封隔器總體介紹課件

7/2/20231封隔器的理論基礎(chǔ)及應(yīng)用*7/2/20232第一章、概述第一節(jié)、前言封隔器系指具有彈性密封元件，并籍此封隔環(huán)形空間，隔絕產(chǎn)層，以控制產(chǎn)（注）液，保護套管的井下工具.根據(jù)密封部位不同，可分為兩種。一種是油套與套管（或裸眼井壁）之間的密封，謂之“外密封”；一種是油管或油管密封短接（也稱密封段）與封隔器內(nèi)腔（或密封腔容座）之間的密封，謂之“內(nèi)密封”。7/2/20233目前常用的封隔器分為兩大類：可取式封隔器和永久式封隔器。對于封隔器本身來說，最關(guān)鍵的部件莫過于彈性密封元件，有人比之為封隔器的心臟，因為它在很大程度上影響甚至決定著封隔器系統(tǒng)井下工作的成敗。7/2/20234第二節(jié)、封隔器的發(fā)展

石油工業(yè)的興起和發(fā)展，伴隨著封隔器的問世和演變，早期的封隔器結(jié)構(gòu)簡單，用途單一、性能低下。1863年美國的布賴森發(fā)明了裸眼封隔器，1863年美國的圖爾特發(fā)明了一種開有油、套壓連通孔的單膠筒封隔器，其膠筒是在錐形體的楔入作用下膨脹的。隨后美國的封隔器研究又加快了步伐。蘇聯(lián)30年代初，阿塞拜疆油田首先采用正反扣螺栓式封隔器，1963年阿塞拜疆礦機研究所研制了結(jié)構(gòu)比較完善的尾管式封隔器，但其下入深度只有300~650米，有效工作壓差不超過2.5MPa。近幾十年，隨著鉆井、完井工藝不斷向高壓、高溫和復(fù)雜的深部地層方面發(fā)展，對封隔器提出更高的要求。7/2/20235第三節(jié)、封隔器的結(jié)構(gòu)一、密封部分：密封部分是在外力（機械力或液壓力）的作用下，發(fā)生動作，最終密封環(huán)形間隙，防止流體通過的機械。它是封隔器的關(guān)鍵部件，主要由彈性密封元件、賴以安裝密封元件的鋼碗、隔環(huán)（擋圈）和各種防止密封元件“肩部突出”的“防突”部件構(gòu)成。其中，密封元件是至關(guān)重要的核心部件，通常制作成“圓筒狀”，所以也俗稱膠筒。只是近來為了實現(xiàn)油管與封隔器之間的內(nèi)密封，密封元件才制作成各種形狀（如V形）的盤根。7/2/20236二、錨定部分：錨定部分也叫“支撐部分”，其作用是將封隔器支撐在套管壁上，防止封隔器由于縱向移動而影響密封性能，或引起封隔器過早解封，主要包括水力錨和卡瓦等。水力錨使用比較廣泛。它通常由許多卡瓦牙或鋸齒形錨爪（分布在活塞端部的圓柱面上）構(gòu)成的。它既可與封隔器設(shè)計成一體，與卡瓦配套使用，也可以單獨接在封隔器上7/2/20237三、扶正部分：扶正部分主要起扶正密封元件的作用（尤其在井身質(zhì)量不好的井中），同時也起初卡作用，以便封隔坐封。這種作用，通常由扶正彈簧和狀如燈籠的扶正器承擔(dān)。在轉(zhuǎn)動管柱座封封隔器時，扶正彈簧片以對套管壁的足夠的摩擦力，防止封隔器殼體隨管柱轉(zhuǎn)動。扶正器一般由扶正彈簧罩、彈簧座和彈簧構(gòu)成，其作用靠外端呈圓柱面的扶正塊來實現(xiàn)。7/2/20238四、坐封部分坐封部分是使封隔器坐于目的層段后保持密封狀態(tài)（即工作狀態(tài)）的機構(gòu)。通常，它包括坐封活塞，中心管（或開有軌跡換向槽的軌跡管），上、下接頭，滑環(huán)套等。坐封部分動作時，能起兩個作用：

1、推動錐體，使卡瓦張開（對于帶卡瓦的封隔器來說），并貼壓套管壁上。

2、壓縮彈性密封元件，使之脹大而密封。7/2/20239五、鎖緊部分：鎖緊部分是封隔器一旦坐封后，使之固定于坐封狀態(tài)（使密封元件密封后保持不變）的機構(gòu)。由于封隔器鎖緊機構(gòu)及動作方式在很大程度上影響封隔器的可取性，因而是設(shè)計可取式封隔器應(yīng)予重視的結(jié)構(gòu)部分。它通常由外中心管、銷釘，各種內(nèi)鎖緊機構(gòu)（如錐環(huán)、鎖環(huán)、鎖扣或鎖扣指以及棘輪機構(gòu)）構(gòu)成。7/2/202310

