可取式壓差作用密封懸掛器設計與應用*

徐建寧，蔡志遠*，朱端銀,鄭英杰

(西安石油大學 機械工程學院，陜西 西安710065)

摘要：針對在低壓低產(chǎn)氣井采用噴射排水采氣系統(tǒng)時，常規(guī)懸掛器無法正常解封，且不能承載質(zhì)量較大的噴射泵等工具，筆者對懸掛器結構進行創(chuàng)新和改進設計出可取式壓差作用密封懸掛器，該懸掛器具有懸掛、坐封等作用，且其內(nèi)部結構采用壓縮彈簧預壓并利用壓差作用進行密封封隔等動作，實現(xiàn)下入工具的預定位置錨定和與油管的封隔，通過壓縮彈簧和壓差釋放實現(xiàn)錨定和與封隔的解封。

關鍵詞：排水采氣系統(tǒng)；懸掛器；噴射泵

中圖分類號:TH38文獻標志碼：A

收稿日期：*2014-12-24

作者簡介：徐建寧(1963-)，男，浙江平陽人，教授，碩士，主要從事石油機械的科研和教學工作。

通訊作者：蔡志遠(1988-)，男，山東荷澤人，在讀碩士，主要從事機械工程方面的工作。

Design and Application of the Removable Pressure Differential Sealing Hanger

XU Jian-ning, CAI Zhi-yuan*, ZHU Duan-yin, ZHENG Ying-jie

(SchoolofMechanicalEngineering,Xi′anShiyouUniversity,Xi′anShaanxi710065,China)

Abstract:In this paper, aiming at problems such as the conventional hangers cannot unblocking, and cannot carry heavy injection pumps and other tools when using jet drainage gas recovery system in the low pressure stripper well, a new removable pressure differential sealing hanger is designed on the innovation and improvement of original hanger structure, which could hang and seal in the gas wells. In addition, because of its inner structure which adopts the compression spring to pre-compress, the tool can seal under the effect of pressure difference, preset the position of the down-hole tools, block the tubing, and unblock the anchor and the packer by compressing springs and releasing the pressure difference.

Key words: drainage gas recovery system; hanger; injection pump

0引言

隨著天然氣資源的不斷開采利用,深井、超深井、低壓低產(chǎn)氣井不斷增多[1]，噴射技術在氣井排水采氣方面的應用也逐漸增多，但是在低壓低產(chǎn)氣井采用噴射排水采氣過程中，需在油管內(nèi)下入噴射泵等工具，然而在現(xiàn)有技術中存在懸掛器無法解封、不能承擔質(zhì)量較大的噴射工具等缺陷，其主要原因是由于懸掛器結構不合理引起[2]的。為了實現(xiàn)低壓低產(chǎn)氣井噴射排水采氣工藝需求和降低排水采氣技術成本，筆者對其結構進行創(chuàng)新和改進設計出可取式壓差作用密封懸掛器。

1可取式壓差作用密封懸掛器的結構及原理

1.1結構設計

如圖1可取式壓差作用密封懸掛器的結構主要包括上接頭、剪切銷、主體、打撈頸、中心管、卡瓦牙、膠筒總成、缸套、鎖塊、固定環(huán)、壓縮彈簧、活塞、下接頭等組成，其中，上接頭、主體、中心管在座封前通過剪切銷固定，主體上套有卡瓦牙和膠筒總成，在主體上通過螺紋連接有活塞，在活塞上套有缸套并通過O型密封圈形成密閉空氣腔室。在活塞上裝有鎖塊，壓縮彈簧通過固定環(huán)和壓環(huán)固定在中心管上，下接頭通過螺紋與活塞連接，在下井過程中，上接頭向上，下接頭向下，下接頭可連接下井工具，如圖2。

圖1　可取式壓差作用密封懸掛器的主要結構 1.上接頭　2.剪切銷　3.主體　4.打撈頸　5.中心管　6.卡瓦牙　7.膠筒總成　8.支撐管　9.錐體　10.鎖爪　11.滑套　12.缸套　13.O形密封圈14.O形密封圈　15.絲堵　16.O形密封圈　17.支撐套　18.O形密封圈　19.O形密封圈　20.鎖塊　21.固定環(huán)　22.壓縮彈簧　23.連接環(huán)　24.外套　25.滑銷　26.壓環(huán)　27.O形密封圈　28.活塞　29.O形密封圈　30.下接頭

圖2　可取式壓差作用密封懸掛器

1.2工作原理

下井：將懸掛密封器與加其它工具連接于一起后用鋼絲送入下井，下井過程中卡瓦牙處于貼于油管內(nèi)壁狀態(tài)。

坐封：在到達預定位置后鋼絲上提，卡瓦牙卡于油管內(nèi)壁，繼續(xù)上提(上擊)剪斷剪切銷實現(xiàn)丟手；從而彈簧約束被釋放，中心管帶動支撐套上移，釋放鎖塊，解除缸套與活塞間的鎖定，缸套在內(nèi)外壓差的作用下推動錐體上移擴張膠筒，達到預密封狀態(tài)[3]，膠筒在上下壓差作用下繼續(xù)壓縮實現(xiàn)完全密封；同時缸套上移帶動中心管繼續(xù)上移，鎖爪上移后處于滑套內(nèi)與其內(nèi)齒咬合。

打撈：打撈時撈住打撈頸，下?lián)糁行墓芗爸黧w下移，推動滑套下行空氣腔與外部連通，空氣腔失效，并通過彈簧、壓環(huán)、滑銷、連接環(huán)、外套、液缸帶動錐體下行到達坐封前位置，膠筒恢復原狀，同時錐體下行松開卡瓦，實現(xiàn)完全解封后起出。

