大通徑高強(qiáng)度過電纜封隔器的研制與應(yīng)用

劉 鵬 高 斌 羅建偉 王 林 張春升 王 堯

（中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300452）

海上石油作業(yè)由于環(huán)境惡劣、作業(yè)風(fēng)險大、救援難度大和污染風(fēng)險大等原因，通常在無桿泵采油生產(chǎn)管柱中連有過電纜封隔器［1］。該類封隔器下入深度一般在300 m左右，工作原理與常規(guī)液壓封隔器類似［2］，既具有常規(guī)封隔器特點(diǎn)，又具備獨(dú)特的過電纜功能［3］，同時可提供測壓管線等多路穿越通道，與排氣閥配合可實(shí)現(xiàn)油套環(huán)形空間的安全控制［4-5］。

目前海上使用的過電纜封隔器主要來自于貝克、哈里伯頓和威德福等大型國外服務(wù)公司，其內(nèi)通徑、外形尺寸及最大懸重主要針對于常規(guī)生產(chǎn)井。常規(guī)過電纜封隔器的上下扣型為普通油管扣，內(nèi)通徑一般不超過76 mm，最大懸重一般不超過750 kN（取安全系數(shù)為1.1）。為適應(yīng)海上油田特殊井的同井注采工藝和熱采井清防蠟工藝，開發(fā)了大通徑高強(qiáng)度過電纜封隔器，滿足現(xiàn)場對過電纜封隔器通徑和懸重的特殊要求，保證油井的安全生產(chǎn)。

1 技術(shù)分析

1.1 結(jié)構(gòu)

該過電纜封隔器由本體部分、坐封鎖緊部分、密封部分和錨定解封部分組成，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

本體部分由本體頭和中心管焊接而成，作為過電纜封隔器的主體，將各部分進(jìn)行串接；坐封鎖緊部分主要由活塞、活塞套和鎖環(huán)組成，過電纜封隔器坐封后，鎖環(huán)可防止膠筒回復(fù)；密封部分主要由膠筒和規(guī)環(huán)組成，是封隔器的核心，可在井噴時封堵油套環(huán)空，防止井液和其他流體通過油套環(huán)空涌出井筒；錨定解封部分由上下錐體、卡瓦和解封環(huán)組成，防止過電纜封隔器縱向移動而影響其密封性能，或引起過早解封［6］。

圖1 大通徑高強(qiáng)度過電纜封隔器結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 工作原理

該封隔器液壓坐封，向上管柱內(nèi)腔施加的液壓通過本體頭的傳壓孔傳遞至活塞，當(dāng)液壓達(dá)到8 MPa，坐封剪釘Ⅰ被剪斷，膠筒開始被壓縮，當(dāng)壓力達(dá)到10 MPa，坐封剪釘Ⅱ和坐封剪釘Ⅲ依次被剪斷，卡瓦張開并撐住套管，當(dāng)壓力達(dá)到18 MPa并穩(wěn)壓，膠筒被壓縮充分，泄壓后鎖環(huán)通過單向鋸齒鎖住活塞，防止膠筒回復(fù)。

解封需整體上提生產(chǎn)管柱，剪斷解封環(huán)，使下錐體相對中心管下移，卡瓦在簧片作用下收回，同時膠筒也將向下回復(fù)，最終失去對油套環(huán)空的密封作用。

1.3 技術(shù)特點(diǎn)

（1）在結(jié)構(gòu)上采用焊接一體化的本體總成，其實(shí)心部分只占總長的五分之一，區(qū)別于常規(guī)過電纜封隔器的實(shí)心本體。該本體的材料利用率高，且縮短了偏心過流通道的加工長度，大幅減少機(jī)械加工時間和加工成本。

（2）鎖定機(jī)構(gòu)采用開槽的鋸齒環(huán)結(jié)構(gòu)，環(huán)的內(nèi)外兩側(cè)均為單向鋸齒螺紋，外側(cè)的鋸齒螺紋與活塞套內(nèi)鋸齒螺紋嚙合，內(nèi)側(cè)的鋸齒螺紋與活塞外部的鋸齒螺紋嚙合，鎖住膠筒。

