井下工具及分注工艺管柱

井下工具及分注工艺管柱刘汝福中原油田采油工程技术研究院主要内容常用井下工具分注技术影响分注有效期的因素认识与建议封隔器是在井筒中把不同的油层、水层分隔开并承受一定压差的井下工具。其满足采油工艺要求。既能下到井筒预定位置，封隔严，又能在井下具有耐久性。需要时可顺利起出。封隔器的坐封：每一种封隔器在给定的方法和载荷作用下产生动作，使封隔件始终处于工作状态。封隔器的解封：需要起出封隔器时，按给定的方法和载荷解除封隔件的工作状态。封隔器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支撑方式代号分类方式代号分类名称自封式压缩式扩张式楔入式代号Z

Y

KX封隔器型号编制举例工作温度/压力钢体最大外径解封方式代号坐封方式代号支撑方式代号分类方式代号Z331--115--120/35封隔器型号编制举例工作温度/压力钢体最大外径解封方式代号坐封方式代号支撑方式代号分类方式代号Y221--115--120/35封隔器型号编制举例工作温度/压力钢体最大外径解封方式代号坐封方式代号支撑方式代号分类方式代号Y341--114--120/35封隔器型号编制举例工作温度/压力钢体最大外径解封方式代号坐封方式代号支撑方式代号分类方式代号K344--114--90/25封隔器型号编制举例工作温度/压力钢体最大外径解封方式代号坐封方式代号支撑方式代号分类方式代号Y453--108--150/501、上接头2、销钉3、调节环4、“O”型胶圈5、胶筒6、隔环7、中心管8、“O”型胶圈9、承压接头10、“O”型胶圈11、坐封剪钉12、键13、下接头14、压缩距垫环.Y111型封隔器

Y111封隔器是以井底（或卡瓦封隔器和支撑卡瓦）为支点，加压一定管柱重量来坐封。这种封隔器的结构较简单，各油田的封隔器也基本相同。结构：如图所示

Y111型封隔器①用途：用于分层试油、采油、找水、堵水和酸化。不仅能单独使用（以井底支撑），也可和卡瓦封隔器或支撑卡瓦配套使用。②工作原理：坐封时按所需坐封高度（油管挂距顶丝法兰的高度）配置管柱。因承压接头和上接头与尾管（卡瓦封隔器或支撑卡瓦）相接，以井底（卡瓦封隔器或支撑卡瓦）为支点，坐封剪钉被剪断，上接头、调节环、中心管和键一起下行，封隔油管和套管的环形空间。解封时上提管柱，胶筒收回，恢复原状。Y341型封隔器1、上接头2、销钉3、反洗活塞4、胶筒5、锁爪6、锁套7、中心管8、活塞9、下接头.Y341型封隔器：为水力压缩式封隔器，无支撑，靠从油管柱内加液压来座封，一般可多级使用。结构

Y341型封隔器

用途：用于分层试油、采油、找水、堵水和酸化。不仅能单独使用，也可和卡瓦封隔器配套使用。工作原理坐封：从中心管加液压，在液压的作用下反洗活塞下行坐在洗井密封套上，密封洗井通道。坐封活塞上行压缩胶筒，密封油套环空，并被锁爪与锁套锁紧，达到始终密封的状态。

