井下工具

井下工具（编写：段国宝、甄宝生、姜志强、张宏伟、张宗亮、胡忠太、张志强；审核：王力群、贺子伦）介绍海上油(气)田油井测试作业中经常接触的井下工具,包括完井生产管柱井下工具和钢丝作业常用井下工具两部分.第一部分生产管柱中的井下工具海上油(气)田完井生产管柱中常用井下工具种类包括:封隔器(Packer)、井下安全阀(SSSV)、滑套（SlidingSleev）、工作筒（Nipple）、偏心工作筒（SidePocketMandrel）、伸缩短节（ExtensionJoint）、座落接头（SeatingNipple）、流动短节（FlowCoupling）、加厚管（Blastjoint）、测试阀、泄油阀、Y工作筒、Y堵塞器、射流泵、毛细管压力监测装置等.第一节封隔器封隔器是生产管柱中最主要的井下工具之一，其主要功能如下：1）分隔生产层段，防止层间流体和压力的串通、干扰；2）分隔压井液和生产液；3）满足采油（气）生产和修井作业的各种要求；4）保留住套管环空中的封隔液，起到保护套管和安全生产的作用。用于海上油（气）田完井的封隔器可分为可回收式和永久式两大类型，而按坐封方式，可分为液压坐封、机械坐封和电缆坐封。一、可回收式封隔器1．单管封隔器单管封隔器，按其坐封方式，可分为液压坐封式和机械坐封式两类。（1）带水力锚结构的单卡瓦液压坐封式单管封隔器。l）结构及坐封原理以“FH”型液压坐封单管封隔器为例说明这类封隔器在下井、坐封和释放解封三种状态。在封隔器以下的球座上投入密封钢球或在工作筒内坐人堵塞器，从油管内加压，当油管压力与环空压力达到一定差值（剪切销钉材料、数量不同，则坐封压力不同。各产品都有坐封压力规定，也可按用户要求设计）时，剪断坐封销钉，活塞向下（有些产品向上）移，拉（或推）锥形体、密封件、内卡瓦等部件，使卡瓦张开咬住套管壁、密封件受压缩径向膨胀，密封环形空间，内卡瓦与心轴棘齿锁住，使活塞在油管压力释放时不能复位，保持坐封状态。图b水力锚1的内腔有一液压孔与密封胶筒下部的环行空间连通，当环空压力升高时，水力锚向外扩张，咬住套管壁，防止封隔器上移解封。2）解封。大部分产品是上提油管串，达到一定拉力后剪断销钉（或剪切环），即可释放解封；也有部分产品采用上提加旋转解封的方式。图c为上提解封的方式。3）适用条件。此类封隔器适用范围广，可应用于各种油、气生产井和注水井，特别是大斜度井的多层完井和双管完井。“FH”型液压封隔器（2）双卡瓦液压坐封单管封隔器HALLIBURTON“PHL”（HydraulicsetPerma一1achPacker）型双卡瓦液压坐封单管封隔器的结构图。油管内加压坐封，上提油管解封。该封隔器的特点是采用上卡瓦来代替传统式的水力锚，因而具有结构简单、外径小、耐大压差而又价格较低等特点；另外还可以根据需要，在同一管串中多个封隔器调整不同的坐封压力等级实现分别坐封、验封，满足单管分层分采等需要。“PHL”型双卡瓦液压坐封封隔器（3）机械坐封式单管封隔器1）结构及坐封原理HALLIBURTON“CHRMPK-Ⅲ”型封隔器，上提管柱一定高度后右旋转一定圈数（与下入的深度有关）使J型销转到长槽位置，在保持扭矩情况下，下放管柱加压以胀开卡瓦咬住套管壁，与此同时密封胶筒受压缩径向膨胀密封环形空间。2）解封此类封隔器大部分是直接上提油管串释放卡瓦和胶筒而解封。为了减少解封力和起下封隔器时的阻力，一般都设计有油套连通压力平衡通道，此通道在坐封状态时不连通。3）适用条件此类封隔器的优点是容易坐封和解封，使用后保养、维修再利用简易，价格较低，短期、临时性完井施工作业，例如砾石充填前的TCP射孔、延长测试、试油作业等尤其有用。“CHRMPK-Ⅲ”型机械坐封封隔器2．液压坐封双油管封隔器A-5型双油管封隔器的结构，坐封及解封的方法及作用原理与单管液压坐封式封隔器类似。大部分产品都是从短管加压坐封，也有部分产品由长管加压坐封或设计为选择性坐封。