六、解封部分解封部分是使油、套連通，進而導(dǎo)致卡瓦收回，膠筒恢復(fù)原狀，以利于起封的機構(gòu)。對于丟式封隔器，則需另行配備專用的坐封和解封工具。它通常由平衡活塞、平衡閥（循環(huán)閥）、循環(huán)孔（連通孔）、缸套或解封套、解封銷釘構(gòu)成。7/2/202311第四節(jié)、封隔器的類型一、封隔器基本類型：

為了做好封隔器的預(yù)選工作，有必要了解封隔器有哪些類型，其主要結(jié)構(gòu)性能和使用條件是什么。7/2/2023121、永久式結(jié)構(gòu)原理：膠筒在錐體a之間壓縮，錐體靠卡瓦b固定。防突部件c保護膠筒瓣閥d插入油管后保持常開狀態(tài)，拔出即關(guān)閉，此油管底部帶有盤根密封，用以密封封隔器拋光的內(nèi)部密封腔，限位絲扣e固定此盤根。坐封方式：機械、水力、氣壓。解封方式：不能解封。使用場合：（1）高壓或油管負荷變化大，要求長期可靠密封的井；（2）油管長度變化大的深井；（3）生產(chǎn)條件復(fù)雜，坐封的準確位置比較惡劣。7/2/2023132、水力膨脹式結(jié)構(gòu)原理：硫化有金屬加強筋的彈性膠筒a，在高壓液體作用下向外擴張，緊貼套管壁。單流凡爾b防止膨脹液外流，使膠筒脹開，只有在動油管柱解封時，通道c才打開，于是膠筒回收（如圖2-2）。坐封方式：油管憋壓。解封方式：轉(zhuǎn)動或上提油管，使卸壓槽對準單流凡爾。使用場合：（1）井壁不規(guī)則的裸眼井或套管損壞的井；（2）選擇性措施和測試；（3）分層采油、注水。7/2/202314

3、水力自封式結(jié)構(gòu)原理：由于皮碗是過盈的，故在起下過程中總是緊貼套管壁，每只皮碗只能承受單向壓差，而且壓差越大，皮碗與套管的密封也就越牢。（如圖2-3）坐封方式：一般不要求坐封動作解封方式：硬拔使用場合：（1）壓差小的淺井；（2）壓力可平衡或油管可錨定的井；（3）只需要成本不高的水力密封的井。7/2/202315

4、支柱式結(jié)構(gòu)原理：當(dāng)封隔器下面的油管(亦稱錨定管)接觸下支撐點（井底、下封隔器、橋塞或臺階）時，油管壓重作用在封隔器上，膠筒在鋼碗a、b之間壓縮，鎖扣指c彈出接受槽d,（如圖2-4）坐封方式：下放壓重。解封方式：上提油管。使用場合：（1）作為上封隔器堵漏；（2）預(yù)計沒有高壓的井；（3）油管無需保持張力的井。7/2/202316

