和工作压差实现密封的封隔器。   压缩式：靠轴向力压缩封隔件，使封隔件外径变大实现密封的封隔器。   扩张式：靠径向力作用于封隔件内腔，使封隔件外径扩大实现密封的封隔器。　组合式：由自封式、压缩式、扩张式任意组合实现密封的封隔器。　　⑵封隔器型号编制　　编制方法：按封隔器分类代号、固定方式代号、坐封方式代号、解封方式代号及封隔器钢体最大外径、工作温度/工作压差六个参数依次排列，进行型号编制，其形式如下： SHAPE *MERGEFORMAT                 图8代号说明：分类代号：用分类名称第一个汉字的汉语拼音大写字母表示，组合式用各式的分类代号组合表示。见表2。                   表2分类代号分类名称自封式压缩式扩张式组合式分类代号ZYK用各式的分类代号组合表示固定方式代号：用阿拉伯数字表示，见表3。                 表3 固定方式代号固定方式名称尾管支撑单向卡瓦悬挂双向卡瓦锚瓦代号12345坐封方式代号：用阿拉伯数字表示，见表4。                 表4 坐封方式代号坐封方式名称提放管柱转动管柱自封液压下工具热力代号123456解封方式代号：用阿拉伯数字表示，见表5。                 表5解封方式代号解封方式名称提放管柱转动管柱钻铣液压下工具热力代号123456钢体最大外径：用阿拉伯数字表示，单位为毫米(mm)。工作温度：用阿拉伯数字表示，单位为摄氏度(℃)。工作压差：用阿拉伯数字表示，单位为兆。　　4.2常用分层注水工具的结构、原理　　4.2.1封隔器随着现场井况的变化，封隔器也随之逐步改进，形成了多种多样的、满足各种条件的封隔器。但其最基本的原理都是相通的。下面介绍几种最基本的封隔器的结构和原理。⑴Y211封隔器①结构：见图9。 图9 Y211封隔器1-上接头2-调节环3-“O”型圈4-边胶筒5-隔环6-中胶筒7-中心管8-楔形体帽9-档环10-防松螺钉11-楔形体12-防松螺钉13-限位螺钉14-卡瓦15-大卡瓦档环16-固定螺钉17-连接环18-小卡瓦档块19-防松螺钉20-护罩21-弹簧22-锁环套23-档球套24-档球25-顶套26-扶正体27-压环28-摩擦块29-压簧30-限钉压环31-滑环32-轨道销钉33-防松螺钉34-下接头②工作原理：(运动轨迹是花键槽，短槽上死点A，长槽上死点C，B过渡点)坐封：按所需坐封高度上提管柱后下放管柱，由件26～30组成的扶正器依靠弹簧29的弹力造成摩擦块28与套管壁的摩擦力，扶正器则沿中心管7轨迹槽运动，轨道销钉32从原来的短槽上死点A经过B到达长槽上死点C的坐封位置。由于顶套25的作用，挡球套23被顶开解锁，从而使卡瓦14被锥体11撑开，并卡在套管内壁上。同时，在管柱重量作用下，件1、2和7一起下行压缩胶筒，使胶筒直径变大，封隔油套环形空间。解封：上提管柱，上接头1、调节环2和中心管7一起上行，结果轨道销钉32又运动到下死点B，锥体11退出卡瓦14。同时由于扶正器的摩擦力，产生一个向下的拉力，从而卡瓦准确回收及锁球24复位，挡球套23在弹簧21的作用下，自动复位，锁紧装置恢复。与此同时，胶筒收回解封。③技术规范：1、工具总长（mm）：2075工具总长（mm）：15402、钢体最大外径（mm）：￠115钢体最大外径（mm）：￠1153、扶正块张开最大外径（mm）：￠134-136扶正块张开最大外径（mm）：￠1364、扶正块并紧最大外径（mm）：￠116扶正块并紧最大外径（mm）：￠1205、内通径（mm）：￠48内通径（mm）：￠526、承受压差（MPa）：正向25，反向8承受压差（MPa）：正向25，反向87、工具两端连接螺纹：27/8TBG工具两端连接螺纹：27/8TBG8、座封力（KN）：80-100座封力（KN）：60-809、使用套管：139.7mm使用套管：139.7mm ⑵Y221（P-T封）封隔器①结构：见图10。