井下工具工作原理及配套应用

井下工具工作原理及配套应用一、前言二、各类井下工具的工作原理三、特殊井井下工具及配套提纲

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。一、前言图1图2图3图4一、前言二、各类井下工具的工作原理三、特殊井井下工具及配套提纲二、各类井下工具的工作原理油井井下工具一是抽油泵三是卡封类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二是锚定类抽油泵二、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。抽油泵二、各类井下工具的工作原理1、管式抽油泵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。抽油泵二、各类井下工具的工作原理2、杆式抽油泵抽油泵二、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。上冲程下冲程锚定类1、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性能参数

参数型号通径（mm）泄油力矩（N·m）锚定压差（MPa）外型尺寸（mm×mm）工作压差（MPa）连接螺纹ZSXM-11562<1000<3Φ115×765<3027/8TBGZSXM-15076<1200<3Φ150×765<3031/2TBG1、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。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。2、液压油管锚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。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/in27/8TBG（31/2TBG）27/8TBG（31/2TBG）适用套管内径/mm118~132154~162

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。3、M115-76FY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二、各类井下工具的工作原理卡封类封隔器的分类（按实现密封方式）：

1、自封式

2、压缩式

3、扩张式

4、组合式封隔器：为了满足油水井某种工艺技术目的或油层技术措施的要求，由钢体、胶皮封隔件部分与控制部分构成的井下分层封隔的专用工具。1、封隔器二、各类油井井下工具的工作原理封隔器型号编制工作温度、工作压差钢体最大外径坐封方式代号解封方式代号固定方式代号分类代号二、各类油井井下工具的工作原理分类代号固定方式代号坐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、摩擦机构的张力。Y111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Y211Y221二、各类油井井下工具的工作原理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，kN80～10060～8080～10080～100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0C120～180适用套管内径，mm117.1～127.7146.3～154.3153.8～163.8220.5～228.5两端连接螺纹27/8TBG27/8TBG27/8TBG31/2TBG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

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。技术要求二、各类油井井下工具的工作原理二、各类油井井下工具的工作原理Y211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+轨道换向结构参数型号Y211-102Y211-115Y211-140Y211-150Y211-208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，kN60-8060-8080-10080-100100-120工作压差，MPa上20，下8工作温度0C120～180适用套管内径，mm107～115.2117.1～127.7146.3～154.3153.8～163.8220.5～228.5两端连接螺纹27/8TBG27/8TBG27/8TBG27/8TBG31/2TBG主要技术参数适用于套管内径为5～95/8in的油井的试油、采油、找水、堵水等工艺。适用范围二、各类油井井下工具的工作原理

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Y221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7—8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，密封油套环空（坐封负荷控制在30—40kN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

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mm121-132158-166密封压差MPa2020工作温度℃120120两端连接螺纹27/8TBG27/8TBG技术参数二、各类油井井下工具的工作原理验封生产Y445型封隔器工作原理

坐封与自验封：封隔器下到预定位置后，从油管投入Ф30mm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50±10kN）。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。解封与打捞：用Ф73mm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

管柱特点

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。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。主要技术参数技术要求封隔器在下井过程中，遇卡时，承受上提力要小于200kN，如提不动时可进行坐封、丢手、打捞操作。解封时，上提下放动作应重复几次，以解封彻底。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2、防顶卡瓦二、各类油井井下工具的工作原理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其它1、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。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1——3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。撞滑式泄油器结构与工作原理最大外径（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技术参数适用范围适用于套管内径为ф121-124mm的抽油井。性能参数最大外径最小通径长度联接扣型适用范围Ф89mmФ46mm420mm27/8TBG油管扣适用于44抽油泵Ф114mmФ64mm430mm31/2TBG油管扣适用于95抽油泵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。压缩式泄油器结构与工作原理

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。最大外径最小通径长度联接扣型适用泵性Ф95mmФ59mm900mm27/8TBG油管扣56抽油泵Ф107mmФ72mm920mm31/2TBG油管扣70抽油泵性能参数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。销钉泄油器结构与工作原理

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性能参数最大外径最小外径长度联接扣型适用范围Ф89.5mmФ36mm230mm27/8TBG油管扣≤Ф56泵Ф107mmФ60mm242mm31/2TBG油管扣70泵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。其它2、脱接器二、各类油井井下工具的工作原理自旋式脱接器结构及工作原理

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。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。技术参数总长为600~700mm；上体外径为63.5mm（Ф95泵，Ф83泵）、57.5mm（Ф70泵）；下体外径为80mm（Ф95泵，Ф83泵）、64mm（Ф70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。

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。结构原理卡爪脱接器脱节器总长540mm刚体最大外径78mm卡爪外径Ф61mm内径Ф30mm释放接头Ф73mm联接螺纹扣CYG25抽油杆适用范围适用于Ф83mm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。技术参数注意事项其它3、泵下挡砂器二、各类油井井下工具的工作原理结构及工作原理

液砂分离装置主要由上接头，螺旋体、外管、分离锥体、下接头组成，外管上开有进液孔，螺旋体为中空的螺杆，分离锥体为具有一定锥角度的锥体。接抽油泵接沉砂尾管

根据经验液砂分离所需初速度为30m/s，以此为基础，以处理液量不同对分离装置系列化。一、前言二、各类井下工具的工作原理三、特殊井井下工具及配套提纲三、特殊井井下工具及配套1、可验封管柱配套及工作原理Y211\Y221封隔器Y111封隔器DJD开关＋＋底部配套沉砂尾管及丝堵，尾管数量视油井出砂情况及油井井筒条件制定侧向进油，垂向密闭，确保油管的垂向密闭卡封层生产层DJD开关生产层卡封层DJD开关

管柱下井后即可验封，对完井管柱可靠性进行验证。管柱在井下工作时可随时验封，对生产高含水原因进行的验证分析。对欲改层而新层含水状况认识不清的油井可使用该管柱进行地层含水认识。投入低、成效大，投入产出比显著。封上抽下管柱封下抽上管柱管柱特点三、特殊井井下工具及配套1、可验封管柱配套及工作原理设计注意事项可验封管柱在设计过程中应注意以下几个事项：1）、必须避开套管接箍2）、最末级封隔器不得下入下级油层上界以下3）、若末级封隔器与下部油层上界距离小于一根油管长度，应将DJD开关更换为单流阀4）、考虑到普通封隔器承压性能，要求验封压力按照以下要求执行封隔器深度19002000210022002300打压压力（最大）6Mpa5Mpa4Mpa3Mpa2Mpa选井条件在满足可验封工艺应用范围的前提下，其选井应遵循以下条件：

1）、出砂不严重井（视可下入尾管深度及井史出砂情况决定）；

2）、原井管柱为二级封或二级封以下井；