洗井：从套管注入，反洗活塞在套压作用下，向上移动，打开洗井通道，洗井液沿洗井通道下行直到井底，再从油管返出井口。

解封：上提管柱，锁爪被释放，在胶筒回弹力作用下锁套活塞下行，胶筒回收，实现解封。

卡瓦式封隔器可防止油管柱的轴向移动（单向移动或双向移动），所用胶筒为压缩式，一般均靠下放一定管柱重量坐卡和坐封，也有靠从油管柱内加液压来坐卡和坐封的。都不能多级使用。Y221卡瓦式封隔器一、用途用于分层试油、采油、找水、堵水、压裂、酸化和防砂。二、结构如图所示。卡瓦式封隔器坐封；按所需坐封高度上提管柱旋转管柱。因扶正器依靠弹簧的张力造成扶正块与套管壁的摩擦力沿轨迹中心管的轨迹槽运动，滑环销钉从短槽的上死点运动到坐封位置时的长槽的上死点，卡瓦从收拢状态变成撑开状态（被锥体锥开），并卡牢在套管壁上。同时坐封剪钉被剪断，上接头、调节环和轨迹中心管下行，压缩胶筒，使胶筒的直径变大，从而封隔油，套管环形空间。解封：上提管柱，上接头、调节环和轨迹中心管一起上行。滑环销钉运动到下死点，锥体退出卡瓦，卡瓦收回解卡；胶筒收回解封。Y221封隔器工作原理1、下管柱时，管柱上提高度必须小于防坐距（Y211），一般不得超过0.4米，否则会使封隔器中途坐封。如遇封隔器中途坐封时，可上提管柱1米左右，解封后继续下管柱。2、在井下条件允许时，封隔器下部应按30-40米尾管。3、坐封封隔器的坐封高度，决定于下入深度、坐封载荷和胶筒密封压缩距等因素。技术要求水力扩张式封隔器，是靠胶筒向外扩张来封隔油套管环形空间。因此，胶筒的内部压力必须大于外部压力，也就是油管压力必须大于套管压力。所以，水力扩张式封隔器必须和节流器配套使用。水力扩张式封隔器用途用于注水、酸化、压裂、找串、封串、井口试压等。结构如图所示。水力扩张式封隔器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PSQ19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QD5防气锚FQM10球座QZ水力锚用途：利用水力锚爪的咬合力来克服分层作业中油管所受的拉力或压力。结构滑套开关用途工作原理充气加压气举阀气举原理油压PfPbt气室油管波纹管套压PgAb凡尔座Av油管生产滑块捞矛用途滑块捞矛是一种在落鱼鱼腔内进行打捞的不可退式工具。主要用于打捞油管钻杆、带通孔的下井工具。可对落鱼直接进行打捞，又可进行倒扣，还可配合震击器进行震击解卡。作用原理当捞矛滑块卡瓦牙进入鱼腔一定深度后，卡瓦牙块在自重作用下，沿牙块滑道下滑与鱼腔内壁接触，上提钻柱，卡瓦牙与鱼腔内壁的接触摩擦力增大，斜面向上运动所产生的径向分力迫使卡瓦牙咬入鱼腔内壁，随上提负荷的增大而咬入深度越深咬紧力也越大。接箍捞矛

主要用于接箍的打捞。井内落物中凡带接箍的管类、杆类落物均可使用，如油管、钻杆、抽油杆接箍及各种下井工具接头等。接箍捞矛目前有抽油杆接箍捞矛和油管、钻杆接箍捞矛两种。结构相似，使用方法基本相同，现以油管接箍捞矛为例进行说明。（1）油管接箍捞矛基本结构此工具关键是下部的卡瓦牙片，卡瓦下端加工成与被捞接箍螺纹相同的牙齿如油管或钻杆螺纹，纵向对开4～6条窄槽，卡瓦下端面倒成30°锥角，芯轴下部呈球棒形，开有水眼与接头连通。为方便引入鱼腔和冲洗鱼腔，下部须装冲砂管。（3）作用原理

工具入井进入接箍前，卡瓦自由外径小于接箍最大内径，当卡瓦进入接箍并抵住最小内径部位时，在钻柱继续下放的重力作用下，卡瓦则相对上行，抵住上接头。此时，上提钻柱及工具，芯轴下端的大径球棒体将卡瓦胀开，卡瓦下端的螺纹则与接箍内螺纹对扣。此时，继续上提钻柱，对扣则更加严紧，打捞咬紧力增大，卡瓦内外锥面贴合，阻止了对扣后的螺纹牙卡退出，从而实现抓捞。卡瓦牙的螺纹表面处理硬度应达HRC55～60。作用原理爆炸切割弹下至设计深度后，地面接通电源，引爆雷管，雷管引爆炸药。炸药产生的高温高压气体沿下端的喷射孔急速喷出，因喷孔是沿圆周方向均布巳为紫铜制成的，孔小且数量多，高温气体则喷出将被切割管壁熔化，高压气体则进一步将其吹断，之后高温高压气体在环空与修井液等液体相遇受阻而降温降压，切割即完成。聚能切割（爆炸）工具弹簧式套管刮削器由上接头（母螺纹）、壳体、固定块、内六角螺钉、刀板、弹簧刀板座、下接头等零部件组成。刀片表面处理硬度HRC55～60，水眼直径大于40mm。刮削类工具刮削套管内壁，清除死油死蜡、射孔孔眼毛刺，封堵作业残留的水泥、堵剂等等，对保证下井工具的顺利起下。Y221封隔器Y111封隔器FD245锚及丢手球座Y341封隔器Y241封隔器液压丢手重力坐封式卡堵管柱液压坐封式卡堵管柱

