ZFKQ-110解封開關的研制與應用

張 峰,秦世群,張季民 劉慶云,張春林

(中石化河南油田分公司第一采油廠,河南南陽474780)

油田進行分層開采時常使用泵封一體化管柱,即抽油泵下部連接常規封隔器封下層采上層[1],這種管柱具有操作簡單、作業費用低等優點,但當下層存在一定壓力時,若僅用封隔器和泵生產,則下層的壓力會對封隔器產生上頂力,致使封隔器失效。針對上述情況,一般采用抽油泵下接絲堵和耐下壓的水力錨及封隔器,這樣封隔器便能在生產中座封牢靠。現場應用中發現,由于管柱內外存在壓力差,水力錨錨爪經常不能很好回收,致使封隔器不能解封,導致管柱起不出來[2]。為了解決上述問題,筆者研制了ZFKQ-110解封開關。

1 ZFKQ-110解封開關的結構

ZFKQ-110解封開關主要由上接頭、滑芯、剪釘、中間套、密封圈和下接頭等零件組成 (見圖1)。滑芯由1對金屬鍵和1個圓柱組成,其中金屬鍵起固定滑芯和上接頭的作用,可使解封開關與管柱一起轉動。滑芯一端外徑設有2道密封圈,密封圈對下接頭產生密封作用。外筒內側銑有4道對稱槽,滑芯的鍵可沿對稱槽滑行,外側有4個剪釘和4道過流孔,過流孔是液體從油管流向套管的通道,可根據需要打開或關閉過流孔來溝通油管和套管之間的壓力,保證水力錨的正常工作。ZFKQ-110解封開關工具主要技術參數如表1所示。

表1 ZFKQ-110解封開關工具主要技術參數

圖1 ZFKQ-110解封開關結構示意圖

2 剪釘直徑的確定

由于必須通過剪釘的拉斷來打開解封開關,因而既要滿足下層上頂力不能剪斷剪釘,又要滿足在封隔器中途解封時上提管柱的提力不能拉斷剪釘,為滿足上述條件,可通過如下公式[3]確定剪釘直徑:

式中,D為剪釘直徑,mm;F為封隔器解封力,N;τ為鋼材抗剪強度,N/mm2。

3 工作原理

泵封一體化封下采上示意圖如圖2所示。解封開關的上接頭與抽油泵下面的篩管聯接,下接頭與水力錨聯接,在封隔器到達指定位置座封后,便可完井開始抽油。當需要取管柱時上提管柱,在管柱自重的基礎上再加拉力6～7t時剪斷剪釘,滑芯上移,這時密封圈和下接頭脫開,密封失效,套壓下降,最終使油管壓力和套管壓力平衡。由于沒有壓力差,水力錨錨爪收回,上提管柱時封隔器便可解封,最后取出全部管柱進行檢泵。從上述工作流程可以看出,使用解封開關具有如下優勢:①工作可靠。解封開關的上下接頭通過油管螺紋與管柱相聯,滑芯與下接頭有2道耐油橡膠圈,密封可靠,能保證水力錨、封隔器以及抽油泵的正常生產。②操作簡單。使用解封開關時只需上提管柱拉斷剪釘并打開過流孔,不需要其他輔助操作,便于現場工人熟練掌握。③不增加管柱受力。使用該工具后可使抽油管柱不承受軸向壓力,因而不會出現油管彎曲問題。④可重復使用。使用該工具后維護簡單,只需更換密封圈和剪釘,因而對解封開關可以重復使用。

圖2 泵封一體化封下采上示意圖

4 現場應用

2010年5月在河南油田下5-101井和下T5-362井使用ZFKQ-110解封開關。2010年10月分別對解封開關進行測壓和檢泵,在上提18t時 (管柱自重12t+開關工具6t)剪釘剪斷,水力錨和封隔器順利解封,拉力計迅速恢復到12t,管柱順利起出,查看起出的解封開關,發現解封開關已打開,水力錨錨爪已回復原位,達到了設計的目的。現場應用表明,ZFKQ-110解封開關完全能滿足泵封一體化管柱中解封水力錨的需要,達到了優化管柱、減少作業工序和費用的目的。

[1]楊康敏,羅洪友,劉花軍,等.不動管柱換層堵水工藝技術研究與應用 [J].鉆采工藝,2002,25(2):37-39.

[2]杜曉瑞,韓原仁,王桂文,等.鉆井工具手冊 [M].北京:石油工業出版社,1999.

[3]吳奇,王林,陳顯進,等.井下作業工程師手冊[M].北京:石油工業出版社,2007.