图10 Y221封隔器1-上接头2-调节环3-“”型圈4-长胶筒5-隔环6--短胶筒7-轨道中心管8-楔形体9-档环10、12、19、30、31-防松螺钉11-楔形体13-限位螺钉  14-卡瓦15-大卡瓦档块16-小卡瓦档块17-固定螺钉18-连接环20-护罩21-扶正体22锁环套23档环套24-锁球25-顶套26-扶正体27、32-限位压环28-摩擦环29-弹簧33-转环34-轨道销钉35-下接头②工作原理：(运动轨迹是“J”形槽)坐封：按所需坐封高度上提管柱后转动管柱，然后下放管柱，由件26～32组成的扶正器，依靠弹簧30的弹力而造成摩擦块28与套管壁的摩擦力，依靠滑动销钉34扶正器就沿中心管7的“J”形槽运动，结果，件34就从下井时槽的末端运动到坐封位置时的顶端，由于顶套25的作用，挡球套23被顶开解锁，从而卡瓦14被锥体11撑开，并卡在套管壁上。同时，件1、2、7就一起下行压缩胶筒，使胶筒直径变大，封隔油套环形空间。解封：上提管柱，上接头1、调节环2和中心管7一起上行，胶筒收回解封，而轨道销钉34从中心管7“J”形槽的顶端回到末端，锥体11退出卡瓦14，卡瓦就回收解卡，锁球套23在弹簧21的作用下，自动复位，锁紧装置恢复。③技术规范：1、钢体最大外径（mm）：￠1152、扶正块张开最大外径（mm）：￠134-1363、扶正块并紧最大外径（mm）：￠1164、承受压差（MPa）：正向25，反向85、工具两端连接螺纹：27/8TBG6、座封力（KN）：80-1007、使用套管：139.7m ⑶Y341注水封隔器①结构：见图11所示，主要由三部分组成：座封部分、密封部分、洗井部分。图11Y341注水封隔器1-上接头2-“”型圈3-洗井阀4-顶套5-外中心管6-内中心管7-胶筒8-隔环9-密封环10-防座剪钉11-卡瓦座12-卡瓦13-锁套14-解封套15-活塞16-连接头17-下接头②工作原理：座封：从油管内加液压3-4MPa，通过连接头16的小孔作用在上、下活塞15上，使活塞推动锁套13和密封环9上行，压缩胶筒，使胶筒7直径变大，封隔油套环形空间，同时液压通过上接头1的小孔作用在洗井阀3上，使洗井阀3下行与外中心管5的内锥面密封，封闭内外中心管的环形空间。放掉油管压力，因卡瓦12和锁套13上的内外齿相互啮合在一起，使胶筒不能返回。洗井：从套管内加液压，通过顶套4上的侧孔进入内外中心管6和5的环形空间，经锁套13上的侧孔进入下层。解封：上提管柱，上接头1带动内中心管6，连接头16上行，而外中心管5、锁套13和卡瓦座11、卡瓦12等部件，连接头上行使解封套14上升，件14的内锥面内抱卡瓦12，使卡瓦和锁套13分离，则锁套13和密封环9等部件在胶筒7的弹力作用下下行，从而胶筒恢复。③技术规范：1、工具总长（mm）：15102、钢体最大外径（mm）：￠1153、最小内径（mm）：￠544、工具两端连接螺纹：27/8TBG5、使用套管：139.7mm6、密封压力（MPa）：视所采用封隔件的指标而定（如采用120℃,25Mpa封隔件密封压力为25Mpa） 7、座封压力：≥10Mpa8、解封力：≤30KN④优点：可反洗井、封隔件初封压力仅为1Mpa左右。⑷K344封隔器①结构：见图12。图12 K344封隔器1-上接头2-“O”型圈3、7-胶筒座4-硫化芯子5-胶筒6-中心管8-滤网罩9-下接头②工作原理：从油管内加液压，液压经滤网罩8，下接头9的孔眼和中心管6的水槽作用在胶筒5的内腔，使胶筒5胀大，封隔油套环形空间。