最新井下工具原理及应用

1、12一、前言一、前言二、各类井下工具的工作原理二、各类井下工具的工作原理三、特殊井井下工具及配套三、特殊井井下工具及配套提提 纲纲3 胜坨油田主要采用全井开采和分胜坨油田主要采用全井开采和分层开采两种开采方式。全井开采，适层开采两种开采方式。全井开采，适合于层间差异小，原油物性相似的油合于层间差异小，原油物性相似的油井；分层开采又可分为泵封一体化管井；分层开采又可分为泵封一体化管柱和防顶带封管柱两种，适合于多层柱和防顶带封管柱两种，适合于多层射开，且射开层层间差异大的油井。射开，且射开层层间差异大的油井。4一、前言图1图2图3图45一、前言一、前言二、各类井下工具的工作原理二、各类井下工具的工

2、作原理三、特殊井井下工具及配套三、特殊井井下工具及配套提提 纲纲6二、各类井下工具的工作原理油井井下工具油井井下工具一是抽油泵一是抽油泵三是卡封类三是卡封类四是其它四是其它在日常接触的工作中，当前我厂油井井下工具可分为以下四类在日常接触的工作中，当前我厂油井井下工具可分为以下四类二是锚定类二是锚定类7抽油泵抽油泵二、各类井下工具的工作原理一是按有无衬套，抽油泵可分为组合式泵和整筒泵两种一是按抽油泵在井中的安装方式及结构不同，抽油泵可分为管式泵和杆式泵两种8结构及特点管式泵由工作筒、活塞、游动阀和固定阀组成，如图所示：其特点是：1）泵径较大，排量大，适用于产量高、含砂较高的浅井；2）适用于产气量

3、较小的井；3）结构简单、加工方便、价格便宜；4）由于工作筒接在油管下端，所以修井检泵时需起油管，修井工作量大。抽油泵抽油泵二、各类井下工具的工作原理1、管式抽油泵、管式抽油泵9结构及特点杆式泵有内、外两层工作筒，外工作筒接在油管的下端，内工作筒同活塞接在抽油杆的下端，整体下到外工作筒内，由外工作筒内预先安装好的锥形锁扣固定，如图所示：其特点是1）检泵方便，起出抽油杆即可；2）泵径小，适用于产量低的深井；3）泵在下井前可以试油，从而保证了质量；4）泵的结构较复杂，加工难度大，成本高；5）不能用于易出砂的浅井，内外工作筒容易因砂卡而把泵卡在油管内。抽油泵抽油泵二、各类井下工具的工作原理2、杆式抽油

4、泵、杆式抽油泵10抽油泵抽油泵二、各类井下工具的工作原理工作原理上冲程：活塞上行，游动滑阀关闭，泵筒内压力下降，当泵筒内压力低于泵入口处压力时，固定阀打开，液体进入泵内，同时井口排出活塞让出泵筒体积的液体。下冲程：活塞下行，泵筒内压力升高，游动阀打开，固定阀关闭，液体从泵内排出到活塞以上的油管中，同时井口排出光杆进入的液体体积。上冲程下冲程11锚定类锚定类1、自锁泄油锚、自锁泄油锚二、各类油井井下工具的工作原理该泄油锚定器主要由上、下接头、泄油短节、活塞、锚瓦、弹簧等组成（见附图）。它是通过油管内外的压差自动将油管锚定在套管上，使之无法上、下蹿动。当油管内压力大于油 套环空压力时，活塞推动锚瓦

5、上行，锚瓦直径变大，使油管锚定在套管上；再次作业时 ，正旋油管使泄油短节上移，打开泄油孔，完成泄油动作，锚瓦自动内收，解除锚定。弹簧及腔室组成液压阻尼系统，它能吸收液击时的尖峰脉冲避免中途锚定，同时，可使锚瓦可靠内收。结构如图所示结构及工作原理12性能参数性能参数 参数型号通径（mm）泄油力矩（nm）锚定压差（mpa）外型尺寸（mmmm）工作压差（mpa）连接螺纹zsxm-11562100031157653027/8tbgzsxm-15076120031507653031/2tbg1、坐锚可靠：由于改以往的径向柱塞改为轴向柱塞，坐封力增大，较小的压差即可实现可靠锚定，液压阻尼消除了水击对锚定的