可钻桥塞及配套技术

用于套变、带喷、高蜡及井况正常的油、气、水井，代替分层填砂及打水泥塞工艺。由液压投送器（电缆投送器）、可钻桥塞组成。适用范围油层水层可钻桥塞液压投送器油田2008年开发思路以注水井为对象的低效井组井组层间精细注采调整

分注技术及管柱管柱组成

支撑卡瓦偏心配水器水力锚

Y341注水封隔器底部球座和筛管等支撑锚定补偿管柱注水层注水层注水层偏1水力锚封1偏2封2偏3支撑卡瓦球座支撑锚定补偿分注管柱支撑锚定补偿管柱注水层注水层注水层偏1水力锚封1偏2封2偏3支撑卡瓦球座工艺原理支撑锚定补偿分注管柱

将井口“移动”到油层上界，变“深井”为“浅井”：

管柱到位后，井口预留与温度效应引起的收缩量相当的长度，在卡瓦坐卡后，将井口预留量下入井内，加液压完成封隔器坐封。技术特点在停、注、反洗条件下，保证封隔器不蠕动，即：管柱实现完全锚定。锚定方式安全、可靠。配置简单，便于深井施工。支撑锚定补偿管柱注水层注水层注水层偏1水力锚封1偏2封2偏3支撑卡瓦球座支撑锚定补偿分注管柱应用情况

该管柱是中原油田目前应用最广的分注管柱，近几年在中原油田得到了广泛推广应用，在现场应用700余井次。支撑锚定补偿管柱注水层注水层注水层偏1水力锚封1偏2封2偏3支撑卡瓦球座支撑锚定补偿分注管柱高压顶封管柱

主要用于保护注水层以上套管，使其不受高压注水的危害；恢复上部套损套漏井生产；停上层单注下层；配套其它工具实现分注井的顶封保护工艺。

球座导流器水力锚封隔器停注层注水层油套分注管柱

文东油田和文南油田属于特殊的深层低渗油藏，这两个油藏以前基本未开展分注，主要原因：（1）井深在3000米以上，目前投捞工艺不能对偏心配水器或空心配水器进行投捞调配。（2）封隔器要求耐温140℃、耐压差35-50MPa，目前的Y341封隔器由于采用薄壁胶筒，根本不能满足该种条件下的长期有效。

针对这两个难题，以Y221封隔器为主设计了油套分注管柱。管柱组成水力锚Y221封隔器筛管、丝堵油套分注管柱图丝堵筛管注水层注水层Y221封隔器水力锚油套分注管柱油套分注管柱图丝堵筛管注水层注水层Y221封隔器水力锚技术特点通过井口调配水嘴，解决了井下投捞问题封隔器采用壁厚胶筒，耐温、耐压差能力高油套分注管柱应用情况油套分注管柱图丝堵筛管注水层注水层Y221封隔器水力锚

现场应用168口井，施工成功率100%，封隔器下入最大深度3844米，最高注水压力45MPa，最长有效期760多天。油套分注管柱

中原油田斜井的井身剖面由井身剖面由直井段—增斜段—稳斜段组成。其特点是造斜位置相对较深，造斜点一般在2000米以下，斜度大，最大井斜达到70°。

增斜段直井段井身剖面图稳斜段大斜度井分注管柱这种斜井井身结构给分注工作造成很大困难：大斜度井分注管柱

管柱下入过程中，易发生遇阻现象，并且造成油管外壁与套管内表面严重摩擦；由摩擦力产生的摩擦功一部分转化为摩擦热消耗掉，另一部分表现为金属的磨损；（1）管柱下入困难，套管磨损严重（2）井斜造成封隔器密封性能下降