放掉油管压力，胶筒即收回解封。③技术规范：1、工具总长（mm）：12652、最大外径（mm）：￠110-1143、最小通径（mm）：￠60-624、扩张压力（MPa）：0.8-1.25、最大允许工作压差（MPa）：25-506、工具两端连接螺纹：27/8TBG Y441-115(B)丢手封隔器一、用途与特点：该封隔器主要用于油、水井卡堵底层，若将丢手部分去掉，也可用于分层采油，具有如下特点：1、采用双锥体双向卡瓦锚定机构，具有锚定可靠，承受负荷大的特性。2、采用马牙环锁紧机构，锁紧方便，可靠。3、采用三牙块，自动调心锚定机构，克服了因井下套管的缺陷，封隔器锚定不死的问题。4、该封隔器具有内部平衡系统，解封负荷小，解封灵活。5、采用了特殊结构的密封胶筒，座封负荷小，承压能力高，可达30MPa以上。二、结构与工作原理：1、该套工具主要由丢手部分、封隔部分、锚定部分三部分组成。2、工作原理：坐封：将封隔器与配套丢手连接好后，用油管输送至设计井段，从油管加液压，液体进入封隔器座封工作腔，推动联接套向下移动，剪断剪钉，推动小锥体移动，撑开卡瓦锚定，在联接套移动的同时，释放锁块，使压缩套向上移动，挤压胶筒、密封油、套环形空间，封隔器座封完毕。丢手：封隔器坐封完毕后，继续加压，液压推动丢手活塞移动，剪断剪钉，使丢手锁紧筒移动，释放锁块，丢手下接头与封隔器留在井内，实现丢手。解封：下专用27/8″分瓣捞矛，捞住丢手下接头内的母扣（27/8″TBG），直接上提剪断封隔器剪钉，即可解封将封隔器提出井筒。三、操作说明：1、下入：将封隔器与配套丢手连接好，封隔器下部配一根尾管、丝堵（尾管可无）2、坐封：封隔器下到预定位置后，管柱顶部离井口500mm左右，连接地面管线，从油管加压10Mpa左右，稳压5min，泄压至零，再加压至15Mpa，稳压5min，座封完毕。3、完成上面工序后，将管柱慢慢下放，观察指重表，若负荷降低，说明封隔器已座封。4、丢手：确认封隔器座封完毕后，将管柱慢慢上提至原悬重，从油管加压至20-30Mpa，压力突降，便实现丢手过程。5、解封：解封负荷100KN左右。 Y531系列酸化压裂封隔器一、它是集反洗井装置、水力锚总成、密封总成为一体的专用酸化压裂封隔器。反洗井装置可以实现压裂砂堵时及时反洗井，保证封隔器安全解封。水力锚总成与封隔器一体化设计可以简化压裂管柱结构，并给水力锚提供防砂卡结构保护。密封总成的结构设计可以让胶筒平时处于自由状态，施工时才变形封隔环空。自封皮碗外径比套管内径大，由于皮碗硬软适中且耐磨性好,所以不妨碍使用。此封隔器设计耐压差60MPa，耐井温120-150℃。二、封隔器使用原理封隔器下入井中设计位置后反洗井，投钢球打压剪断剪钉，推动上活塞下行，关闭反洗井通道。钢球继续下行推动下活塞和滑套，解除密封总成的约束。油管压力经尾管传递到自封皮碗以下环空，推动自封皮碗上行关闭下反洗井通道并压缩胶筒封隔环空，同时压力经密封总成和水力锚总成与中心管之间的通道传递到锚爪底部，推出锚爪锚定管柱。内外压力平衡,封隔器为解封状态.上提解封,如出现砂堵时可以不动管柱立即反洗井，打开反循环阀或密封总成内部的反洗井通道，洗出压裂砂，保证管柱安全起出井口。此封隔器不能正冲砂,正打压封隔器坐封. 4.2.2配水工具⑴KPX-114偏心配水器①结构：见图13所示，由工作筒1和堵塞器2组成。13 KPX-114偏心配水器1-工作筒2-堵塞器②工作原理：注水：正常注水时，堵塞器(图14)靠其主体5（见图15）的Φ22mm台阶坐于工作筒主体5的偏孔上，凸轮8卡于偏孔上部的扩孔处（因凸轮8在打捞杆1的下端和扭簧6的作用下，可向上来回转动，故堵塞器能进入工作筒，被主体5的偏孔卡住而飞不出），堵塞器主体5上、下两组各两根“O”型圈封住偏孔的出液槽，注入水即以堵塞器滤罩13、水嘴11、堵塞器主体5的出液槽和工作筒主体5的偏孔进入油套环形空间后注入地层。