6、影响，保证了不会中途误锚定；2、解锚容易：该锚定器为单向锚定，上提管柱，锚瓦自动内收，决不会造成上提困难及大修；3、使用方便：锚定时，无须增加任何工序即可完成锚定；再次作业时，只需用油管钳正转油管，即可完成泄油及解锚工作，使用极为方便。4、通径大：与其连接的油管的通径相同，不影响其它工艺的实施。5、泄油可靠：在稠油井、抽油杆断脱的油井均可实现可靠泄油。13使用方法及注意事项使用方法及注意事项 该锚定器在使用时可直接接于泵上，开抽后即自行锚定；再次作业时，起出抽油杆、提起油管悬挂器（切勿加压），用油管钳正转油管20圈以上，即完成泄油动作。约几分钟后等油管内外压力平衡、下放油管无遇阻时，直接上提油

7、管即可解除锚定。 1、下油管时，应打好背钳防止下部油管旋转； 2、严禁上下接头之间产生扭力，以防泄油孔被打开； 3、严禁中途试压，或往油管内灌水，以防止中途座封； 4、与上部油管连接时，背钳应打在锚定器上部的油管接箍上；与下部油管连 接时，管钳应打在下接头上；禁止在带有油管旋转装置的油井中使用。 适用于井温小于120，井深不超过3000米的油水井中。142、液压油管锚、液压油管锚结构特点与工作原理结构特点与工作原理 主要由上接头、锚瓦、本体等部分组成，结构如图所示。液压油管锚，安装于泵上，抽油过程中，油管内的液面高于油套环空液面，锚爪自动伸出，锚定在套管内壁上。检泵时，上提管柱，减断销钉，下锥

8、体下行，上锥体不动，上、下锥体之间距离增大，锚爪在弹簧的作用下自动收回，解除锚定。15技术参数技术参数 名称参数kdb-115kdb-150钢体最大外径/mm115150最小通径/mm60(72)60(72)总长度/mm730740工作压力mpa2020解锚拉力kn100100两端连接螺纹/in27/8 tbg（31/2 tbg）27/8tbg（ 31/2 tbg）适用套管内径/mm118132154162 用于有杆泵深抽工艺。锚定管柱，消除油管伸缩造成的冲程损失，同时减小管杆的摩擦损失。163、m115-76fy油管锚油管锚 结构主要由上锥体、下锥体、卡瓦、卡瓦套等。下到设计深度后，油管打压

9、18-20mpa，油管锚在内外压差作用下推动活塞下行，上锥体、卡瓦和卡瓦套随之下行，下锥体不动，卡瓦向外运动，卡在套管壁上，达到固定管柱的目的。修井上提管柱，拉力使剪环剪断，下锥体下行，上锥体不动，上、下锥体之间距离增大，使卡瓦收回，完成锚定装置的释放。结构如图所示结构工作原理结构工作原理17二、各类井下工具的工作原理卡封类卡封类封隔器的分类（按实现密封方式）：封隔器的分类（按实现密封方式）： 1 1、自封式、自封式 2 2、压缩式、压缩式 3 3、扩张式、扩张式 4 4、组合式、组合式封隔器：封隔器： 为了满足油水井某种工艺为了满足油水井某种工艺 技术目的或油层技术措施技术目的或油层技术措施

10、 的要求，由钢体、胶皮封隔的要求，由钢体、胶皮封隔 件部分与控制部分构成的件部分与控制部分构成的 井下分层封隔的专用工具。井下分层封隔的专用工具。1、封隔器、封隔器18二、各类油井井下工具的工作原理封隔器型号编制封隔器型号编制工作温度、工作压差工作温度、工作压差钢体最大外径钢体最大外径坐封方式代号坐封方式代号解封方式代号解封方式代号固定方式代号固定方式代号分类代号分类代号19二、各类油井井下工具的工作原理分类代号分类代号固定方式代号固定方式代号坐封方式代号坐封方式代号解封方式代号解封方式代号工作温度、工作压差均用阿拉伯数字表示。封隔器失效监控点：胶筒、两端丝扣、卡瓦牙形状、换向灵活性、 摩擦机