在重力效应作用下，封隔管柱受到径向分力的作用，管柱严重偏向套管的一边，致使封隔器坐封时胶筒受力不均，承受压差时应力集中，导致胶筒密封性能下降，分注管柱的使用寿命缩短。大斜度井分注管柱（3）井斜造成配水器投捞困难

因此，斜井分注管柱必须设计保护套管、预防磨损装置，将套管损害降低到最小并且能够确保封隔器胶筒居中密封，同时为了保证施工的安全性，封隔器、扶正器、支撑工具均应采用液压型工具。

大斜度井分注管柱管柱组成防磨扶正器水力卡瓦水力锚斜井封隔器斜井配水器扶正居中器球座等油层1油层2油层3斜井配1封隔器扶正器水力卡瓦扶正器居中器斜井配3底+筛+堵水力锚封隔器斜井配2大斜度井分注管柱大斜度井分注管柱技术特点防磨扶正器扶正居中器配置油管防磨扶正器，顺利起、下管柱，并减小套管和工具磨损。配置“液力扶正器”，工具串强力居中，避免胶筒应力集中。采用免投捞恒流配水器，解决打捞、调配的问题。大斜度井分注管柱注水层注水层高压分层注水管柱技术特点1.实现高压分层注水和油套管保护；2.可以有效防止管柱蠕动；3.有效降低管柱伸缩变形造成的失效和破坏。

4、管柱施工工艺不变。Y341封隔器偏心配水器水井油管锚Y341封隔器偏心配水器管柱伸缩补偿器筛管丝堵952-1凡尔国内主要分注管柱江汉油田国内主要分注管柱有效克服管柱蠕动，补偿管柱伸缩，改善管柱的受力条件，提高封隔器的密封压力和使用寿命。注水压差（MPa）适用井斜（°）适用井温（℃）分注层数≤35≤45≤150≤4层

补偿器

水力锚

Y341封隔器

水力卡瓦

配水器

配水器注水层注水层

Y341封隔器

底+筛+堵锚定补偿分层注水工艺技术胜利油田国内主要分注管柱液力投捞斜井（细分）分层注水技术封隔配水器-----层间封隔和分层配水液力投捞

小直径流量计

配水芯子

管柱自身定位----薄夹层准确卡封内外扶正机构----配水芯子、管柱居中注水层注水层注水层注水层注水层缓冲器封隔配水器封隔器配水器芯子连通器定位器细分分注井注水管柱

--水量测试调配一次调测5层具备验封功能最小卡封距：1.8m最小坐封段：0.89m最大井斜:60°定位准确:±0.15m南阳油田分层启动压力测试管柱配套工艺

多年来,跨层系开发、合注、笼统措施、监测不到位，地层认识不清,给分注带来了很大的盲目性，为了得到各层真实的启动压力、层间窜通情况以及油水井对应情况，以便对各层进行合理配注，实现注水到层的目标，设计了注水井分层启动压力测试管柱。分层启动压力测试管柱管柱组成控制阀水力锚Y341FW型封隔器水力卡瓦坐封球座底+筛+堵Y341FWY341FW油层1油层2油层3控制阀锚坐封球座水力卡瓦控制阀分层测试管柱技术特点

可实现五级六段以上多级多段测试：封隔器内通径60mm，可进行多级投球；封隔器采用“分体式”逐级解封方式，解封力小。底+筛+堵Y341FWY341FW油层1油层2油层3控制阀锚坐封球座水力卡瓦控制阀分层测试管柱分层启动压力测试管柱应用举例：新濮2-89分层启动压力测试管柱井组位于濮城油田西区沙二上2+3层系濮4断块北部。2006年6月13日-7月27日，实施了五级六段分层启动压力测试。分层启动压力测试管柱层位井段厚度分层测试测试结果S2S2.4+52380.82388.87.2第一段19.8MPaS2S2.6+72395.42399.03.6第二段8.7MPaS2S2.6+7239924056.0S2S2.724052409.04.0S2S3.2241324174第三段10.2MPaS2S3.324272431.54.5第四段6.5MPaS2S3.4243924434第五段15.7MPaS2S3.724642470.56.5第六段10.4MPa效果分层启动压力测试管柱