投捞堵塞器的工作原理详见投捞器的工作原理说明。图14偏心配水器工作筒1-上接头2-上连接头3-扶正体4、7、10-螺钉5-主体6-下连接套7-螺钉8-支架9-导向体10-螺钉11-“O”型圈12-下接头 图15堵塞器1-打捞杆2-压盖3、9、10、12-“O”型圈4-弹簧5-主体6-扭簧7-轴8-凸轮11-水嘴13-滤罩③主要技术参数：总长：   995mm                   最大外径：     114mm   最小通径：46mm                    偏孔直径：     20mm   工作压力：25MPa                   堵塞器最大外径：22mm④技术要求：a．扶正体3的开槽中心线，Φ22mm偏孔中心线与工作筒中心线应在同一平面。b.凸轮工作状态外伸2，收回最大外径以内，凸轮转动灵活可靠。c.工作筒以下300mm以内的管柱直径应畅通。⑵KPX-114配水器提挂式投捞器①用途：用于投捞KPX-114偏心配水器的堵塞器。②结构：见图16。 图16KPX-114配水器提挂式投捞器1-绳帽2-、3、14-“O”型圈 4、10、13-螺钉5、16、22-轴6-销钉7、9、18-压簧8-投捞爪11、投捞接头12-主体15-导向体17-导向爪19-导向头20-锁轮21-扭簧23-锁块③工作原理：打捞：投捞头11装上打捞头（图16）用录井钢丝下过偏心配水器工作筒（因锁块23在锁轮20和扭簧21的作用下，锁块23可向上来回转动；投捞爪8和导向爪17收拢和被锁轮20锁住后，就不能向外转出；而且不凸出投捞器的最大外径；所以投捞器能通过偏心工作筒）。然后上提到偏心工作筒上部，锁块23和锁轮20就一起向下转动，投捞爪8和导向爪17失锁向外转出张开。再下放投捞器、导向爪17沿工作筒导向体9的螺旋运转，当导向爪17进入导向体9的缺口时，投捞爪8已进入工作筒扶正体3的长槽，正对堵塞器打捞杆。待下放遇阻，打捞头里的卡瓦已抓住打捞杆1上提投捞器，堵塞器的打捞杆1压缩弹簧4上行，打捞杆1下端与凸轮8脱离接触，凸轮8在扭簧6的作用下向下转动凸轮内收，堵塞器就可被捞出工作筒。投送：将投捞器的投捞头11装上压送头把堵塞器的头部插入压送头内，二者用剪钉连接在按上述施工步骤将堵塞器下入偏心工作筒的偏孔内，然后上提投捞器，凸轮8的支撑面已卡在偏孔的上部扩孔处，剪钉被剪断，堵塞器留在工作筒内，投捞器起出。④主要技术参数：最大外径：45mm   总长：1265mm⑤技术参数：a．投捞爪8收扰锁紧后，在投捞器外径以内；张开后旋转直径大于80mm。b．导向爪17收扰锁紧后，不凸出投捞器最大外径；张开后，凸出投捞器最大外径6±0.5mm。 c.投捞爪8和导向爪17应在同一平面。4.3分层注水基本管柱类型为加强有效注水，提高水驱动用储量和开发效果、进一步提高分注工艺水平，结合中原油田特殊的地质条件、目前的井况和技术现状，特制定水井分层注水现场基本管柱及使用技术条件。4.3.1分类原则：先按注水层数确定管柱的大类，分为“顶封管柱”、“一级二段分注管柱”、“二级三段管柱”等；然后按管柱、工具的外径区分，分为：“Ф114系列”或“Ф110系列”；其次，再按不同的外径系列区分不同的耐压的技术指标。如高压（≥25MPa）、常压系列(18-25MPa)。4.3.2分注基本管柱类型分注基本管柱类型总的分为：顶封管柱（包括Ф114系列顶封管柱和Ф110系列顶封管柱）；一级二层分注管柱（油套分注管柱和一级二段分注管柱）；二级三层及以上分注管柱（Ф114（112）系列多级分注管柱和Ф110系列多级分注管柱）等。