井下工具基础知识讲座

井下工具技术简介第一页，共四十九页。以封隔器为主的井下工具的用途1、保护套管

对于高压气井、酸化压裂井、注水井等；2、封隔非目的产层如机械卡堵水等3、找漏、验封4、试油MFE测试还有半闭式气举等等。油层油层水层油层水层第二页，共四十九页。第一章井下工具分类《采油采气用井下工具分类及型号编制方法》SY/T5629----1998中华人民共和国石油天然气行业标准第三页，共四十九页。A、封隔器类，如：Y341--115--120/35Y211--114--130/35K344—114-100/30Y453—108—150/45

按工具功能分类

B、控制工具类，如：开关、水力锚、配水器、防脱器、扶正器等

D、其他类，如：球座、抽子、防气锚、座封工具等C、修井工具类，如：通井规、打捞器、整形器、磨铣工具等第四页，共四十九页。一、封隔器分类《油气田用封隔器分类及型号编制方法》----SY/T5105—1997中华人民共和国石油天然气行业标准引用的标准：第二章封隔器有关知识第五页，共四十九页。封隔器分类分类方法：按封隔器封隔件实现密封的方式分类。分类：自封式----Z压缩式----Y扩张式----K

（楔入式----X）组合式----用各式的分类代号组合表示第六页，共四十九页。封隔器分类自封式：靠封隔件（一般为橡胶件）的外径与套管内径的过盈接触和压差以实现密封的封隔器。如皮碗封隔器。缺点：皮碗外径大于套管内径，靠皮碗与套管的过盈配合来实现封隔器的密封，下井时阻力大，皮碗易磨损和刮坏，从而失去密封性。耐压差也较小优点：

(1)该封隔器用于较小压差的井况下,不需坐封,皮碗方向可根据工艺需要任意调换。(2)不需动管柱或打压坐封。随管柱下入坐。第七页，共四十九页。封隔器分类皮碗式封隔器应用实例：东河1油田电泵井防砂管柱皮碗式封隔器不需坐封动作、承压差小等特点正好满足防砂管柱的需求第八页，共四十九页。封隔器分类压缩式：靠轴向力压缩封隔件（一般为橡胶件），使封隔件直径变大以实现密封的封隔器。如Y341分注封隔器、Y111封隔器。第九页，共四十九页。封隔器分类扩张式：一定压力的液体作用于封隔件内腔，使封隔件直径变大以实现密封的封隔器。第十页，共四十九页。封隔器分类楔入式：靠楔入件楔入封隔件，使封隔件直径变大以实现密封的封隔器。

很少见！第十一页，共四十九页。封隔器型号编制方法工作温度/压力钢体最大外径解封方式代号坐封方式代号固定方式代号分类方式代号()Y211--115--120/35()特殊用途冠名第十二页，共四十九页。代号意义分类方式固定方式尾管支撑单向卡瓦无支撑双向卡瓦锚瓦代号1

2

34

5分类名称自封式压缩式扩张式楔入式代号Z

Y

KX固定方式座封方式解封方式座封方式提放管柱转动管柱自封液压下工具热力代号1

2

345

6解封方式提放管柱转动管柱钻铣液压下工具热力代号1

2

345

6第十三页，共四十九页。钢体最大外径：阿拉伯数字表示，单位mm.工作温度：阿拉伯数字表示，单位摄氏度(℃)工作压力：阿拉伯数字表示，修约到各位数,单位(MPa)例:Y211--115--120/35Y211--114--130/35K434—114-100/30Y453—108—150/45表达规定第十四页，共四十九页。国外封隔器主要生产厂家在美国，著名的有：1、BAKERHUGHES（贝克休斯公司）2、Halliburton（哈里伯顿公司）3、Schlumberger（斯伦贝谢公司）4、Weatherford

（威德福公司）

两大类可回收式封隔器（RetrievablePacker)永久式封隔器（PermanentPacker)国外封隔器分类第十五页，共四十九页。封隔器的结构主要有以下几部分组成：1、密封机构：主要指胶筒，用于隔绝油套环空；2、坐封机构：产生坐封动作，一般是机械或液压力；3、锁定机构：使封隔器保持坐封状态，不会自行解封；4、锚定机构：使封隔器管柱保持相对固定，不移动或蠕动；

5、解封机构：解除封隔器坐封状态。每种封隔器都必须具有密封机构，其它机构则具有其中的一部分或全部6、附属机构：扶正、保护、摩擦块等二、封隔器的结构第十六页，共四十九页。1、密封机构二、封隔器的结构2、坐封机构3、锁定机构4、锚定机构5、解封机构6、保护机构Weatherford