11、构的张力。20y111y111型封隔器型封隔器工作原理 将封隔器下至井筒设计位置后，下放油管，靠油管柱重量，通过上接头中心管带动承重接头剪断坐封剪钉沿键下放，同时调节环压缩胶筒，密封油、套管环空。上接头 + 胶筒 + 中心管结构 y111 我厂应用的封隔器主要有三种 y211 y221二、各类油井井下工具的工作原理21主要技术参数主要技术参数参数型号y111-115y111-140y111-150y111-208总长，mm7259198161014重量，kn25.8323773.2钢体最大外径，mm115140150208钢体最小内径，mm6276坐封力，kn80100608080100801

12、00工作压差，mpa上15，下8上15，下6上15，下6上15，下6工作温度0c120180适用套管内径，mm117.1127.7146.3154.3153.8163.8220.5228.5两端连接螺纹2 7/8tbg2 7/8tbg2 7/8tbg31/2tbg用途：用于分层试油、采油、找水、堵水和酸化。不仅能单独 使用，也可以和卡瓦式封隔器或支撑卡瓦配套使用。二、各类油井井下工具的工作原理22 封隔器（或下级封隔器）下端要接尾管，其尾管长度一般不能大于50m。最宜于浅井使用。封隔器坐封高度，决定于下入深度、坐封载荷和胶筒密封压缩距等因素。技术要求技术要求二、各类油井井下工具的工作原理23二

13、、各类油井井下工具的工作原理y211y211型封隔器型封隔器 封隔器下井时扶正体在小弹簧的作用下，紧贴套管内壁，轨道 钉处于短轨道上死点，卡瓦被锁球锁在中心管上，保证封隔器顺利下井。下至预定位置后，上提管柱一定高度，轨道销钉滑至轨道下死点。此时再下放管柱，轨道销钉滑至长轨道，顶套推动挡球套上移，锁球脱离中心管使卡瓦与锥体产生相对运动，锥体进入卡瓦使其张开，并卡在套管内壁。再下放管柱压缩胶筒密封油套环空。起封隔器时，上提油管柱，锥体脱开卡瓦，轨道销钉滑至长轨道的下死点，即可起出封隔器。工作原理密封 + 支撑 +轨道换向 结构2425参数型号y211-102y211-115y211-140y211

14、-150y211-208总长，mm18732068205820662438重量，kn52.556108.5钢体最大外径，mm102115140150208钢体最小内径，mm4248616276坐封力，kn 60-80 60-80 80-100 80-100 100-120工作压差，mpa上20，下8工作温度0c120180适用套管内径，mm107115.2117.1127.7146.3154.3153.8163.8220.5228.5两端连接螺纹2 7/8tbg2 7/8tbg2 7/8tbg2 7/8tbg31/2tbg主要技术参数适用于套管内径为595/8in的油井的试油、采油、找水、堵水

15、等工艺。 适用范围二、各类油井井下工具的工作原理26 下管柱时,管柱上提高度必须小于防坐距，一般不超过0.3m，否则封隔器中途坐封，如遇中途坐封，应上提管柱1m左右，使封隔器解封后再下管柱。在井下条件允许时，封隔器下部应接3-4根油管作尾管，以利于封隔器下井和坐封。封隔器的坐封高度，决定于下井深度，坐封负荷和胶筒密封压缩距等因素。技术要求二、各类油井井下工具的工作原理27y221y221型封隔器型封隔器工作原理 封隔器下至设计位置，慢慢上提管柱一定高度（上提高度依据坐封位置确定），然后正转管柱78圈，使轨道换向，然后边转边下放柱，使卡瓦在套管壁上建立一个支撑点，继续下放管柱，压缩胶筒，密封油套

16、环空（坐封负荷控制在3040kn为宜）。如与y111系列封隔器配套使用，以最上一级封隔器计算座封负荷。 上提管柱，胶筒失去轴向载荷，靠自身弹力收回，同时中心管带动锥体上移，使锥体与卡瓦产生相对位移，卡瓦收回，工具即可顺利起出。二、各类油井井下工具的工作原理2829 适用于2500m以内的油井，与y111封隔器和配套工具配合使用，可以实施分层采油、测试、堵水等多种工艺措施。适用范围适用范围项 目型 号y221-115y221-150钢体最大外径 mm115150钢体最小通径 mm4860组装后卡瓦外径 mm113146卡瓦最大张开外径 mm136170适用套管内径 mm121-132158-16

