新型KZ344組合式封隔器研究與設計

付葛 鄭皓予 湯闖 王福平 張國芳

（哈爾濱石油學院，黑龍江 哈爾濱 150027）

目前，在油田開發過程中，為了更加高效地將地下原油采出地面，提高油田的動用程度和最終采收率，對于多油層的油藏，在鉆井過程中要將多個油層全部鉆穿。

一、油田開發方式

在開發多油層油藏時，目前開發方式有兩種選擇，一是籠統開發，二是分層開發。

（一）籠統開采

籠統開采是在生產油、氣過程中，生產管柱（油管）不做任何工藝處理的開采方式。此種開發方式存在層間矛盾、層內矛盾、平面矛盾等問題，使不同物性的儲層，不同壓力水平的儲層得不到很好的開采，最終影響油田采收率。所以分層開采是目前主要采用的開發方式。

（二）分層開采

分層開發是在生產油、氣過程中，通過下入其他井下工具（主要是封隔器和配產器）實現層與層之間相互獨立且同時生產的開采方式。

其中封隔器是用來封隔油、套管環形空間，從而實現將各油、氣、水層分隔成互不干擾的獨立系統的一種重要的井下工具，是實現分采開采的必用工具。油田中應用的封隔器類型有很多，如K344型封隔器和Z331型封隔器。

但在實際工作中，兩類封隔器如果單獨使用都存在相應的問題：

1．K344型封隔器：

（1）單級K344封隔器可能存在坐封后密封環空不可靠的問題；

（2）K344封隔器只能用于注入井，適用范圍??；

（3）存在封隔器無法解封和解封不徹底造成的卡管事故的可能性；

（4）硫化芯子擴張式膠筒結構易出現卡管事故。

（5）工作時膠筒的內部壓力必須大于外部壓力，也就是油管壓力必須大于管套壓力，必須以節流器配套使用；

（6）單項密封壓差低。

2．Z331型封隔器：

（1）該封隔器入井壓力較大，需帶下3～5根尾管；

（2）該封隔器需加設洗井滑套以進一步完善其性能；

（3）該封隔器皮碗等所需材料過于復雜，所適應條件過于嚴格；

（4）Z331型自封封隔器是靠封隔器外徑與套管內徑的過盈和壓差實現密封的封隔器，適用于壓差小的淺井，不適用于壓差大的深井。

兩種封隔器都存在缺點，為了能夠克服部分缺點，將K344型封隔器和Z331型封隔器的有機結合，即設計出新型的KZ344組合型封隔器。

二 、新型KZ344組合型封隔器設計

（一）用途

組合后的新型封隔器可進行分層開采、分層試油、分層堵水、分層處理（酸化、壓裂）、分層注水等油（氣）田開發的工藝措施。

（二）結構

新型KZ344組合型封隔器主要結構：上接頭、上限位套、“o”型膠圈、中心管、硫化芯子、剪釘、交通、滑套芯子、下限位套、擋碗、皮碗、濾網、下接頭等其他輔助工具。

（三）工作原理

坐封：將新型KZ344組合型封隔器上、下通過絲扣與油管相連，隨油管柱下井。由于2個皮碗的外徑大于套管內徑，存在一定的過盈量，使皮碗始終與套管內壁緊密接觸，實現封隔上下空間的目的。封隔器下入的越深，皮碗上下壓差越大，在壓差作用下，皮外向外膨脹的幅度越大，密封性能就越好。同時為上部膠桶后期膨脹，密封油套環形空間，創造出理想的環境。

如果新型KZ344組合型封隔器用于注入井，需要使膠桶膨脹，起到密封作用時，首先利用投球器向井內投入鋼球，再向井內注入高壓液體，將剪釘剪斷，鋼球推動滑套芯子下行，將注水孔眼和濾網露出。高壓液體會通過濾網和硫化芯子均勻地作用在膠桶內腔上，防止發生應力集中現象。當膠桶內腔壓力大于油套環空壓力與膠桶抗張強度時，膠桶膨脹，密封油套管環形空間。皮碗的擴張與膠桶的膨脹，實現了二級封隔，封隔得更加嚴密，可很好地實現分層生產。

解封：停止向井內注入高壓液體，膠桶在套壓和自身張力作用下，首先收縮，與套管內壁脫離接觸，實現初步的解封。上提生產管柱，隨著上提高度的增加，皮碗上、下間的壓差逐漸變小，皮碗在自身張力作用下逐漸恢復原狀，與套管間的過盈量也隨之減少，實現二次解封。最終實現新型KZ344組合型封隔器的最終解封。

（四）特點

1．新型KZ344組合型封隔器是由K344型封隔器與Z331型封隔器有機結合而成，繼承了兩種封隔器的優點，解決了兩種封隔器的部分不足之處。

2．新型KZ344組合型封隔器即可用于生產井也可用于注入井，用于生產井時是單級封隔，用于注入井時是二級封隔，封隔效果更好。

3．用于注入井時，由于是二級封隔，封隔效果會更好，可以用于深井，甚至用于超深井中進行封隔儲層。

三、結束語

（一）通過研究分析，得出K344型封隔器與Z331型封隔器單獨使用存在密封不可靠，使用范圍小等問題。

（二）研究設計出了新型KZ344組合型封隔器，繪制出了結構示意圖，說明了由哪些結構組成，并分析出了工作原理及其特點。