新型井下多功能密封器研制

李 江，馮 波，李 英，董建偉，張艷勛，董愛粉

（1.中石化江漢油田分公司 江漢采油廠，湖北 潛江433123；2.中石化中原油田分公司 采油工程技術研究院，河南 濮陽457001）①

目前許多油田開發要求不壓井、不放噴、帶壓作業［1］，實現井下保護產能［2］，地面保護環境［3］、縮短作業周期、降低生產成本的目的［4］。不壓井作業井口裝置、油套環空密封工具及地面控制配套技術已經成熟，但油管內堵塞密封配套技術還不完善。常規油管定壓接頭［5］的剪釘直接裝在密封段主體上，剪釘絲孔在連通后的密封器管壁上造成徑向漏點。其下端連接管串無法密封，使用受到很大的局限性。

筆者總結了常規工具在使用中存在的問題，在其基礎上進行了改進設計，研制成功了新型井下多功能密封器。該新型井下多功能密封器將常規的整體密封段設計成上、下接頭兩體，并對上、下兩體連接油管螺紋進行了特殊設計，使其剪釘絲孔不與密封段外壁連通，解決了徑向漏點問題，可以連接在管柱串任何位置，連通后只相當于一個油管短接，保證整個管柱密封正常生產，同時不影響油管內的任何投撈測試作業，并為該管柱起出時的不壓井作業打好基礎。

通過200余井次的現場應用證明，該新型井下多功能密封器能夠用于光油管管柱、帶工具串的管柱，也可以用于抽油管柱、注水管柱，還可以用于壓裂酸化、射孔等增產措施管柱，解決其不壓井、不放噴、帶壓作業起下管柱的油管內密封問題，為不壓井作業在油田開發中全面推廣應用提供了完善的技術支持。

1 技術分析

1.1 結構

新型井下多功能密封器結構如圖1所示。

上接頭上端是標準的油管內螺紋，下端是標準的油管外螺紋，末端增設了一段圓環構成特制油管外螺紋，并在該圓環周向同一截面上均布一組徑向剪釘螺紋孔。中心孔內下端設計了1個防止密封塞上竄的限位臺階；下接頭上端是標準的油管內螺紋，適當加寬螺紋消失端的退刀槽，構成特制油管內螺紋，給上接頭外螺紋末端的圓環留出足夠的上扣空間。下接頭下端是標準的油管外螺紋；密封塞采用易發生電化學腐蝕滅失的鋁材加工而成，其外圓密封面上有一道密封槽，下部在同一截面上均布一組徑向剪釘孔。

密封塞的密封槽內裝好密封圈后，從上接頭下端的中心通道內裝入并推至其限位臺階，然后上好剪釘完成中心通道堵塞密封，最后上接頭和下接頭的特制油管螺紋連接組成新型井下多功能密封器。

1.2 原理

新型井下多功能密封器既能夠用于有主通道的無球座管柱，同時也可以用于無正向通道的帶單流球座管柱。

用于有主通道的無球座注水及措施管柱，如圖2所示。新型井下多功能密封器接于管柱適當位置，雙向密封油管內通道，如圖2a所示，配合地面環空密封器及液壓控制系統實現帶壓下管柱。下完管柱后井口油管加壓，壓力作用在井下多功能密封器的密封塞上，當壓力達到設計值時剪釘被剪斷，密封塞滑落在井底或者其下端的篩管等口袋里，井下多功能密封器上下油管連通實現無節流投產注采，如圖2b所示。

用于分層注水及抽油泵等無正向通道的帶單流球座的注采管柱，如圖3所示。新型井下多功能密封器接于球座下端雙向密封油管內通道，為了井口加壓時壓力能夠繞過密封球作用在新型井下多功能密封器的密封塞上，連接時在密封塞上平面放置一適當長度易被電化學腐蝕的金屬棒，金屬棒上端正好頂起密封球使其不能與球座密封，如圖3a所示，帶壓下完管柱井口加壓時，由于金屬棒的作用，液壓繞過密封球同樣作用在密封塞上，剪釘被剪斷密封塞滑落，金屬棒跟隨密封塞一起下落，井下多功能密封器上下管串實現向上單向連通投產或者作業措施，如圖3b所示。

如果在管柱上端沒有比該井下多功能密封器內通徑更小的工具，井下多功能密封器還能起到搭橋定位作用，再次作業起管柱時，井口投入油管堵塞密封器就會坐落在其上接頭的密封體內，密封其上端油管內通道，實現起管柱時不壓井、不放噴帶壓作業。

1.3 技術參數

新型井下多功能密封器技術參數如表1。

1.4 技術創新

1.4.1 結構設計及材料選擇

1） 上接頭和下接頭連接油管螺紋的特殊結構設計，既解決了密封塞懸掛剪釘絲孔的空間問題，同時不會破壞其油管螺紋的完整性，可以接在管柱內任何位置、可以多級使用，保證整個管柱的密封性能。

