对于钻完井专业工程技术人员,封隔器是比较常用的一个工具。它通常被安装到钻完井管串上,下入到预先设计的深度后,通过启动坐封机制和套管、筛管或裸眼井壁内部之间提供密封。一线工程技术人员在设计以及施工中需要正确掌握不同封隔器的坐封机理,可以针对不同井况以及工作状况,选择*为适宜的封隔器。本篇启航就为大家整理概述了常见的封隔器坐封机理,各位石油专业人员可以收藏本文,作为今后的实际工作中的一个重要参考。
当前封隔器设置机制可以分为:1. 压紧式锚式封隔器;2. 机械压缩式封隔器;3. 机械张力式封隔器;4. 液压张力/压缩式封隔器;5. 液压压差式。
压紧式锚式封隔器(Compression Set Anchor Packer)
锚式封隔器是*简单的压缩封隔器。在下入状态下,卡瓦锁扣在一个容器中,橡胶密封元件被缩回,使其可以自由下井。本款封隔器主要应用于当封隔器上方无可遇见的大压差井况。当封隔器下方的尾管遇到井底时,封隔器上方油管的重量使卡瓦从容器中弹出。油管的重量压缩了顶部和底部之间的密封元件,导致它被挤出并紧密贴合套管内壁。如果封隔器离井底有一定的距离,则需要用长的尾管来启动和维持封隔,但这不是很推荐的做法,因为尾管很笨重,可能会出现严重的弯曲,而且随着时间的推移,可能会出现沙蚀现象。
机械压缩式封隔器(Mechanically Set Compression Packer)
这种封隔器可用于钻井工具串或油管串中,主要承受压力差将来自封隔器上方。机械定压式封隔器经常被用于钻杆测试或定位套管泄漏,连续油管用封隔器也多为此类。当这种封隔器用于钻杆测试时,必须注意确保封隔器下方的压力不超过来自上方的压力。但是如果出现这种情况,只要产生的上升力小于油管重量,封隔器也会保持坐封状态不变。这种类型的封隔器上的卡瓦数量因其尺寸而异。它们均匀地分布在卡瓦挡圈周围。封隔器主体外表面加工的J型槽,非常类似于圆珠笔的更替机构。当止位销位于J型槽的短腿上时,滑环和卡瓦不能向锥体方向移动。在这种模式下,封隔器无法坐封。当运行到井中时,弹簧使卡瓦的下部(耐磨垫)紧贴套管壁。卡瓦挡圈作为支点,卡瓦上部的齿状部分向内枢转,远离套管壁。磨损垫在壁上的摩擦力将螺柱牢牢地固定在J型槽的短边上。这就保证了卡瓦保持在远离锥体的向下位置。在达到所需的设定深度时,将油管抬起几英寸。现在止位销将位于J型槽短腿的下端。在地面上按预设方向和圈数旋转油管,使J型槽旋转,直到止位销位于长槽的下端。然后下放油管,封隔器主体相对于滑环(J的长腿长度)向下移动。膨胀机心轴在滑环后面移动,迫使滑环靠在套管壁上。这种机械设置的、可收回的压缩式封隔器由卡瓦支撑在井内。松开油管重量,将挤压在主体和锥体之间的橡胶,在油管和套管之间起到密封作用。在取回封隔器之前,必须将封隔器上的压力差值平衡。然后只需拿起油管/钻杆重量,再加上轻微的过拉力,就可以取回封隔器了。轻微的过大拉力加上油管/钻杆的向上移动,使得封隔器本体和锥体之间的压力得以放松。反过来,密封胶皮收缩到原来的形状,膨胀器心轴从卡瓦后面向上移动,使卡瓦缩进卡瓦载体,封隔器可以从井中收回。
机械式张力封隔器(Mechanically Set Tension Packer)
这种封隔器被设计用于压力差来自下方的情形。在机械设置、可回收的张力封隔器中,密封元件位于卡瓦组件的下方。当卡瓦从运行位置释放时,油管上的向上拉力将锥体带至卡瓦下方,迫使卡瓦伸出,以抓紧套管。进一步向上的拉力压缩了密封胶皮,使其紧贴套管壁。来自下方的压力差将使封隔器更加牢固。如果压力差来自上方,那么只要产生的向下的力量小于油管中的拉力,封隔器就会保持坐稳状态。在封隔器本体上加工了一个倒置的J型槽,由滑环上的止位销接合。在坐封封隔器时,将油管下放几英寸,并在表面逆时针旋转足够的量,使封隔器旋转四分之一圈。止位销现在位于J型槽长腿的顶部。向上拉动油管,使封隔器固定。油管必须以拉力坐封。要松的话,油管必须下放至少一英尺,以消除*初施加的拉力,然后顺时针旋转。这*后一个动作将倒置的J型槽的短腿带到螺柱下。可以将封隔器从井中拉出。张力式封隔器通常配有一个额外的紧急释放装置,其形式是一个剪切环。如果正常的释放程序不成功,可在油管上施加一个往上过提的拉力,比设置封隔器所需的压力大得多,将剪切环破坏,使得主体、橡胶和锥体从心轴上掉下来,从而释放卡瓦。
液压张力/压缩式封隔器 (Hydraulically SetTension/Compression Packer)
液压式封隔器是很常用的生产封隔器,特别适用于油气井中油管操作容易出现问题的情况。这种封隔器的设计,油管可以在封隔前着陆并进行地面法兰连接。这在半潜式或钻井船上特别有吸引力,因为它消除了油管的”伸缩摇摆 “效应。液压式封隔器是由封隔器处的油管和套管之间的压力差来驱动的。必须在封隔器下面的油管或封隔器本身的底部设置一个临时堵塞油管的方法,通常是一个由剪切销固定的球座。当封隔器下到设定深度时,地面进行投球并泵入,落在球座上并打压使得主体向下运动。密封胶皮将被压缩膨胀抵住套管,锥体在卡瓦后面被压下,推动它们向外抓紧套管。封隔器中通常会安装多个安全销钉,避免过早启动坐封过程。随着封隔器的坐封,油管中的压力进一步增加,将销钉剪切。之后设定压力将被放掉,封隔器将保持就位。这种封隔器不需要油管重量来固定它的位置。静压式封隔器是液压式封隔器的一种变体,它使用静液柱压力而不是地面泵压来坐封。这种封隔器的体内有一个环形油缸,内含大气压力的空气。筒体的上端由一个环形活塞密封,暂时锁定。地面使用较低的泵压,就可以剪断一个小销子,使环形活塞解锁。油管中的静水压作用于活塞的顶部,使其向下移动,压缩空气。这个运动将坐封卡瓦并压缩密封元件。因此,在性能和应用方面,静压式封隔器与液压式封隔器非常相似。主要的区别是设置它所需的地面泵入压力较低。
液压压差式 (Hydraulic Hold-Down)
液压压紧按钮是液压压差坐封器的一个组成部分。它们位于封隔器的上端。这些按钮依靠来自封隔器下方的压差迫使它们和套管壁紧密结合,从而防止封隔器的任何向上移动。封隔器下方的压差越大,液压压紧按钮就与套管壁接触越紧。一旦压力解除,封隔器又可以自由活动,具备相当大的灵活度。因为这种特性,此种封隔器很多时候被用于井下压裂作业中,也称为水力锚。