多級分注井逐級解封封隔器研制

申曉莉，陳立海，王子建，曹榮榮

（1.低滲透油氣田勘探開發國家工程試驗室，西安710021；2.長慶油田分公司a.油氣工藝研究院；b.安全環保處，西安710018）①

長慶油田開發層系多，存在多層疊合現象，且層系內油層發育，油層非均質性強，精細分層注水是油藏剖面調整的一種有效方法［1－2］。為了提高原油采收率，需要對注水井進行分層注水，擴大注入水波及體積。隨著油藏刻畫精細化，要求注水開發油藏實施精細注水，分注層數越來越多，常規Y341型注水用封隔器能滿足油田兩層分層注水管柱的要求，其單個封隔器解封力為50～60kN。多層分注管柱上同時使用3個及以上的封隔器，多個封隔器需要整體上提一次解封，需要150～180kN的解封力才能有效解封，加上注水油管自身的重力，將接近修井機300kN的極限拉力，造成起鉆作業風險大［3－5］。為此，本文利用常規Y341型注水用封隔器坐封及解封原理，通過結構優化設計，研制了Y341型多級分注井逐級解封封隔器，其具有封隔器坐封性能穩定、解封力小（僅30～40kN）的特點，同時實現多個封隔器從上至下的依次解封，克服多層分注井的解封載荷疊加效應，降低作業風險，為分層注水工藝提供技術支撐。

1 技術分析

1.1 結構

Y341型多級分注井逐級解封封隔器結構如圖1。該封隔器采用鎖指爪與鎖套配合鎖緊，能有效防止封隔器坐封后在注水壓力波動下失效，設計解封力僅30～40kN，可實現多個封隔器從上至下的依次解封。

1.2 工作原理

當封隔器下入至預定深度后，從油管注入的加壓液體沿內中心管流入，經連接接頭下端導壓孔進入。液壓作用在下活塞上，推動下活塞套上行，剪斷坐封剪釘，推動上活塞套和下膠筒座上行，壓縮邊膠筒和中膠筒，同時推動外中心管上行，推動鎖套上行，繼續壓縮膠筒，至鎖套套在鎖指爪上，被鎖環鎖定，防止膠筒回彈，實現坐封。反洗井時，液體從反洗套通孔進入，經中心管和外中心管之間的環空，液壓推動反洗活塞壓縮彈簧向下運動，使中心管與外中心管之間的環空與上活塞套出液孔連通，形成過流通道，實現反洗井。洗井完成后，在彈簧作用下，反洗活塞向上運動，推動壓帽擠壓限位套上的T型圈，實現反洗活塞上端與下膠筒座下端面的密封，從而關閉洗井通道。解封時，上提管柱，帶動上接頭、中心管和上外套上移，剪斷解封剪釘，中心管上移，使鎖指爪與鎖環失去支撐點，二者分離，各膠筒在自身彈力作用下回收，實現封隔器解封。

1.3 主要技術參數

最大外徑 114mm

最小通徑 55mm

總長 1 155mm

適應套管內徑 121～124mm

坐封壓力 10～15MPa

工作壓力 30MPa

洗井壓力 5MPa

工作溫度 130℃

解封載荷 30～40kN

膠筒型號 YS113

連接螺紋 2 TBG

1.4 技術特點

Y341型多級分注井逐級解封封隔器是在分析總結常規Y341型封隔器在多級分注井的應用基礎上，通過優化設計坐封鎖定結構和解封機構而成研制。該封隔器具有如下技術特點：

1） 坐封壓力低，在高壓注水區塊可采用水井注水系統從油管注水坐封，省去了水泥車坐封封隔器。

2） 改變了坐封鎖定機構，采用鎖指爪與鎖套配合鎖緊，有效防止注水壓力波動下封隔器失效，提升封隔器的穩定性。

3） 解封力低（僅需要30～40kN），且可以多級封隔器進行逐級解封，克服多層分注井的解封載荷疊加，降低作業風險。

2 室內試驗

在室內試驗井對其開展性能檢驗試驗，下入試驗井筒工具串為絲堵＋多級分注井逐級解封封隔器3＋多級分注井逐級解封封隔器2＋多級分注井逐級解封封隔器1＋油管短接，連接地面加壓系統及壓力試驗機（50MPa），加壓至15MPa完成封隔器坐封，穩壓15MPa，30min不滲不漏；升壓至30 MPa，穩壓30min不滲不漏。上提管柱解封，拉力28kN封隔器解封，并且每級封隔器解封時均有明顯壓力顯示。試驗結果表明該封隔器在25MPa時，密封性能良好，單個封隔器解封力低（約30 kN），并可實現逐級解封。

3 現場試驗

Y341型多級分注井逐級解封封隔器于2012－06開始在華慶油田投入現場試驗，通過不斷改進完善后推廣應用，至目前為止現場試驗了98井次，最大注水壓力22MPa，最大級為5級。在施工過程中未出現中途坐封、注水時未出現密封不嚴等現象，工藝成功率100%，最長有效期達450d，其間洗井及測試調配工作正常。

隨著華慶油田細分注水井層段不斷增加，使用Y341型多級分注井逐級解封封隔器后效果明顯。例如C423井，細分前2級，細分后達到4級。2012－08－27下入Y341型多級分注井逐級解封封隔器，后進行了驗封流量調配，表明4級封隔器全部密封，工藝成功100%。2013－08－22該井增注作業，起鉆時4級封隔器逐級解封成功，最大拉力32kN，封隔器井下工作時間達到360d，期間測試4次，洗井2次。

4 結論

1） 研制的Y341型多級分注井逐級解封封隔器，有效降低了封隔器解封力（僅30～40kN），同時實現多套封隔器逐級解封功能。

2） 采用鎖指爪與鎖套配合鎖緊機構，有效防止注水壓力波動下封隔器失效，提升封隔器的穩定性。同時通過上提管柱使鎖指爪與鎖環失去支撐點，二者分離，實現封隔器逐級解封。

3） 通過室內試驗及現場試驗，驗證了該封隔器解封力低，可實現管柱封隔器的逐級解封，滿足油田3～5級的分層注水需要。隨著油田精細注水開發，具有廣闊的應用前景。

［1］趙政璋，王元基，隋軍，等.油田注水開發技術與管理［M］.北京：石油工業出版社，2010.

［2］于九政，陳偉，晏耿成，等.多級分注井封隔器研制與應用［J］.石油礦場機械，2012，41（11）：66－68.

［3］張麗娟，趙廣民，趙粉霞，等.Y241型封隔器分壓管柱可靠性分析［J］.石油礦場機械，2010，39（7）：25－28.

［4］趙明宸.分層注水管柱封隔器受力分析［J］.長江大學學報：自然科學版，2011，8（4）：59－62.

［5］董文魁，尚水龍，唐凡，等.新型Y341型封隔器的研制與應用［J］.石油礦場機械，2012，41（5）：74－76.