WH-6型可取式封隔器封隔器动作视频适用范围

浅井；入井时间不长；注水井；测试；找漏等。第十七页，共四十九页。二、封隔器的结构Schlumberger

QL永久式封隔器主体材料为球墨铸铁；结构相对于可取式封隔器要简单；需配套坐封、内密封、回收等工艺。从右到左依次为：插管、永久式封隔器、钻铣工具适用范围

高温、高压、深井；入井时间长；气井等。第十八页，共四十九页。三、Y22（1）1封隔器特点：依靠动管柱（转动或提放管柱）来坐封、解封。主要用于试油作业（如RTTS、PT封隔器）、找漏等作业。可反复坐封。与支撑式封隔器合用就组成了跨隔测试管柱第十九页，共四十九页。四、注水封隔器的结构

和使用型号：Y241、Y341作用：用于注水井，可以实现反循环洗井。一般和水力锚配合适用。第二十页，共四十九页。四、注水封隔器的结构和使用注水管柱的类型主要右两大类：1、液力投捞的中心配水器管柱一般可实现单配水器三层分注。2、钢丝投捞偏心配水器管柱分注层数几乎不受限制第二十一页，共四十九页。五、桥塞的结构和使用1、普通桥塞作用：主要用于封堵下层。结构类似于Y453封隔器。可电缆或液压坐封第二十二页，共四十九页。五、桥塞的结构和使用2、挤注式桥塞作用：主要用于封堵下层。也可用于挤水泥作业HalliburtonSZDrill

挤注式桥塞第二十三页，共四十九页。第三章控制类工具有关知识第二十四页，共四十九页。控制工具类、修井工具类、其他类

型号编制方法其他说明结构特征代号使用技术参数工具名称代号第三章控制类工具有关知识第二十五页，共四十九页。控制工具名称代号序号工具名称代号序号工具名称代号序号工具名称代号1抽油杆防脱器CFT8扶正器FZ15伸缩管SS2充填工具CT9解堵器JD16双向油管锚SYM3堵水器DS10配产器PC17脱接器TJ4堵塞器DSQ11配水器PS18泄油器XY5定位器DW12喷砂器PS19油管锚YM6防脱器FT13气举阀QJ20注酸器ZS7防污器FW14水力锚SL21增注器ZZ第二十六页，共四十九页。修井工具名称代号序号工具名称代号序号工具名称代号序号工具名称代号1套管补接器BJ9打捞器LQ17通井规TJG2倒扣器DK10打捞筒LT18套铣筒TXT3打印器DY11磨鞋MX19外钩WG4套管刮削器GX12母锥MZ20外割刀WGD5公锥GZ13内钩NG21下击器XJ6加速器JS14内割刀NGD22铣鞋XX7打捞蓝LL15铅模QM23整形器ZX8打捞锚LM16上击器SJ第二十七页，共四十九页。其他工具名称代号序号工具名称代号序号工具名称代号序号工具名称代号1安全接头AJ6防砂管FS11筛管SG2冲击器CJ7刮蜡器GL12投捞器TL3抽子CZ8隔热管GR13坐封工具ZF4防蜡器FL9启动器QD145防气锚FQM10球座QZ第二十八页，共四十九页。使用技术参数及尺寸特征项目代号单位尺寸特征长度mm外直径（x内直径）mm性能指标工作压力MPa工作温度℃许用载荷kN扭矩kN.m项目代号单位连接螺纹普通螺纹Mmm梯形螺纹Tmm锯齿型螺纹Smm抽油杆螺纹in平式油管螺纹TBGin外加厚油管螺纹UPTBGin钻杆正规型螺纹REGin钻杆贯眼型螺纹FHin钻杆内平型螺纹IFin钻杆数字型螺纹NCin第二十九页，共四十九页。示例：GZ105：表示外径为105mm的公锥GX104T：表示刚体外径为104mm的弹簧式套管刮削器GX102J：表示刚体外径为102mm的胶筒式套管刮削器DS110QS：表示外径为110mm的桥式结构堵塞器AJ90x50LJ：表示外径为90mm的连接管柱用的安全接头LT95x540DY：表示外径为95mm、长度为540mm的普通短鱼顶打捞筒PS106K-A：表示外径为106mm的A型空心配水器第三十页，共四十九页。一、开关类工具基本知识作用：安装于井下管柱，主要用于沟通油管与套管1、钢丝作业开关的滑套优点：可多次开关缺点：深井条件下开关不太容易操作塔里木应用情况：塔中四、轮南、牙哈23大量应用。第三十一页，共四十九页。一、开关类工具基本知识2、液压动作的开关常开阀：也叫替喷阀，用于完井前的替喷作业；禁忌：切不可与液压坐封的封隔器一趟管柱入井。常闭阀：也叫压井阀，用于作业前的压井作业；优点：动作相对可靠缺点：动作是一次性的塔里木应用情况：塔中四、轮南等老区大量应用。注意事项：常开阀必须安装在常闭阀下部常开阀常闭阀第三十二页，共四十九页。二、液压坐封封隔器启动球座作用：投球、憋压使油套产生压差以坐封封隔器。特点：1、坐封后继续升压，球掉入井底，球座成为一个短接；2、剪钉数量可调，压力可控；3、可下接射孔枪串及工作筒等。第三十三页，共四十九页。三、水力锚作用：与封隔器配套使用，进一步确保管柱的纵向移动。特点：1、锚爪（卡瓦）依靠压差发挥作用，无压差时则缩回失去作用；2、必须用于封隔器上部。主要用于注水或酸化、压裂管柱。第三十四页，共四十九页。四、伸缩管作用：避免在极端条件下的封隔器解封、插管拔出、管柱变形的情况。与封隔器配套使用，用于抵消因温度、压力等效应引起的管柱伸缩、变形。特点：1、一般可伸出3米左右，加工要求较高；2、使用的数量可根据计算来确定。第三十五页，共四十九页。五、井下安全阀作用：与封隔器配套使用，井口或地面出现以外情况时可遥控或自动关井。特点：1、靠液压或气压保持开启状态，使油管柱保持畅通；出现意外时泄压，在井下关井；2、需地面系统提供保持开启的压力和发出动作信号。动作视频第三十六页，共四十九页。第四章管柱受力分析简介第三十七页，共四十九页。（1）、虎克定律效应（2）、螺旋弯曲效应（3）、压力效应（4）、温度效应管柱的四种效应第三十八页，共四十九页。应力与变形成正比（1）管柱在弹性极限范围内，由于受自重力和外力的作用，将产生拉伸或压缩变形。端部外力作用：（2-a）管柱自重：（2-b）式中：ΔL1—变形量，m；k—浮力系数，0.8726；