2試驗現(xiàn)場分析

2.1室內(nèi)試驗

2.1.1室內(nèi)試驗現(xiàn)場

試驗裝置主要包括：實驗實物、油管短接、打壓裝置、測試儀表和打撈工具等。試驗裝置如圖2所示。

(a)　懸掛器實物圖

(b)　油管短接及接頭連接圖

(c)　丟手工作連接圖

(d)　打撈工作連接 圖3　試驗裝置圖

2.1.2室內(nèi)試驗過程

將懸掛器置于油管短接內(nèi)，并在油管短接內(nèi)實現(xiàn)坐卡，通過丟手操作，剪短懸掛器上的切銷釘，隨后連接油管短接上、下段打壓試驗接頭及相關管線連接。給油管短接打壓至試驗值(最高35 MPa)停機并記錄，同時打開油管短接下端閥門，觀察是否有液體泄漏，測試試驗工具密封性能，并保持10 min[4]。最后記錄試驗壓力值，給油管短接泄壓，同時使用打撈工具，將懸掛器從油管短接內(nèi)打撈出來。

2.1.3試驗數(shù)據(jù)處理及結果分析

試驗測試壓力數(shù)據(jù)通過壓力表讀數(shù)，如圖4(a)、(b)所示；壓力試驗數(shù)據(jù)記錄，如表1所列。

(a)　打壓讀數(shù)　　　　(b)　承壓30 min后讀數(shù) 圖4　壓力表

第一組第二組第三組第四組初始壓力(MPa)35251510結束壓力(MPa)35251510測試時間(min)30303030

共進行4組試驗，初始打壓壓力分別為35、25、15、10 MPa，保持時間30 min，試驗結束后壓力沒有變化，試驗結果表明懸掛器具有較好的密封性能。

2.2現(xiàn)場試驗及應用[5]

蘇47-52-52井是長慶油田的一口氣井，該氣井的基本工況參數(shù)如表2所列。

表2　氣井的基本工況參數(shù)

由表2可知，該氣井井深較深，地層破裂壓力很低，且井口油套壓差為9.1 MPa，壓差較大，需采用壓縮彈簧預壓釋放和壓差密封封隔等動作、實現(xiàn)下入工具的預定位置錨定和與油管的封隔，才能夠密封油管，且下端能夠射流泵。因此，該氣井采用可取式壓差作用密封懸掛器，在下入預定位置前先進行壓縮彈簧預壓，同時利用壓差作用實現(xiàn)完全密封。但是整個工具由于要在井下工作，所以懸掛器的下入、坐掛、坐封、倒扣丟手、坐掛及上提判斷等一系列操作都有困難[3]，為確保成功，進行了地面試驗。試驗結果表明，可取式壓差作用密封懸掛器可以達到坐封并密封的要求，其中密封壓力達到35 MPa。

該氣井可取式壓差作用密封懸掛器坐掛于預設井深處，依次連接繩帽、加重桿、震擊器、投放裝置、可取式壓差作用密封懸掛器+噴射泵(懸掛器下端的下接頭與射流泵上接頭通過螺紋連接)，將尾管下至井內(nèi)設計位置后，開泵，憋壓至15 MPa，穩(wěn)壓5 min，下放尾管，判斷坐掛成功；正轉(zhuǎn)倒扣，上提工具1.5 m，再緩慢下放，下壓工具，同時使懸掛器內(nèi)壓縮彈簧預壓釋放，且由于懸掛器密封腔壓強與井底壓強產(chǎn)生壓差推動膠筒繼續(xù)密封，最后可取式壓差作用密封懸掛器完全坐封。環(huán)空試壓15 MPa，壓力不降，證明懸掛器密封良好。之后，進行回接作業(yè)，下入特定套管和回接插頭，注水泥。整個施工過程非常順利，可取式壓差作用密封懸掛器在該氣井井況下，下人、坐掛、倒扣、坐封等各項操作均順利，各項技術指標均達到了設計要求。

3結論

(1) 地面試驗及現(xiàn)場應用表明，可取式壓差作用密封懸掛器結構設計合理，使用簡便，且采用壓縮彈簧預壓釋放和壓差密封封隔等動作、實現(xiàn)下入工具的預定位置錨定和油管的封隔，通過壓縮彈簧和壓差釋放實現(xiàn)錨定和封隔的解封?？山鉀Q了在低壓低產(chǎn)氣井中密封不嚴問題。

(2) 可取式壓差作用密封懸掛器能夠承受較大的正負壓差,并可有效地防止氣竄的發(fā)生，特別適合低壓低產(chǎn)氣井。

(3) 可取式壓差作用密封懸掛器適用于低壓低產(chǎn)氣井，且可實現(xiàn)在油管內(nèi)下入如渦流、節(jié)流、噴射等質(zhì)量較大的排水采氣工具。

參考文獻:

[1]葉能傳，魏新勇，任貴興.國內(nèi)外尾管懸掛器技術進展[J].石油鉆探技術，1996(3)：30-32+38.

[2]董照遠，李敬元.國內(nèi)尾管懸掛器技術進展趨勢[J].石油和化工設備，2010(5)：5-7.

[3]馬開華，朱德武，馬蘭榮.國外深井尾管懸掛器技術研究新進展[J].石油鉆探技術，2005(5)：55-58.

[4]尹飛，高寶奎，黃丹.深井尾管懸掛器強度分析及懸掛載荷計算[J].石油礦場機械，2011(9)：33-36.

[5]馬蘭榮，郭朝輝，姜向東，鄭曉東.新型封隔式尾管懸掛器的開發(fā)與應用[J].石油鉆探技術，2006，33(5)：54-56.