17、6密封压差 mpa2020工作温度 120120两端连接螺纹2 7/8 tbg2 7/8tbg技术参数技术参数二、各类油井井下工具的工作原理30验封验封生产生产y445型封隔器型封隔器工作原理工作原理 坐封与自验封：封隔器下到预定位置后，从油管投入30mm钢球，然后从油管打压，压力达到16mpa，实现坐封。当压力达到18mpa时，稳压5min，若压力不降，说明自验封已经完成，然后继续加压22mpa，打掉球坐。 丢手：坐封后，上提管柱实现丢手（丢手力为5010kn ）。 回探：丢手后，上提管柱3-5m，再缓慢下放管柱，加压1-2t，探丢手鱼顶，位置不变说明工具锚定，坐封可靠，最后提出管柱。 解封

18、与打捞：用73mm油管连接专用打捞工具，下到丢手位置，加压3-4,打捞抓楔入提解套沟槽内，上提即可解封。结构密封+锚定+自验封+解封+锁紧机构 31管管柱柱特特点点 采用双向卡瓦和步进锁紧机构，坐封牢固可采用双向卡瓦和步进锁紧机构，坐封牢固可靠，能承受高上、下压差，具有自验封功能。靠，能承受高上、下压差，具有自验封功能。同时，液压封隔器座封可靠性高，可在常规机同时，液压封隔器座封可靠性高，可在常规机械式封隔器难座封油井上使用。械式封隔器难座封油井上使用。32主主要要技技术术参参数数技技术术要要求求1. 封隔器在下井过程中，遇卡时，承受上提封隔器在下井过程中，遇卡时，承受上提力要小于力要小于20

19、0kn，如提不动时可进行坐封、，如提不动时可进行坐封、丢手、打捞操作。丢手、打捞操作。2. 解封时，上提下放动作应重复几次，以解解封时，上提下放动作应重复几次，以解封彻底。封彻底。33工作原理结构丢手 + 挡砂 + 反卡瓦 普通防顶卡瓦壳体的下接头紧接在封隔器分层丢手管柱的最上一级封隔器的上接头处，接头卡爪则与油管相连并一起下入井中，下到预定层位后先采用机械方式压缩封隔器坐封，然后从井口投入钢球，并用水泥车打压，此时钢球坐于球坐上，压力向下迫使锥体剪断剪钉，下行撑开卡瓦卡紧在套管壁上，实现丢手。同时，由于球坐随锥体下行，接头卡爪失锁，放压后上提油管，接头卡爪便带着护套、挂杆、球坐和钢球一起提出

20、井口，此时胶皮碗张开并贴于套管内壁上防止砂埋卡瓦，锥体也在其摩擦力的自锁作用下不能退回。打捞丢手释放管柱时，下相应的对扣捞矛抓获锥体内的螺纹，上提管柱带动锥体上行将卡瓦收回释放，继续上提释放封隔器，并将整个丢手管柱起出地面。卡封类卡封类2、防顶卡瓦、防顶卡瓦二、各类油井井下工具的工作原理3435技术参数技术参数用途主要用于油井的深井浅修和电泵分层采油工艺。二、各类油井井下工具的工作原理36其其 它它1、泄油器、泄油器二、各类油井井下工具的工作原理 结构如图所示，由外管，滑套，销钉，密封圈，下接头，撞击头组成。它的滑套内径小于油管内径，形成第一个直径差。下接头内径小于滑套内径，形成第二个直径差。

21、脱节器上体的上部直径大于下部直径形成第三个直径差。在这三个直径差的协调配合下，脱节器上体进出泄油器时碰不着滑套，因此它具有很高的可靠性。泄油时先将抽油杆提出，投入撞击头，撞击头直径大于滑套内径，撞击头落在滑套上，再投13根抽油杆，在抽油杆撞击力作用下撞断固定滑套的销钉，露出泄油孔泄油。撞滑式泄油器撞滑式泄油器结结构构与与工工作作原原理理3738最大外径（mm）最小内径（mm）总长度（mm）联接螺纹工作温度（）座卡压力（mpa）解卡拉力（kn）上部下部1156087331/2tbg母扣31/2tbg公扣1208100-140技术参数技术参数适用范围适用范围适用于套管内径为121-124mm的抽油

