套管外封隔器模擬試驗裝置研制與應(yīng)用

伊偉鍇，呂芳蕾，溫盛魁，朱瑛輝，岳廣韜

套管外封隔器模擬試驗裝置研制與應(yīng)用

伊偉鍇1，2，呂芳蕾2，溫盛魁2，朱瑛輝2，岳廣韜2

（1.中國石油大學(xué)（華東）石油工程學(xué)院，山東 東營257061；2.勝利油田分公司 采油工藝研究院，山東 東營257000）

針對目前套管外封隔器的工作性能無法進行有效檢測的問題，研制了一種套管外封隔器模擬試驗裝置。該試驗裝置設(shè)計有覆蓋套管外封隔器工作井眼尺寸范圍的一系列模擬井筒，可利用配套的加熱系統(tǒng)模擬地層環(huán)境溫度，可以在接近實際地層工礦條件下檢測套管外封隔器的工作性能。該裝置設(shè)計額定試驗壓力30 MPa，額定試驗溫度180℃。應(yīng)用該試驗裝置完成了現(xiàn)場常用的?139.7 mm（5英寸）和?177.8 mm（7英寸）2種規(guī)格套管外封隔器的性能模擬試驗，得到了其性能曲線，為套管外封隔器的現(xiàn)場使用提供了第一手的試驗數(shù)據(jù)，取得了很好的應(yīng)用效果。

水平井；篩管完井；套管外封隔器；試驗裝置；模擬試驗

套管外封隔器是水平井篩管完井工藝的核心工具［1］，其主要作用是封隔油層，在固井過程中避免水泥進入油層污染油層及封隔油層中的水層，其性能好壞直接影響完井施工效果［2］。現(xiàn)場應(yīng)用中，如果其在井下不能正常工作，使固井水泥漏到油層內(nèi)造成油層污染，更為嚴(yán)重的是篩管內(nèi)部灌進水泥，需要鉆開水泥重新射孔，增加了鉆塞時間和費用并影響水平井產(chǎn)能，給水平井生產(chǎn)造成巨大損失。目前，管外封隔器的檢測手段有限，檢測指標(biāo)少，只能檢驗封隔器的開啟閥及關(guān)閉閥工作壓力和膠筒爆破壓力［3］，還沒有專門的管外封隔器模擬試驗裝置，管外封隔器的性能無法真實地檢測出來。為此，筆者從模擬套管外封隔器的工作環(huán)境出發(fā)，研制了一種管外封隔器模擬試驗裝置（專利號：ZL201120514570.4），可以真實有效地檢測管外封隔器的真實工作性能，解決目前管外封隔器試驗環(huán)節(jié)缺失的不足，有效指導(dǎo)管外封隔器的現(xiàn)場實施。應(yīng)用該試驗裝置進行了目前現(xiàn)場常用的一種管外封隔器的性能模擬試驗，得到了該封隔器的性能曲線。

1 技術(shù)分析

套管外封隔器的工作環(huán)境與常規(guī)的套管內(nèi)封隔器有明顯的區(qū)別，套管外封隔器主要應(yīng)用于裸眼井內(nèi)，井徑受鉆井的影響較大，且不規(guī)則，其工作性能容易受井下鉆井井眼大小的影響，且其尺寸要遠遠大于常規(guī)井下封隔器。要對套管外封隔器進行室內(nèi)試驗與檢測，需要重新設(shè)計試驗裝置，以滿足對套管外封隔器進行試驗的需要。

1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計

該試驗裝置主要由模擬井筒、井溫模擬裝置、測控系統(tǒng)和試壓泵組成，結(jié)構(gòu)如圖1所示。模擬井筒的主要作用是模擬井下井眼的情況，形成一個密閉空間，內(nèi)置壓力傳感器和溫度傳感器，實現(xiàn)對封隔器的坐封與耐壓性能的檢驗［4］。模擬井筒由14個尺寸系列的鋼管［5］經(jīng)過特殊加工構(gòu)成，模擬井眼尺寸范圍為?198～?350 mm，涵蓋了目前現(xiàn)場?139.7 mm（5?2英寸）和?177.8 mm（7英寸）2種規(guī)格套管外封隔器標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用的井眼尺寸范圍。井溫模擬裝置的作用主要是模擬井下溫度場，該裝置利用電加熱原理實現(xiàn)對井下溫度場的模擬，為了保證試驗安全，設(shè)計了安全連鎖裝置，其原理如圖2所示。測控系統(tǒng)為1臺工控計算機，可實現(xiàn)對整個試驗過程試驗數(shù)據(jù)的采集、顯示和記錄。試壓泵的主要作用是對試驗封隔器的坐封和檢驗封隔器的過程進行試驗液的加壓。