2） 新型井下多功能密封器上接頭內通道的臺階定位作用，使密封塞不會因井底壓力高而上竄，保證了油管內密封可靠安全施工。

3） 密封塞及其附件采用易發生電化學腐蝕滅失的鋁材加工而成，如果落入井底，會很快發生電化學腐蝕滅失，不會形成長期井下落物，同時還能發生電化學反應而保護井下的套管及管柱。

1.4.2 使用

1） 用于抽油管柱 新型井下多功能密封器能夠接在抽油泵篩管上端，解決下抽油泵管柱時的油管內密封，完成帶壓作業后地面加壓產生主通道實現無節流采油。

2） 用于注水管柱 新型井下多功能密封器用于注水管柱下井完成帶壓下管柱作業，在實現無節流投注的同時，管柱內主通道形成一個定位密封坐落位置，為再次作業投入堵塞密封工具實現帶壓起管柱打好基礎。

3） 用于油田增產增注措施管柱 在油田補（射）孔、壓裂酸化等增產增注措施管柱中接入新型井下多功能密封器（去掉密封塞），實現措施見效發生井噴時的不壓井起管柱作業。

2 室內試驗

2.1 試驗設備及工具

專用試驗井、試驗油管短接、電動試壓泵、新型井下多功能密封器、鉗工臺以及其他常用組裝工具。

2.2 試驗目的及過程

1） 防噴試驗 主要試驗密封塞的密封性能，將新型井下多功能密封器上接頭放空，在下接頭接上試壓泵，水力試壓40MPa，穩壓15min壓力不降為合格。

2） 油管連通試驗 目的是調整其連通壓力大小，將試壓泵接在上接頭，其下接頭放空緩慢加壓到剪釘被剪斷，密封塞下行脫離密封段而泄壓，對不同規格的新型井下多功能密封器通過調整剪釘的數量將其連通壓力控制在4～6MPa為合格。

3） 密封試驗 主要試驗上下接頭連接的特制油管螺紋的密封性能，完成連通試驗后，下接頭接上絲堵，上端繼續加壓到60MPa，穩壓15min壓力不降為合格。

2.3 試驗結果

室內試驗結果如表2，新型井下多功能密封器樣機防噴試壓40MPa、密封試壓60MPa均在15 min內壓力不降，達到防噴密封耐壓要求；剪釘剪切連通壓力均在4.0～5.5MPa，滿足現場使用要求。

3 現場應用

新型井下多功能密封器從2010－08在中原油田采油四廠進入現場試驗，3a時間在中原油田的6個采油廠分別用于有桿泵采油、分層注水、壓裂酸化、射孔補孔等維護生產管柱及增產措施管柱中，目前使用范圍還在不斷擴大。截止2013－09現場應用200余井次。其中白58井密封位置最深3 819m、濮72井密封最高壓力為20MPa，有效成功率100%，解決了不壓井作業下管柱遇到的各種管柱的油管內堵塞密封問題，同時為再次作業起管柱投入的油管內堵塞密封工具起到搭橋定位作用。該新型井下多功能密封器的投入使用為中原油田的不壓井作業工藝全面推廣應用發揮了積極的作用。

4 結論

1） 新型井下多功能密封器的結構合理、創新性強、安全可靠。經過室內模擬試驗和現場大面積推廣應用，各項技術指標均超過現場使用要求。

2） 該密封器用途廣泛，滿足注采生產管柱、液壓射孔、補孔以及壓裂、酸化等各種增產措施管柱下管柱作業時油管密封的要求，能夠配合井口不壓井作業設備，實現下管柱不壓井作業。該工具解決了多年以來困擾不壓井作業推廣存在的瓶頸問題，同時成本低廉，操作方便，便于推廣應用。

3） 可通過地面加壓產生主通道，實現無節流投產，同時在管柱內主通道形成一個定位密封坐落位置，為再次作業投入油管內堵塞密封工具，實現起管柱不壓井作業打好基礎。

4） 現場應用200余井次，成功率100%，取得很好的經濟效益和社會效益。

［1］趙中偉，崔曉紅，孫剛，等.不壓井作業技術在文南油的應用［J］.中國科技博覽，2012（5）：25－25。

［2］陳東升，許云春，崔彥立.低壓油氣井不壓井作業技術的開發與應用［J］.石油礦場機械，2008，37（8）：60－64.

［3］李光前，張志良，張連勝.不壓井更換油氣井主控閥技術［J］.石油礦場機械，2012，41（2）：64－67.

［4］曲紹剛.高壓不壓井作業工藝技術研究及試驗［J］.石油礦場機械，2006，35（5）：93－95.

［5］韓勇，王毅.我國油管內密封工具的現狀分析［J］.鉆采工藝，2003，26（4）：56－57.