淺談封隔器在煤層氣試井中的選型和應用

張連偉　孫保華

【摘 要】封隔器因其結構簡單、坐封、解封操作方便，安全可靠、使用成本低、易于保養維護等特點在煤層氣試井施工中得到廣泛應用。基于煤層氣試井復雜的井內環境，封隔器的選型及可操作性尤為關鍵，是煤層氣試井成敗的重要前提條件。結合封隔器自身結構特點，選用更為適合的封隔器類型，為煤層氣試井工作的成功完成提供保障。

【關鍵詞】封隔器；煤層氣試井；自身結構；坐封；選型

0 引言

煤層氣試井測試技術是認識煤儲層，進行儲層評價和生產動態監測的重要手段。封隔器是煤層氣試井技術中的重要設備，封隔器的選型關系到煤層氣試井工作的成敗。通過對比分析現有液壓膨脹和機械壓縮兩種封隔器自身結構的特點，選擇更為適合的封隔器類型，確保封隔器坐封良好、可靠、有效。

1 封隔器的類別及作用

封隔器按坐封原理分為液壓膨脹式和機械壓縮式兩種。封隔器在使用前均要與管柱連接，連接好后下入預定坐封位置，封隔器坐封后膠筒的外膠皮與井壁緊密結合，下部形成一個相對獨立的系統，起到封隔測試層段的作用。

2 封隔器的工作原理

2.1 液壓膨脹式封隔器工作原理

液壓膨脹式封隔器與管柱連接好后，下入預定坐封位置，其下端的球座用不銹鋼球封閉，封隔器和管柱形成了一個封閉的系統，此時由地面高壓泵向管柱加壓，壓力通過導壓孔對凡爾施加壓力，壓力達到一定程度后，凡爾克服與芯軸間的摩擦力和彈簧的彈力壓縮彈簧向下移動，凡爾移出凡爾座后，導壓孔和膠筒連通，管柱中的流體在壓力作用下進入膠筒，膠筒開始膨脹，膠筒內壓力達到設計壓力時，剪切銷釘剪斷，球座打掉，管柱上下連通，在彈簧力及膠筒內壓力作用下，凡爾歸位，封隔器實現坐封。測試完成后，就要進行解封封隔器操作，直接上提管柱一段距離，封隔器中心管上移，剪斷解封銷釘，下導水槽打開，膠筒內液體溢出，膠筒收縮封隔器實現解封。

2.2 機械式壓縮封隔器工作原理

機械壓縮式封隔器下井時，下部接上尾管或井底為支撐點下入坐封位置，下接頭承壓帽通過尾管支撐于井底或直接支撐井底，再按所需高度下入管柱，卡瓦和摩擦塊總成由短軌道進入長軌道上死點，錐體推動卡瓦張開，使卡瓦咬合在套管壁上形成管柱錨定，同時坐封銷釘被上部所施的載荷（管柱重量壓力）而剪斷，壓縮膠筒，膠筒直徑變大，從而封隔密封油套環形空間，實現坐封及坐錨。測試完成后，進行解封封隔器操作時，上提管柱帶動中心管上行，此時封隔器其余部分保持不動，卡瓦和摩擦塊總成由長軌道進入短軌道上死點，并帶動錐體上行，使錐體退出卡瓦，膠筒也自動回彈而解封。

3 封隔器的結構及特點

3.1 液壓膨脹式封隔器結構及特點

液壓膨脹式封隔器由接箍、中心管、上接頭、膠筒、浮動接頭、坐節和篩管組成。其特點：（1）適用于各種深度的井孔；（2）膠筒接觸井壁面積大，長度約1.2米；（3）坐封時必須借助注水泵等輔助設備；（4）封隔器正常起、下時，無須輔助儀表設備；（5）封隔器下井后，井筒需進行流體置換（將孔內泥漿替換為清水）、洗井；（6）封隔器坐封采用井口卡蘭盤，無下部支撐。

機械壓縮式封隔器：上接頭、液缸、中心管、實心膠筒、隔環、鎖定裝置和下接頭組成 。其特點：（1）適用范圍300米以上深度；（2）特制的橡膠實心膠筒，每個膠筒長度約0.1米，具有良好的耐高溫性能；（3）坐封簡單，上提、下放即可實現，無需注水泵；（4）起、下封隔器時，必須配備拉力計或指重表；（5）封隔器下井前，井筒需要進行通井、沖砂、洗井；（6）封隔器坐封必須有尾管或井底作支撐。

4 封隔器的選型

對比以上兩種封隔器結構特點，可以發現：液壓膨脹封隔器有著適用范圍廣，不受孔深限制，膠筒接觸井壁面積大，下部無需支撐等優勢。故確定本次煤層氣測試工作中封隔器選用液壓膨脹式封隔器。

5 應用效果

2017年8月-9月期間，用液壓膨脹封隔器進行了2口井（副ZK702孔和副1205孔）的煤層氣井測試，施工合格率達100%，證明液壓膨脹封隔器性能可靠并且使用壽命長，工藝操作較為簡單，原始數據采取準確。其中副ZK702為裸眼井，目的煤層深度為979.43～981.54m，封隔器坐封深度為970～975m，施工過程中坐封壓力大于14MPa，封隔器坐封良好、可靠。對該目的煤層進行注入/壓降測試，地面最高注入壓力為7.0MPa，注入活性淡水0.0825m3，累計注入時間10h，關井恢復時間為20h，電子壓力計記錄了完整的壓力隨時間變化的壓力數據（見圖1），進一步處理后的注入/壓降恢復階段壓力曲線擬合

圖（圖2）。由分析圖可見，實測與壓力歷史擬合基本一致，說明分析所選模型正確，處理參數符合煤層實際情況。注入/壓降解釋結果： Pi=9.84MPa，K=0.0124md，S=-1.52，M=3.40，Ri=7.56m，T=37℃。

6 結論

為保障試井的安全性和可操作性，對于水文地質及工程地質條件比較復雜的井內環境，井筒內安全系數較低的情況，應首選液壓膨脹式封隔器，其次是機械壓縮式封隔。實踐證明：選擇液壓膨脹式封隔器，保證了封隔器的坐封良好、可靠、有效，準確獲取新義井田區域煤儲層參數值。煤層氣試井測試工作的成功完成，為該井田煤層氣預可研性開采評價提供了準確、可靠的基礎數據。

【參考文獻】

[1]楊新輝.水力膨脹封隔器在煤層氣試井中的應用[J].陜西西安：油氣井測試，2013.

[2]李紅柱，張世富，劉新，等.K341封隔器在煤層氣試井應用中的問題探討[J].河北邯鄲：中國煤炭地質，2010.endprint