新型KZ344組合式封隔器研究與設(shè)計(jì)

付葛 鄭皓予 湯闖 王福平 張國芳

（哈爾濱石油學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150027）

目前，在油田開發(fā)過程中，為了更加高效地將地下原油采出地面，提高油田的動(dòng)用程度和最終采收率，對于多油層的油藏，在鉆井過程中要將多個(gè)油層全部鉆穿。

一、油田開發(fā)方式

在開發(fā)多油層油藏時(shí)，目前開發(fā)方式有兩種選擇，一是籠統(tǒng)開發(fā)，二是分層開發(fā)。

（一）籠統(tǒng)開采

籠統(tǒng)開采是在生產(chǎn)油、氣過程中，生產(chǎn)管柱（油管）不做任何工藝處理的開采方式。此種開發(fā)方式存在層間矛盾、層內(nèi)矛盾、平面矛盾等問題，使不同物性的儲(chǔ)層，不同壓力水平的儲(chǔ)層得不到很好的開采，最終影響油田采收率。所以分層開采是目前主要采用的開發(fā)方式。

（二）分層開采

分層開發(fā)是在生產(chǎn)油、氣過程中，通過下入其他井下工具（主要是封隔器和配產(chǎn)器）實(shí)現(xiàn)層與層之間相互獨(dú)立且同時(shí)生產(chǎn)的開采方式。

其中封隔器是用來封隔油、套管環(huán)形空間，從而實(shí)現(xiàn)將各油、氣、水層分隔成互不干擾的獨(dú)立系統(tǒng)的一種重要的井下工具，是實(shí)現(xiàn)分采開采的必用工具。油田中應(yīng)用的封隔器類型有很多，如K344型封隔器和Z331型封隔器。

但在實(shí)際工作中，兩類封隔器如果單獨(dú)使用都存在相應(yīng)的問題：

1．K344型封隔器：

（1）單級K344封隔器可能存在坐封后密封環(huán)空不可靠的問題；

（2）K344封隔器只能用于注入井，適用范圍小；

（3）存在封隔器無法解封和解封不徹底造成的卡管事故的可能性；

（4）硫化芯子擴(kuò)張式膠筒結(jié)構(gòu)易出現(xiàn)卡管事故。

（5）工作時(shí)膠筒的內(nèi)部壓力必須大于外部壓力，也就是油管壓力必須大于管套壓力，必須以節(jié)流器配套使用；

（6）單項(xiàng)密封壓差低。

2．Z331型封隔器：

（1）該封隔器入井壓力較大，需帶下3～5根尾管；

（2）該封隔器需加設(shè)洗井滑套以進(jìn)一步完善其性能；

（3）該封隔器皮碗等所需材料過于復(fù)雜，所適應(yīng)條件過于嚴(yán)格；

（4）Z331型自封封隔器是靠封隔器外徑與套管內(nèi)徑的過盈和壓差實(shí)現(xiàn)密封的封隔器，適用于壓差小的淺井，不適用于壓差大的深井。

兩種封隔器都存在缺點(diǎn)，為了能夠克服部分缺點(diǎn)，將K344型封隔器和Z331型封隔器的有機(jī)結(jié)合，即設(shè)計(jì)出新型的KZ344組合型封隔器。

二 、新型KZ344組合型封隔器設(shè)計(jì)

（一）用途

組合后的新型封隔器可進(jìn)行分層開采、分層試油、分層堵水、分層處理（酸化、壓裂）、分層注水等油（氣）田開發(fā)的工藝措施。

（二）結(jié)構(gòu)

新型KZ344組合型封隔器主要結(jié)構(gòu)：上接頭、上限位套、“o”型膠圈、中心管、硫化芯子、剪釘、交通、滑套芯子、下限位套、擋碗、皮碗、濾網(wǎng)、下接頭等其他輔助工具。

（三）工作原理

坐封：將新型KZ344組合型封隔器上、下通過絲扣與油管相連，隨油管柱下井。由于2個(gè)皮碗的外徑大于套管內(nèi)徑，存在一定的過盈量，使皮碗始終與套管內(nèi)壁緊密接觸，實(shí)現(xiàn)封隔上下空間的目的。封隔器下入的越深，皮碗上下壓差越大，在壓差作用下，皮外向外膨脹的幅度越大，密封性能就越好。同時(shí)為上部膠桶后期膨脹，密封油套環(huán)形空間，創(chuàng)造出理想的環(huán)境。

如果新型KZ344組合型封隔器用于注入井，需要使膠桶膨脹，起到密封作用時(shí)，首先利用投球器向井內(nèi)投入鋼球，再向井內(nèi)注入高壓液體，將剪釘剪斷，鋼球推動(dòng)滑套芯子下行，將注水孔眼和濾網(wǎng)露出。高壓液體會(huì)通過濾網(wǎng)和硫化芯子均勻地作用在膠桶內(nèi)腔上，防止發(fā)生應(yīng)力集中現(xiàn)象。當(dāng)膠桶內(nèi)腔壓力大于油套環(huán)空壓力與膠桶抗張強(qiáng)度時(shí)，膠桶膨脹，密封油套管環(huán)形空間。皮碗的擴(kuò)張與膠桶的膨脹，實(shí)現(xiàn)了二級封隔，封隔得更加嚴(yán)密，可很好地實(shí)現(xiàn)分層生產(chǎn)。

解封：停止向井內(nèi)注入高壓液體，膠桶在套壓和自身張力作用下，首先收縮，與套管內(nèi)壁脫離接觸，實(shí)現(xiàn)初步的解封。上提生產(chǎn)管柱，隨著上提高度的增加，皮碗上、下間的壓差逐漸變小，皮碗在自身張力作用下逐漸恢復(fù)原狀，與套管間的過盈量也隨之減少，實(shí)現(xiàn)二次解封。最終實(shí)現(xiàn)新型KZ344組合型封隔器的最終解封。

（四）特點(diǎn)

1．新型KZ344組合型封隔器是由K344型封隔器與Z331型封隔器有機(jī)結(jié)合而成，繼承了兩種封隔器的優(yōu)點(diǎn)，解決了兩種封隔器的部分不足之處。

2．新型KZ344組合型封隔器即可用于生產(chǎn)井也可用于注入井，用于生產(chǎn)井時(shí)是單級封隔，用于注入井時(shí)是二級封隔，封隔效果更好。

3．用于注入井時(shí)，由于是二級封隔，封隔效果會(huì)更好，可以用于深井，甚至用于超深井中進(jìn)行封隔儲(chǔ)層。

三、結(jié)束語

（一）通過研究分析，得出K344型封隔器與Z331型封隔器單獨(dú)使用存在密封不可靠，使用范圍小等問題。

（二）研究設(shè)計(jì)出了新型KZ344組合型封隔器，繪制出了結(jié)構(gòu)示意圖，說明了由哪些結(jié)構(gòu)組成，并分析出了工作原理及其特點(diǎn)。