q—管柱平均单位长度重量，kg/m。如27/8油管（内径φ62mm）外力作用：ΔL1=4.16×10-6FL（m）；自重拉伸：ΔL1=1.7×10-7L2（m）一、虎克定律效应第三十九页，共四十九页。例：管柱深3000m，底部受拉伸（压缩）力分别为10KN、100KN，油管内、外径φ62mm、φ73mm，井内为清水，浮力系数k为0.8726。则外力作用10KN时：ΔL1=4.16×10-6FL（m）=0.1248（m）；外力作用100KN时：ΔL1=4.16×10-6FL（m）=1.248（m）；管柱自重拉伸：

ΔL1=1.7×10-7L2=1.53（m）一、虎克定律效应第四十页，共四十九页。支撑式或卡瓦式封隔器的座封是靠上部油管的自重载荷来压缩封隔器胶筒而保持密封的。在封隔器上部的一部分油管在压缩力作用下呈螺旋弯曲状态，称螺旋弯曲效应。二、螺旋弯曲效应第四十一页，共四十九页。（1）、螺旋弯曲引起的管柱长度的缩距：（3-a）或（3-b）式中：F0—管柱松弛载荷，即指重表下降载荷，KN；

L0—中和点至封隔器（卡瓦）长度，m；

rT—套管内半径，mm二、螺旋弯曲效应第四十二页，共四十九页。管柱内外存在压差，其作用使管柱产生轴向载荷和长度变形，称为压力效应。包括活塞效应、管柱的鼓胀效应和反鼓胀效应。三、压力效应第四十三页，共四十九页。（1）、活塞效应产生的活塞力：（4-a）活塞效应引起的管柱变形量计算：（4-b）式中：F1—活塞效应产生的轴向载荷，KN；

ΔP3—封隔器下部压力，MPa；

ΔP1—封隔器上部环空压力，MPa；

dT—套管内径，mm。三、压力效应第四十四页，共四十九页。（2）、鼓胀效应与反鼓胀效应引起管柱长度变化：（5-a）鼓胀效应与反鼓胀效应引起的力：（5-b）式中：F3—鼓胀效应产生的轴向载荷，即鼓胀力，KN；

—管柱内压力变化平均值，MPa；

—管柱外压力变化平均值，MPa；

μ—钢材泊松比，一般取0.3。三、压力效应第四十五页，共四十九页。温度变化造成管柱的长度变化，当管柱伸长受到限制时，管柱产生一个轴向载荷，这种现象称为温度效应。四、温度效应鼓胀效应与反鼓胀效应引起管柱长度变化：（6-a）（6-b）式中：β

—钢材线膨胀系数，1.2×10-5/℃；

TL—注入液井口温度，℃；TS—井口静态温度，℃；

T1—动态平均温度，℃；T2—静态平均温度，℃；

T3—地层静态温度，℃；T4—井底动态温度，℃；

Δt—地温梯度度，℃/m；Δt′—动态温度梯度，℃/m；当长度伸缩受限时，产生一个轴向力：第四十六页，共四十九页。举例：挤注措施管柱深3000m，油管内、外径φ62mm、φ73mm，井口注入温度20℃，井口地温20℃，地温梯度Δt=0.03，措施时温度梯度Δt′=0.008。则根据公式（6），注入前（稳定态）后变化有：T4=44℃，T3=110℃，T2=