封隔器型号与原理

　　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

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

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

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

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。

⑴ Y211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：

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。

⑵Y221 封隔器

①结构：见图10。

图10  ZYY221 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：

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。

⑶ Y341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11 Y341 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，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。

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。

　　4.2.2配水工具

⑴ KPX-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Φ22 mm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：22mm

④技术要求：

a．扶正体3的开槽中心线，Φ22 mm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。

⑵ KPX-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16 KPX-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：1265mm

⑤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80 mm。

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±0.5 mm。

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  

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 

（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 

（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

（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

（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