22、井。39性能参数性能参数最大外径最小通径长度联接扣型适用范围89mm46mm420mm27/8tbg油管扣适用于44抽油泵114mm64mm430mm31/2tbg油管扣适用于95抽油泵使用要求与注意事项使用要求与注意事项该型泄油器紧接泵上，要求接脱接器的抽油杆上端接头不进入泄油器内。打开泄油器时，要保证撞击头先落于滑套上，抽油杆再撞击泄油器。因撞击头直径大，下落速度慢，要求撞击头投入后10分钟再投抽油杆。 40压缩式泄油器压缩式泄油器结构与工作原理结构与工作原理 结构如图所示，由上接头、外管、滑套、密封圈、弹簧、下接头组成。外管上开有泄油孔，并由滑套及密封圈密封，滑套用弹簧支撑，上、下接头内

23、径小于滑套内径，因此，活塞及其它工具通过泄油器时碰不着滑套。故泄油器不会打开，保证作业成功。作业时先将抽油杆起出，然后起油管，当油管见液面时，将开泄体1-2根抽油杆投入油管内，当开泄体下落到泄油器外管上部时，由于此处内径大，开泄体打开，外形尺寸大于滑套内径，落座于滑套上，在抽油杆重力作用下压缩弹簧，滑套下行，露出泄油孔泄油。41最大外径最小通径长度联接扣型适用泵性95mm59mm900mm27/8tbg油管扣56抽油泵107mm72mm920mm31/2tbg油管扣70抽油泵性能参数性能参数使用要求与注意事项使用要求与注意事项 下井时，紧接抽油泵或提升短节上端，接活塞的抽油杆大于7米。下组合油

24、管的井，油管大小头必须有锥度，防止开泄体遇阻。从井中起出的泄油器，需更换密封圈，试压（20mpa）合格后方可下井。42销钉泄油器销钉泄油器结构与工作原理结构与工作原理 结构如图所式，由主体、销钉、密封垫等组成。销钉内钻有不通的孔，开口端向外，销钉外表面车有剪断控制槽，主体小孔内径小于活塞直径。该型泄油器接在抽油泵固定凡尔与泵筒之间，由于活塞直径大于主体小孔内径，因此活塞碰不着销钉。 作业时先提出活塞，再提出油管，提出油管见液面后投入抽油杆（锯掉接头），抽油杆下落的冲击力作用在销钉上，使销钉在剪断控制槽处剪断，泄油器上部的液体泄入到井内43性能参数性能参数最大外径最小外径长度联接扣型适用范围89

25、.5mm36mm230mm27/8tbg油管扣56泵107mm60mm242mm31/2tbg油管扣70泵使用要求与注意事项使用要求与注意事项 该型泄油器不能在液压座封、磁性定位、防砂卡泵等抽油管柱上使用，因该泄油器不能投固定阀。44其其 它它2、脱接器、脱接器二、各类油井井下工具的工作原理自旋式脱接器自旋式脱接器结构及工作原理结构及工作原理 脱接器由上体和下体两部分组成，如图所示。上体由上接头、防转销钉、轨道管组成，上体接在抽油杆下部。下体由中心杆、轨道套、键块、垫片、弹簧、下接头组成。下体接在活塞上。结构结构对接对接作业对接时，上体与下体接触，中心杆进入上接头内，在轨道管的作用下，中心杆的

26、头部被引入轨道管和上接头的槽孔内，此时中心杆与上接头之间只能做轴向相对运动，不能相对转动。在中心杆头部下入槽孔后，上接头的下端面才与轨道套的螺旋轨道键接触。螺旋轨道槽与键嵌合，由于中心杆与上接头不能旋转，而螺旋轨道键与中心杆下行压缩弹簧，使弹簧储能，直到中心杆相对转动，在弹簧所储能量的作用下，推动轨道套上行，螺旋轨道槽与螺旋轨道键相互嵌合，产生扭矩，使中心杆与上接头旋转90度，完成对接过程，抽油杆就可带动活塞运动抽油。4546脱接脱接脱接时，上提抽油杆脱接器上行至泵口，泵口内径小于脱接器下体中轨道套的外径，轨道套被挡住，继续上提，就会使轨道套压缩弹簧后上行，螺旋轨道键就退出螺旋轨道槽。退出时迫

