過電纜壓縮隔離密封工具研究與應用

韓照陽 劉國振 張帥 吉洋

1.中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司 天津 300452

2.中海石油（中國）有限公司天津分公司 天津 300459

分層注水是保持、提高地層壓力，實現油田穩產、高產的重要手段。目前，渤海油田各類分層注水井總數超過950口，占注水井比例超過93%。為進一步完善注采系統，提升分注井的精細化智能化管理，解決大斜度井分層測調的技術難題，電纜永置測調工藝在渤海油田的應用逐漸廣泛，自2015年第1口試驗井現場成功應用，到2020年初，電纜永置式測調工藝現場已累計應用90多口井[1]。但隨著油氣井開采年限和修井次數的增加，分層密封筒長時間處于井內，內壁存在腐蝕及刮痕。越來越多的存在層間無法密封的現象，甚至會出現油套同壓的風險[2]。而電纜永置測調工藝所使用的普通隔離密封無法解決該問題，這不僅限制了電纜永置測調的推廣應用，還無法滿足油藏精細化注水的需求[3]。以往對于密封筒失效問題，只能對井內防砂管柱進行打撈，重新完井，不僅費用較高，并且需要較長的作業周期。在作業量較大的情況下，無法使該問題得到快速解決，從而影響油氣田開采過程中注采措施的實施。過電纜壓縮隔離密封工具可以在滿足鋼管電纜通過的前提下還能起到分層隔離的作用，運用壓力膨脹式插入密封解決了密封筒失效而竄層的問題[4]。

1 過電纜壓縮隔離密封工具的結構及工作原理

過電纜壓縮隔離密封工具主要是對現有井下工具的一種創新，結合普通過電纜插入密封、膨脹式插入密封的結構及材料，重新設計各部位尺寸及機構組合，研制出的一種新型工具，具有解封力小、密封性能好、工具互換性強等特點。該工具以海上油田開發生產中實際存在的問題為導向，具有較高的實用性。

1.1 結構組成

過電纜壓縮隔離密封由上接頭、本體、壓帽、限位環、移動活塞、密封模塊等組成，如圖1 所示，其中座封機構包括限位釘、座封剪釘、移動活塞，解封機構包括解封剪釘、卡瓦、導環剪切環。

圖1 過電纜壓縮隔離密封結構

該工具兩邊連接尺寸與常用插入密封工具尺寸一致，充分保證工具的互換性。用于支撐限位的卡瓦，利用金屬材料本身的彈性，采用整體式結構設計，不易落井。

1.2 工作原理

1.2.1 座封

向本體內打壓，液體從本體內內壁小孔進入本體與移動活塞之間的環形空間；當壓力增大達到座封壓力，移動活塞切斷座封剪釘、向下移動壓縮膠筒，壓縮膠筒受壓擴張，密封本體內與工作筒的環形空間。壓縮橡膠下壓支撐卡瓦，支撐卡瓦本體的 6 個卡爪內壁有棘齒，與移動環外壁的棘齒配合，在棘齒的作用下，卡爪向外移動，直到卡爪貼近工作筒內壁為止，受到工作筒內壁和棘齒的尺寸限制，支撐卡瓦不會向下移動。由于限位釘的作用，移動活塞移動至最大壓縮距時，不再移動，移動活塞本體的 6 個卡爪內壁有棘齒，與中心管上的棘齒配合，確保移動活塞單向滑動。如圖2所示。

圖2 過電纜壓縮隔離密封座封過程

1.2.2 解封

上提本體，拉力逐漸增大達到解封壓力，壓縮橡膠推動支撐卡瓦與導環剪切環，切斷解封剪釘，支撐卡瓦與導環剪切環同時向下移動一個壓縮距，壓縮膠筒徑向收縮、恢復原狀。若拉力小于解封壓力，解封剪釘未被剪斷，當工具被拔出工作筒后，支撐卡瓦的卡爪失去工作筒內壁約束，向下移動，壓縮膠筒徑向收縮、恢復原狀，同樣起到解封效果。

2 性能評價試驗

2.1 試驗驗證成果

（1）檢驗插入密封工具的整體密封性能；（2）檢驗插入密封工具坐封的可靠性、穩定性；（3）驗證插入密封工具坐封時，座封剪釘的實際尺寸；（4）檢驗插入密封工具解封的可靠性、穩定性；（5）驗證插入密封工具解封時，解封剪釘的實際尺寸。

2.2 試驗驗證過程

評價試驗利用專用工裝，如圖3所示，通過本體內打壓、工具與密封筒環空打壓等操作，對工具的整體密封性能，工具座封、解封時的穩定性，座封后隔離密封效果等方面進行測試。此次試驗對象為4.75＂、6＂過電纜壓縮隔離密封，試驗模擬工作筒腐蝕程度為內表面4個不對稱劃槽，劃槽深度0.5mm，寬度20mm。

圖3 密封實驗工裝

2.3 試驗驗證結論

工具本體內正打壓21MPa，測試過電纜壓縮隔離密封工具整體耐壓性能良好；正打壓8MPa，座封銷釘剪切，穩壓5min內無壓降現象，密封效果良好；對工具封隔性能進行測試，打壓16MPa，穩壓5min內無壓降現象，密封效果良好；4.75＂插入密封解封力5.7T，6＂定位密封解封力為6.6T。完成了工具的整體打壓試驗、座封、驗封、解封試驗等功能性試驗，工具樣機性能可靠。

3 現場應用

SZXX-X-CD井于2000年投產，分三層防砂，2003年轉為注水井，2006年更換管柱時發現兩個隔離封隔器密封失效，隨后籠統注水。2020年4月再次作業時，使用定量驗封工具對分層密封筒再次驗封，均失敗：驗封壓力10MPa，15S降至0MPa，環空有返出，實測流量值60m3/d、57m3/d，詳見圖4。

圖4 密封筒處竄漏流量值

考慮該井調配及吸水剖面測試作業量大，下入電纜永置測調管柱，針對該井密封筒失效問題，配合使用過電纜壓縮隔離密封。座封隔離密封后，進行驗封，關閉1、3層位，2層全開，地面保持注水壓力3MPa/6MPa/10Mpa*10min，圖中紅色為溫度曲線，藍色為管內壓力，紫色為地層壓力，地層壓力未隨著管內壓力變化而變化，說明過電纜壓縮隔離密封效果良好，詳見圖5。

圖5 層間驗封曲線

自電纜永置測調工藝在渤海油田推廣應用以來，至2023年5月，過電纜壓縮隔離密封工具目前已使用19井次，選取其中7井次為例，6口井驗封合格，1口井驗封失敗。失敗井為2001年投產，考慮到年限較長且經過多次酸化作業，該井密封筒損壞程度較大，使用井次統計見表1。

表1 過電纜壓縮隔離密封應用井次統計

4 結束語

（1）過電纜壓縮隔離密封工具從設計到性能試驗，均進行了有效的評價，通過現場良好實踐，驗證了該工具性能可靠、穩定，可以廣泛應用。

（2）過電纜壓縮隔離密封工具可有效解決電纜永置測調工藝應用中密封筒竄漏的問題，提高了該工藝的適用性及精準性，是油藏實現精細化注水的一把利器。

（3）隨著密封筒失效情況及智能分注管柱應用增多，該工具以其自身的穩定性、可靠性，應用前景廣闊。

（4）該工具以油水井生產中的實際問題為出發點，可有效避免防砂管柱的打撈作業，節省大量費用，達到降本增效的效果。