（3）坐封過程依次剪斷3個坐封剪釘，使坐封過程具有可控性，防止過電纜封隔器下井過程提前坐封。

（4）生產(chǎn)通道的連接扣型均為FOX氣密封扣，與其連接的上/下管柱扣型均為BTC扣，因此該過電纜封隔器可應(yīng)用于產(chǎn)氣量大的生產(chǎn)井。

（5）本體頭以及與其連接的上/下管柱的材質(zhì)均為42 CrMo，可承受的最大懸重達(dá)1 250 kN（取安全系數(shù)為1.1），遠(yuǎn)高于常規(guī)過電纜封隔器的最大懸重，因此可應(yīng)用于對懸重要求較高的井。

（6）通過壓縮其他部分的尺寸，將內(nèi)通徑擴(kuò)大至90.1 mm，內(nèi)部可穿越連有薄接箍的?73 mm油管串，并可提供較大的環(huán)空通道，適用于具有同心管柱結(jié)構(gòu)的注采工藝。

2 主要技術(shù)參數(shù)

適用套管：?244.5 mm套管；適用溫度：120 ℃；最大外徑：216 mm；內(nèi)徑（生產(chǎn)通道）：90.1 mm；坐封壓力：18 MPa；解封上提力：220 kN；膠筒工作壓力：25 MPa；最大懸重：1 250 kN；排氣閥處連接扣型：?33.4 mm TBG；電纜穿透器處扣型：?48.3 mm TBG；測試通道扣型：3/8-18NPT；上下連接扣型：?114.3 mm BTC。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

該過電纜封隔器先后在中海油JZ21-1等平臺應(yīng)用7井次，坐封、驗(yàn)封均一次成功。JZ21-1和BX1-1平臺部分生產(chǎn)井結(jié)蠟嚴(yán)重，使用了質(zhì)量較大的雙層隔熱油管。以JZ21-1平臺某井為例，該井深3 470 m，下入雙層隔熱油管1 100 m（重約440 kN）和鍍層普通油管2 300 m（重約280 kN），過電纜封隔器深度為300 m，由于井斜原因，起下管柱的摩擦阻力約30 kN，解封過電纜封隔器時，該封隔器所受最大拉力將達(dá)840 kN，因此該井應(yīng)用了大通徑高強(qiáng)度過電纜封隔器。

LD10-1平臺某井采用同井注采工藝，過電纜封隔器與油管相連作為外管柱，該井需在外管柱內(nèi)下入與其同心的連有薄接箍的?73 mm油管串，且兩同心管柱的環(huán)空作為采油通道，為滿足海上注采排量的需要，應(yīng)用了該大通徑高強(qiáng)度過電纜封隔器。

4 結(jié)論

（1）大通徑高強(qiáng)度過電纜封隔器選用焊接一體化本體，可大幅減少機(jī)械加工時間和加工成本，縮短工具出海作業(yè)的準(zhǔn)備時間。

（2）本體和上/下管柱選用材質(zhì)為42 CrMo的高強(qiáng)度合金鋼，使封隔器的最大懸重達(dá)到1 250 kN，遠(yuǎn)高于常規(guī)過電纜封隔器，解決了清防蠟工藝中隔熱油管重量過大而出現(xiàn)的安全問題。

（3）通過將內(nèi)徑擴(kuò)大至90.1 mm，解決了同井注采工藝中環(huán)空注采通道尺寸無法滿足海上注采要求的問題。

（4） 采用FOX氣密封扣和BTC套管扣，使該過電纜封隔器適合產(chǎn)氣量較大的生產(chǎn)井。

［1］ 劉占廣，李峰.海上電泵井安全生產(chǎn)控制技術(shù)［J］.特種油氣藏，2008，15（S0）：244-245.

［2］ 張鈞.海上油氣田完井手冊［M］.北京：石油工業(yè)出版社：1998.

［3］ 李春梅.過電纜封隔器的研制［J］.機(jī)械工程師，2013（2）：166-167.

［4］ 劉建華.埕島海上油井安全控制系統(tǒng)的應(yīng)用 ［J］.安全技術(shù)，2008，8（6）：14-15.

［5］ 聶飛朋，孫寶全，李治軍，等.大港油田灘海地區(qū)電泵井井下安全控制系統(tǒng)研制［J］.石油礦場機(jī)械，2011，40（1）：80-83.

［6］ 朱曉榮. 封隔器設(shè)計基礎(chǔ)［M］ .北京：中國石化出版社，2012.