1.分注基本管柱的使用技术条件及参数   ⑴Ф114、Ф110系列顶封管柱：a.管柱结构：如图17所示。主要由水力锚+顶封封隔器+座封导流器+单流阀座组成。b.主要工艺用途：（1）卡封隔离上部套漏井；（2）高压注水下的上部套管保护；（3）停注上层，单注下层。c.使用技术条件：Ф114系列管柱主要用于51/2inX7.72mm、9.17mm壁厚套管井。Ф110系列管柱主要用于51/2inX10.54mm壁厚套管或7.72mm、9.17mm微套变井。d.工作原理： 座封：连好坐封管线，并将套管放开，从油管内加压15MPa，完成封隔器座封，之后继续加压将导流器打开，完成整个管柱坐封。验封：倒流器打开后，从油管内注水，注水压力至少25MPa，此时套管若无返水则验封合格。解封：直接上提管柱。e.主要技术参数：见表6。表6    Ф114、110顶封系列管柱配套工具主要技术参数表 参 工具数  参 量Ф114系列顶封封隔器Ф110顶封封隔器座封导流器Ф114顶封封隔器Ф114水力锚Ф110顶封封隔器Ф110水力锚耐温℃130130130130130耐压MPa3535353535外径mm14114110110110内通径mm5054485050最小座封启动压差MPa151151/总长度mm10901070410410195适用套管mm121、124121、12451/2in通用连接扣型27/8TBG注：1、该管柱耐压无常压管柱，均为高压。        2、Ф110封隔器、水力锚所指指标，为在Ф118.62mm套管中的指标。当用124.3mm、121.4mm时，耐压指标有所下降。（2）Y241-112系列油套分注管柱：a.主要工艺用途： 用于水井油套分注工艺。b.管柱结构：如图18所示。主要由水力锚+Y241油套分注封隔器+坐封球座组成。c.使用技术条件：主要用于51/2inX7.72mm、9.17mm壁厚套管井。d.工作原理：座封：管柱到设计位置后，上提管柱封隔器所需坐封距高度，从油管内加压5-6MPa后下放至井口位置，完成封隔器座封，之后继续加压至15MPa，将坐封球座打开，完成整个管柱坐封。验封：坐封球座打开后，从油管内注水，注水压力至少25MPa，此时套管若无返水则验封合格。解封：直接上提管柱。 e.主要技术参数：见表7。 表7    Y241-112油套分注管柱配套工具主要技术参数表  参  工具数   参量水力锚Y241-112封隔器泄压滑套备注耐温℃130130130耐压MPa353035外径mm11411295内通径mm624535最小座封启动压差MPa15MPa100KN5总长度mm4101100583适用套管内径mm51/2in通用上下连接扣型27/8TBG（3）常规偏心（上提解封式）一级二段管柱a.主要工艺用途：主要用于正注井的分层注水。满足投捞、调配以及包括吸水剖面的各种测试要求， b.管柱结构：如图19所示。主要由水力卡瓦+偏配+水力锚+Y341系列注水封隔器+偏心配水器+底部球座+筛管+死堵组成。c.使用技术条件Y341-114、Y341-112主要用于深度<3000米的5-1/2″套管正常的正注井。Y341-110主要用于深度<3000米的5-1/2″套管正常或微套变的正注井。d.工作原理：座封：连好坐封管线，并将套管放开，将管柱上提0.6-0.7米，从油管内加压5-6MPa后，下放管柱至井口，继续加压至15-20MPa，完成封隔器座封。验封：封隔器坐封后，由测试队进行投捞。从下至上逐级投捞堵塞器进行验封。解封：直接上提管柱。e.主要技术参数：见表8。