所取得的资料与井组历史资料进行了分析对比，结合剩余油分布规律，对油藏进行了再认识，并制定了措施改造的工艺方案：S2S3.2-7实施打桥塞封堵，S2S2.4+5实施挤堵，对S2S2.6+7小层实施单层注水。措施后，注水井XP2-89完成每天60m3的配注量，日降水近100m3，其对应的6口油井，产液量及含水均有不同程度的降低，日增油近3t。其中2-134井产液量由措施前的120t下降到目前的60t，日产油由1.2t上升到2t，含水由99%下降到97%左右。

新型材料水嘴

现场中普遍使用的是Al2O3

水嘴在高压下易出现刺大、破碎的情况，有效期较短，有的只有2-3天就发生刺大情况。为了解决水嘴刺大、破碎的问题，开发了以Y2O3作为稳定剂的四方多晶氧化锆材料，并采用等静压成型方法制作成氧化锆水嘴。由于大量介稳四方氧化锆（t-ZrO2）存在，通过应力诱导相变增韧机制，使材料具有极佳的力学性能，其强度、断裂韧性和耐磨性为一般工程陶瓷的8-10倍。新型材料水嘴配套工艺氧化铝陶瓷的显微结构氧化锆陶瓷水嘴的显微结构三、影响分注有效期的因素工具问题厂家多,质量参差不齐集团公司近几年井下工具抽检结果封隔器合格率75--80%配水器合格率80%左右中原油田分注工具(封隔器配水器水力锚)合格率80%左右,2006年物资质量大检查高性能封隔器合格率小于50%影响分注有效期的因素工具问题结构不合理洗井流道后退距影响分注有效期的因素井筒⑴由大型措施、固井质量差、盐膏地层等诸多因素造成套变、套损、管外窜漏的井况原因，导致分注失效。文33-XX井2006年2月25日卡封转注，下封时井口遇阻，第一根套管短节有不规范锯口；P5-117二级二段分注，注水压力突然大幅度下降，找漏作业确认井筒窜漏。影响分注有效期的因素井筒⑵结垢、堵剂、腐蚀产物等影响套管内壁与胶筒间的密封性。WM1-XX井2006年10月22日调剖后分注，冲洗井段1762.27-1887.50m，返出黑色粒径为0.01-0.02mm套管污垢及调剖剂。下φ116×1.55m套铣筒通井至1887.50m，洗井。正常注水压力14.5Mpa，日配注100m3，实际日注50m3，2007年3月因注不进重炮分注，2007年5.18日吸水剖面显示封隔器失效。影响分注有效期的因素作业质量1)座封载荷不够造成分注失效WC10- X井2006年10月30日换封作业，管柱为Y221M-114地面分注管柱。2007年5月23日，在停注上层时发现油套平衡，管柱失效。分析主要原因为座封载荷不够，仅为85KN，而额定载荷为100-120KN。2)

封隔器位置不准确，造成分注失效

WMC1-X井测吸水剖面时，反映封隔器卡在层内。丈量深度1852.45m，校深深度1850.4m，油层底界1851.9m，卡在层内1.4m。下2.5m短节1根调整封隔器深度为1852.9m，上提油管1.2m座封Y221封隔器，封隔器实际深度1851.7m，卡在层内。与测井公司吸水剖面资料显示的位置1850m基本一致。影响分注有效期的因素作业质量3)操作不平稳在工具下井作业过程中，由于操作不平稳，下封时速度过快或猛提猛放可导致中途座封或对封隔器胶筒造成损伤，致使胶筒渗漏而失效。文东油田的13-X、13-Y、13-Z三口高压注水井，坐封合格，一个月失效。注水过程中,压力波动过大,也会造成封隔器解封,管柱失效.影响分注有效期的因素油管分注井使用修复油管或直接使用油井油管进行分注，导致分注后验封不合格或有效期缩短。W95-78井，2006.3.5-3.20日卡封转注，因油管紧张使用原井未检测的抽油管柱直接下封，下封后验封，起出管柱检查部分油管锥度不够，更换油管500m后下封验封合格。

W79-X井2006.4.2日卡封转注时使用原井抽油泵管下入封隔器，5