圖1 套管外封隔器模擬試驗裝置結(jié)構(gòu)

圖2 井溫模擬試驗裝置安全連鎖機構(gòu)原理

1.2 工作原理

試驗時將管外封隔器放置于不同內(nèi)徑的模擬井筒內(nèi)，模擬井筒內(nèi)注入試驗液，保持模擬井筒處于密封狀態(tài)；將模擬井筒放置于井溫模擬裝置內(nèi)，固定好位置，并且連接好試驗用壓力管線接頭及測試接頭等配套工具后，關(guān)閉井溫模擬裝置的艙門。利用試壓泵通過毛細鋼管傳壓坐封管外封隔器，啟動井溫模擬裝置加熱到設(shè)定試驗溫度，在設(shè)定溫度下進行管外封隔器的耐壓性能指標(biāo)模擬試驗。從模擬井筒內(nèi)置測壓點和測溫點進行壓力、溫度測試，測得數(shù)據(jù)通過信號傳輸?shù)綔y控系統(tǒng)的計算機內(nèi)顯示和記錄。通過一系列的管外封隔器在不同尺寸模擬井筒的試驗，得出管外封隔器的耐壓曲線。

1.3 主要技術(shù)參數(shù)

試驗裝置額定試驗壓力 30 MPa

模擬井眼尺寸范圍 ?198～?350 mm

額定模擬試驗溫度 180℃

2 現(xiàn)場試驗

在勝利油田進行了?139.7 mm（5?2英寸）和?177.8 mm（7英寸）2種規(guī)格套管外封隔器的模擬試驗，共進行管外封隔器模擬試驗66組，取得了這2種規(guī)格封隔器的性能曲線。通過試驗結(jié)果得知，該型號的管外封隔器的性能與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)值有很大差異。

圖3 管外封隔器試驗?zāi)蛪呵€

3 結(jié)論

1） 該試驗裝置采用全尺寸的系列模擬不同的井下情況，符合管外封隔器工作井眼的井徑環(huán)境。該裝置具有加熱功能，試驗過程可以加熱，模擬井下的溫度場情況，對管外封隔器的性能指標(biāo)進行有效的檢測，并可適用于其他井下工具的檢測和試驗。

2） 利用該試驗裝置完成了?139.7 mm（5?2英寸）和?177.8 mm（7英寸）管外封隔器的模擬試驗，得到了這2種規(guī)格管外封隔器的密封性能曲線，可以有效指導(dǎo)管外封隔器的現(xiàn)場應(yīng)用。

［1］ 馬玉斌.管外封隔器在復(fù)雜油氣井固井中的應(yīng)用［J］.石油鉆采工藝，2004（1）：39-40.

［2］ 楊濤.謝南星.TCT型膨脹式套管外封隔器應(yīng)用技術(shù)研究及現(xiàn)場試驗［J］.鉆采工藝，2009（6）：65-67.

［3］ 劉玉民，韓海生.TFS-140-Ⅳ型套管外封隔器的試驗及應(yīng)用［J］.石油機械，1999（3）：31-33.

［4］ 蓋景琳，Mark Hopmann.永久型封隔器失效模式分析［J］.國外石油機械，1996（2）：38-41.

［5］ 杜常橋，李世民.封隔器膠筒應(yīng)力數(shù)值模擬與結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究［J］.斷塊油氣田，2008（2）：104-106.

Development and Application of the ECP Simulation Test Device

YI Wei-kai1，2，LV Fang-lei2，WEN Sheng-kui2，ZHU Ying-hui2，YUE Guang-tao2
（1.College of Petroleum Engineering，China University of Petroleum，Dongying 257061，China；2.Research Institute of Production Technology，Shengli Oilfield Company，Dongying 257000，China）

For the problem of current external casing packer job performance not effectively detected，a tube packer simulation test device was developed.The test device was designed with external casing packer，which covers the work of a series of borehole size range simulated wellbore，meanwhile，heating system was used to simulate formation ambient temperature，which could detect real work performance of the external casing packer.The rated test pressure was 30 MPa，and nominal test temperature was 180 ℃.The device is used to implement the test for?139.7 mm （5?2″）and?177.8 mm （7″）external casing packers，which were conventionally used on site.The performance curves were obtained to offer the first-hand test data for on-site application，with good application result.

horizontal well；screen completion；ECP；test device；simulation test

TE931.2

B

1001-3482（2014）03-0075-03

2013-09-28

中石化勝利油田分公司攻關(guān)項目“水平井管外封隔器模擬試驗裝置研究”（YKS0905）

伊偉鍇（1981-），男，黑龍江寧安人，工程師，主要從事修井工藝與完井工藝研究，E-mail：yiweikai＠163.com。