表8       上提解封式一级二段分注管柱配套工具主要技术参数表 参   工数    具参 量支撑卡瓦偏心配水器Ф114系列Ф112系列球座及撞击筒Ф114水力锚Y341-114封隔器Ф110水力锚Y341-112封隔器耐温℃130130130130130130 耐压MPa35353535353535外径mm114114114114110112内通径mm604660505450座封启动压差MPa5120120总长度mm45598341012574101157适用套管内径mm51/2in通用12112451/2in通用连接扣型27/8TBG（4）一级二段长效分注管柱：a.主要工艺用途：用于井下调配的一级二段分注工艺。b.管柱结构：如图20所示。主要由水力锚+TY221-110封隔器+喇叭口等。c.使用技术条件                           主要用于井深〈3500米的5-1/2″套管注水井。d.工作原理座封：管柱到设计位置后，上提管柱封隔器所需坐封距高度，正转2-4圈后下放至井口位置，完成封隔器座封。验封：封隔器坐封后，装好井口，将套管放开，从油管内注水，注水压力至少25MPa，此时套管若无返水则验封合格。解封：直接上提管柱。e.主要技术参数：见表9。表9     一级二段分注长效管柱配套工具主要技术参数表参   工Ф114系列Ф110系列配水芯体 数    具参 量Ф114水力锚Ф114一级二段封隔器Ф110水力锚Ф110一级二段封隔器耐温℃130130130130130耐压MPa3535353535外径mm11411411011055内通径mm6249604940最小座封启动压差MPa180KN180KN总长度mm41014734101473523适用套管内径mm51/2inX7.72、9.1751/2in通用上下连接扣型27/8TBG（5）Ф114、112系列多级（三层及以上）分注管柱a.主要工艺用途：用于井况较好、井下调配、测试的多级分注工艺。 b.管柱结构：如图21所示。主要由水力卡瓦+偏配+水力锚+Y341系列注水封隔器+偏心配水器+底部球座+筛管+死堵组成。c.使用技术条件：主要用于深度<3000米的5-1/2″套管正常的正注井。d工作原理：座封：连好坐封管线，并将套管放开，将管柱上提0.6-0.7米，从油管内加压5-6MPa后，下放管柱至井口，继续加压至15-20MPa，完成封隔器座封。验封：封隔器坐封后，由测试队进行投捞。下至上逐级投捞堵塞器进行验封。解封：直接上提管柱。e.主要技术参数：见表10。表10   多级分注管柱配套工具主要技术参数表参   工数    具参 量支撑卡瓦偏心配水器水力锚Y341-114Y341-112封隔器球座及撞击筒备注耐温℃130130130130耐压MPa35353535外径mm112110114、112114、112通径mm60466050座封启动压差MPa5120长度mm4559834101157适用套管121 mm124连接扣型27/8TBG（6）套管分注管柱：a.主要工艺用途：用于4in套管井一级二段分注工艺。b管柱结构：如图22所示。c.使用技术条件：主要用于4in套管井。d.工作原理：座封：直接注水便可完成封隔器座封。验封：从油管内注水至少25MPa，此时套管若无返水则验封合格。解封：直接上提管柱。e.主要技术参数：见表11。表11       4in分注管柱配套工具主要技术参数表参   工具数    参 量支撑卡瓦一体封隔器水力锚备注耐温℃130130130耐压MPa353535外径mm808080 内通径 mm4530（封）20（芯体）45座封启动压差MPa15-30（可调）1长度mm290983320适用套管内径mm4in通用连接扣型27/8TBG