A-5型液压坐封双油管封隔器双管封隔器与上部短管串的连接方式主要有以下三种方式：①油管螺纹连接。短管顶部是油管接箍，下井时在井口直接连接油管，然后双管并排下入。②密封杆直接插入，上提拔出，为S型密封插头。③带螺纹卡簧形密封杆（“K”型锚）重力插入，右旋转一定圈数（BAKER产品为15圈）拔出。与下部短管串连接是直接旋转封隔器的短管，实现螺纹接。3．电缆穿越双管封隔器此类封隔器的结构形式，坐封、解封方法和工作原理都与液压坐封双油管封隔器相似，作为双油管封隔器在海上油田电潜泵完井作业中的特殊应用。长管连接生产管串，短管连接电缆密封装置和环空放气阀并穿越电缆，有些产品还有化学剂注入通道，可根据需要选用。（1）OT1S“RDH”型电潜泵双管封隔器下图为RDH双管封隔器结构示意图。1）坐封。从长管（图中右边管）加压（17.24～24.14MPa），通过传压孔推动活塞9和短管向下移动，剪断销钉1，短管向下移动过程促使卡瓦6向外扩张并使密封胶筒受压膨胀密封环空，卸压后，棘齿8与中心管7的作用保持密封状态。2）解封。上提长管13.6t，剪断销钉5，当长管2上提到缩径部位，3与4之间的咬合松开并使3下落，卡瓦也同时下坠，解除坐封状态。3）电缆密封装置及放气阀。电缆穿越密封装置，需密封电缆的部分剥去铠皮，然后穿越，上紧压紧帽1和6即可使密封件4受压缩膨胀密封，此类密封装置适合于封隔器下入较浅的井，下深的井，一般采用先予制好的电缆密封装置，现场施工时将电缆切断再联接到密封装置上。放气阀，卸去丝堵3，连接液压控制管线至地面采油树，由液压控制放气孔A的开关，正常时处在关闭状态，需向环空放气时向液压管加压21～24MPa即可打开放气孔，此放气孔还可以作为注缓蚀剂和其它化学剂，也可作压井循环通道。排气阀设置有永久打开活塞2用剪断销钉1固定，设定的环空加压打开压力由销钉1的数量控制。环空加压时活塞下移力切断销钉，处在永久打开位置，可进行特殊情况下作业。（2）BAKER“TwinSeal”型电潜泵封隔器液压坐封，坐封压力一般为20.67MPa，可上提长管解封，解封力一般为13～23t；也可使用液压解封。耐温121℃，耐压差34.5MPa，短管可穿越电缆或预制好电缆接头（BIW），根据需要选用。（3）NODECO“RR”型可二次坐封电泵封隔器该封隔器是液压坐封，上提油管解封后不需提出井口维修又可以作为第二次液压坐封的电潜泵完井封隔器。其结构及作用原理示意图a、b、c、d所示。分别表示未坐封状态，第一次坐封状态，第一次解封状态和第二次坐封状态。NODECO“RR”型封隔器4．永久型可回收封隔此类封隔器的结构形式和坐封方式类似于永久式封隔器，可用电缆坐封，也可用油管（或钻杆）送入液压坐封或机构坐封；它又类似于可回收封隔器，用其配套的回收工具连接在油管下部（或钻杆）插入封隔器内孔，上提管柱可使其释放解封而被整体回收。有下列用途：①分层生产；②TCP射孔作业；③与充填转换工具配合，用于砾石填充防砂作业；④水平井裸眼完井，作为尾管悬挂器，携带防砂筛管和其它配套工具，或携带割缝管。（1）PTISVERSA—TRIEVE封隔其结构如图，底部可根据不同用途连接不同的工具，如连接砾石充填用的孔型流动节、密封加长筒、割缝管或TCP射孔等工具。适用于中压井。按其顶部接头不同的结构可分为“VTL”、“VTA”、“VTR”、“VSA”和“VSR等型号。(2)BAKER“SC”型封隔器BAKER这类封隔器有“SC—1”、“SC—L”、“SC—2”和“SC—HP—1“等型号。”“SC—1”型用于常温常压环境，耐温121℃（250℉），耐上、下压差41.38MPa（60000psi），尾管悬挂重量Size70～40（7in）型为45t(00001b)；“SC—2”和“SC—HP—1”型可用于高温高压，“SC—2”耐温162℃（350℉），耐上、下压差48.28MPa～60.07MPa（70000～90000psi）；“SC—HP—1”耐温232℃（450℉），耐上、下压差69MPa～82.76MPa（10000～12000psi）。