27、使上接头与中心杆旋转90度，旋转90度后，中心杆头部与上接头的槽孔重合，完成脱接。完成脱接后，弹簧推动轨道套复位，因此，该脱接器可在井内重复对接。技术参数技术参数总长为600700mm；上体外径为63.5mm（95泵， 83泵）、57.5mm（ 70泵）；下体外径为80mm（ 95泵， 83泵）、64mm（ 70泵）；上端联接螺纹为cyg25抽油杆母扣或公扣；下端联接螺纹为cyg25抽油杆母扣或公扣。47 脱节器由上体、下体两部分组成。脱节器的上体为卡爪，连接在抽油杆最下端。其他部分组成脱节器下体，连接在泵活塞上，随泵一起下入井中。然后下抽油杆，当卡爪随抽油杆下行到与活塞相联的脱节器下体中心杆

28、所在位置时，其内孔套住中心杆向下划移，继续下行到中心凸缘上部分台肩时，卡爪迫使锁套向下压缩弹簧继续向下滑移，当下行到限定位置时，卡爪靠径向扩张时产生的弹力收缩，恢复原状，这时锁套在弹簧力的推动下，套住卡爪，使卡爪中心杆和锁套对接为一体，从而使抽油杆与活塞联接。在检泵或换泵作业需要抽油杆与活塞脱开时，只需要将抽油杆上提，当脱节器上行到泵内释放接头处，释放接头内孔台肩挡住脱节器锁套，便开始压缩锁套，使弹簧压缩，从而使脱节器上体与下体脱开。结构原理结构原理卡爪脱接器卡爪脱接器4849脱节器总长 540mm刚体最大外径 78mm卡爪外径 61mm 内径 30mm释放接头 73mm联接螺纹扣 cyg25

29、抽油杆适用范围适用于83mm以上的抽油泵。1、安装灵敏的指重表，以便准确座封和判断脱节器对接情况。2、第一根抽油杆下端接卡爪脱节器上体，上紧力矩大于1500n/m。3、对脱节器时应轻放，严防猛顿、猛放。技术参数技术参数注意事项注意事项50其其 它它3、泵下挡砂器、泵下挡砂器二、各类油井井下工具的工作原理5152型号日产液量m3入口直径mmdsq-130-5021dsq-250-7027dsq-370-9032dsq-490-1203653一、前言一、前言二、各类井下工具的工作原理二、各类井下工具的工作原理三、特殊井井下工具及配套三、特殊井井下工具及配套提提 纲纲54三、特殊井井下工具及配套三、

30、特殊井井下工具及配套 伴随着稠油区块的的大面积开采，注聚区偏磨严重现象以及常规抽油机井的偏磨，我们开展了稠油井地面和井下管柱的配套，螺杆泵的井下管柱配套以及偏磨井的管柱配套工作，现将相关工具介绍如下55三、特殊井井下工具及配套三、特殊井井下工具及配套1 1、空心杆掺、空心杆掺水工艺的配水工艺的配套套油油 层层人工井底人工井底防砂鱼顶防砂鱼顶筛管及丝堵筛管及丝堵特种抽油泵特种抽油泵空心抽油杆空心抽油杆单流阀及筛管单流阀及筛管实心杆实心杆掺水管柱示意图掺水管柱示意图目前我厂针对稠油开采，采用了成本低，系统效率高的空心杆掺水井筒举升降粘工艺，该工艺通过掺水，使流体的含水增加，形成水包油的混合液，从而提高流体的流动性以达到降粘的目的56三、特殊井井下工具及配套三、特殊井井下工具及配套1 1、空心杆掺、空心杆掺水工艺的配水工艺的配套套 1）研制了抽稠阀式泵，该泵由中心拉杆、活塞、游动阀、固定阀、限位环、密封短节、加重杆、导向接头、泵筒等部件组成。游动阀采用强制起闭结构