5、張力式結(jié)構(gòu)原理：當(dāng)卡瓦b咬住套管后，上提油管，膠筒即被壓縮于中心管與錐體a之間。通常，下壓易使封隔器密封良好，上壓則可使封隔器解封（如圖2-5）。坐封方式：反轉(zhuǎn)上提。解封方式：正轉(zhuǎn)下放。使用場合：（1）、1500米以內(nèi)的淺井注水和增產(chǎn)措施；（2）、張力補償上壓； (3）、卡瓦和坐封機械要求避開腐蝕性流體。7/2/2023176、機械壓縮式結(jié)構(gòu)原理：當(dāng)卡瓦b咬住套管，油管重量作用于封隔器上時，膠筒即被壓縮于中心管與錐體a之間，上壓使封隔器密封更牢，下壓則易使封隔器解封，依靠下壓動作的水力卡瓦可平衡壓力，從而承受雙向壓差（如圖2-6）坐封方式：下放油管，施加壓重。解封方式：上提油管，釋放壓重。使用場合：（1）、不帶水力錨，用于只有上壓的井（低壓自噴井或抽吸作業(yè)）；（2）、帶水力錨，用于增產(chǎn)措施、抽吸、采油（氣）和封堵，多管完井中用做上封隔器。7/2/2023187、水力壓縮式結(jié)構(gòu)原理：油管蹩壓后，膠筒即在錐體a和活塞b之間壓縮，內(nèi)腔d中的作用壓力下推活塞b，從而使卡瓦張開，并使水力卡瓦e固定住中心管，內(nèi)鎖緊卡瓦f使封隔器保持坐封狀態(tài)（如圖2-7）坐封方式：油管蹩壓。解封方式：上提或轉(zhuǎn)動油管。使用場合：（1）只要求承受下壓（帶水力錨可承受雙向壓差）的井；（2）最好不動管柱的深井和斜井；（3）要求多次坐封多個封隔器的多層完井。7/2/2023198、機械張壓式結(jié)構(gòu)原理：依靠可以上移和鎖住反扣c的扇形螺帽b，將膠筒壓縮于中心管和錐體a之間，對動卡瓦d借助于油管張力或壓重，使封隔器保持密封（如圖2-8）坐封方式：張力加壓重（上提或下放油管）。解封方式：正轉(zhuǎn)上提油管。使用場合：（1）油管可以處于張力、壓縮力或中和狀態(tài)（不張不壓）的井；（2）可能有上壓、下壓的井；（3）代替永久可鉆式封隔器。7/2/2023209、水力張壓式結(jié)構(gòu)原理：油管蹩壓時，膠筒即被壓縮于錐體a和中心管之間，內(nèi)腔d中的作用壓力上推活塞c，張開卡瓦d，活塞e靠內(nèi)鎖緊卡瓦f使封隔器保持坐封狀態(tài)，外卡瓦d承受雙向壓差（如圖2-9）坐封方式：油管蹩壓。解封方式：上提或轉(zhuǎn)動油管。使用場合：（1）、油管可以處于張力、壓縮力或中和狀態(tài)（不張不壓）的井；（2）、油管可起出，封隔器能丟手；（3）、有雙向壓差的井；（4）、最好不動管柱就能坐封的井。7/2/202321第五節(jié)封隔器的分類及型號編制

隨著油氣井的勘探開發(fā)向縱深方式發(fā)展，為滿足各種復(fù)雜情況的井下條件和工藝措施要求，國內(nèi)外各油田都研制了多種多樣的封隔器，主要來自于封隔器結(jié)構(gòu)上的變化，特別是密封元件的工作原理，幾何形狀和所用材質(zhì)等方面的改進及坐封、解封、鎖緊等動作的變化，為了便于從事封隔器的研究、試驗、加工、使用和管理人員能夠便捷地篩選和鑒別各種封隔器，中華人民共和國石油工業(yè)部1986年9月6日發(fā)布了“油田封隔器的分類及型號編制方法”。7/2/202322一、封隔器的分類1、分類方法：按封隔器封隔件的工作原理分類2、分類：（1）自封式：靠封隔件外徑與套管內(nèi)徑的過盈和壓差以實現(xiàn)密封的封隔器；（2）壓縮式：靠軸向力壓縮封隔件，使封隔件直徑變大以實現(xiàn)密封的封隔器；（3）楔入式：靠楔入件楔入封隔件，使封隔件直徑變大以實現(xiàn)密封的封隔器；（4）擴張式：一定壓力的液體，作用于封隔件內(nèi)腔使封隔件直徑變大以實現(xiàn)密封的封隔器7/2/202323二、封隔器的型號編制1、編制方法：按封隔件分類代號，封隔器支撐、坐封、解封方式代號及封隔器鋼體最大外徑五參數(shù)依次排列，進行型號編制鋼體最大外徑解封方式代號坐封方式代號分類代號支撐方式代號7/2/202324表１：2、代號說明及應(yīng)用舉例（1）分類代號：用分類名稱第一個漢字的漢語拼音大寫字母表示，方法如表1分類名稱自封式壓縮式楔入式擴張式分類代號ZYXK7/2/202325表２：（2）支撐方式代號：用阿拉伯?dāng)?shù)字表示，方法如表2支撐方式名稱尾管單向卡瓦無支撐雙向卡瓦錨瓦支撐方式代號１２３４５7/2/202326表３：（3）坐封方式代號：用阿拉伯?dāng)?shù)字表示，方法如表3坐封方式名稱提放管柱轉(zhuǎn)管柱自封液壓下工具坐封方式代號123457/2/202327表４：（4）解封方式代號：用阿拉伯?dāng)?shù)字表示，方法如表4