此类封隔器可以用BAKER“S—1”型回收工具(下图)插入封隔器内直接上提进行解封和回收。Size40“S—1”型回收工具（可解封回收Siz70—40“SC—1L型封隔器）可承受最大拉力136t(3000001b)。“SC—1”型封隔器BAKER“S—1”型回收工具二、永久式封隔器永久式封隔器在海上油（气）田完井作业中被广泛应用。例如多层（多管）完井底部封隔器，砾石充填防砂沉砂封隔器、水平井裸眼完井尾管挂封隔器以及高温高压气井完井、气举井完井中都可使用。1．结构永久式封隔器由锚定并密封环空的封隔器本体和密封总成（或堵塞器）组成。本体底部接头有三种结构形式：1）底部引鞋，如图a。2）带螺纹接头，可连接密封加长筒（SeaLBoreExtension）或可磨铣加长筒（MilloutExtension）如图b、c。3）带蝶阀接头，如图d。abcd永久封隔器的密封总成（SealAssembly）主要有四种：①螺纹卡簧锚定式油管串不能上、下移动，如下图，靠油管串重量加压进入密封孔。解脱有两种方式，一种是靠向右旋转（10～12圈）解脱，例如BAKER的“E”型锚定油管密封总成如下图和“K”型锚定油管密封短节下图；另一种是靠直接上提拉力解脱。如BAKER的“E”型快速锁紧密封总成下图，其上提拉力为3.6～4.5t（8000～120001b）。螺纹卡式簧锚定“E”型锚“K”型锚可上提解脱锚②定位接头悬挂式油管串能向上移动，如下图所示。此类产品有BAKER的“G”型定定位接头悬挂式“G”型定位头“K”型定位头“直糟”型定位头“J”型直槽定位头位油管密封总成上图和“K”型定位油管密封短节上图，OTIS的“直糟”和“J型槽定位密封总成上图。③全通式可使油管串上、下自由移动，如图c。一般是在相同内径多层永久封隔器中使用，如BAKER的“E”型油管密封短节上图。全通式“E”型全通式密封节④捞筒式（OverShot）外密封。如图a、b，a为OTlSHC型液压坐封特大内径永久封隔器；b为WC型电缆坐封永久封隔器捞筒。其特点是：a．封隔器内径很大，例如177.8mm（7in）封隔器最大内径可达3.981n，即捞筒上端可连接114.3mm油管。b．内径一般都有工作筒（Nipple）结构，可以坐入生产控制工具。c．可以坐人外堵塞器，避免泥砂沉积，容易打捞。此类封隔器尚有CAMCO的LO型（产品号20一44），如图c为“LO”型封隔器及外密封总成。aHC型液压封隔器bWC型封隔器捞筒密封总成与捞筒“LO”型封隔器及外密封总成与捞筒4）密封堵塞器密封堵塞器可用来密封堵塞永久封隔器（或永久型可回收封隔器）的中心孔使其成为临时桥塞，以满足各种完、修井作业或生产的需要，一旦不需要时可将其回收。图a、b为OTIS“J”型槽型密封堵塞器及配套的“J’型槽型打捞筒（J一S1otOvershot），可用于堵塞OTISVERSA一TRIEVE，PERMA一TRIEVE等顶部接头有凸耳（Lug）的永久型可回收封隔器和永久封隔器。图c、d分别为BAKER“RD”锁紧型和“RD”定位型的密封堵塞器，都用油管送入向下加压进入密封筒并剪断销钉解脱回收下入油管。a“J”型槽堵塞器b“J’型槽打捞筒c“RD”锁紧型定位器d“RD”定位堵塞器第二节井下安全阀井下安全阀是井中流体非正常流动的控制装置，海上生产设施发生火警，管线破裂等非正常情况时，能自动关闭，实现井中流体的流动控制，是海上完井生产管柱的重要组成部分。为实现不压井作业，电泵采油管柱下部可下入截流安全阀；对于海上油田防止风暴、碰撞等引起油井井口破坏使油井失去控制，也应在油井井内安装安全阀。井下安全阀按其地面控制方法可分为液压控制、电磁控制及气动控制；按井下安全阀结构可分为球形阀、瓣阀、环形阀及锥座式安全阀。地面液压控制分钢丝回收式、油管携带安全阀。目前海上油井以瓣阀使用较多。瓣阀结构如下图OTIS油管携带井下安全阀BAKER公司油管携带井下安全