大通径金属密封封隔器的研究与应用
耐高温高压封隔器密封材料研究与应用
耐高温高压封隔器密封材料研究与应用【摘要】封隔器是石油勘探开发中井下作业的重要工具之一，为确保层间封隔，顺利高效完成井下作业，封隔器上的密封元件——胶筒，是封隔器的核心部件。
本项目皆在研究开发出耐高温（150℃～170℃）耐高压（35～55Mpa）新型密封材料——封隔器胶筒。
【关键词】井下作业；封隔器；胶筒引言封隔器是石油勘探开发过程中井下作业的重要工具之一，封隔器在各油田的生产实践中广泛应用，其密封元件——胶筒，是封隔器的核心部件。
密封材料的性能决定了封隔器能否有效地实现层间封隔，并能适应不同地层条件下，如高温高压下长期使用。
上个世纪八十年代，我们针对江斯顿地层测试器胶筒进行开发研究，成功地研究出≤120℃的封隔器胶筒，广泛应用于各油田，替代了进口胶筒。
随着石油及天然气的勘探开发不断向深部地层进军，地层条件复杂、苛刻，对封隔器的密封元件——胶筒的耐高温高压的性能需求十分迫切。
目前国内生产的封隔器胶筒大多只适用于温度≤120℃，压力≤25Mpa的条件，而能够适用于150℃、35Mpa以上的封隔器主要是从国外进口。
这样不仅价格昂贵，而且由于供货不及时，在很大程度上影响油田的开发建设，我们针对这一市场需求，开展了耐高温高压封隔器胶筒的开发研究，并获得了成功。
一.实践部分1.设备：XK—150双滚筒炼胶机XK—400双滚筒炼胶机100T平板硫化机2.仪器：（邵尔A）硬度计高低温拉力试验机3.原料：FKM、AcM、HNBR、Aflas、EPDM、补强剂、防老剂、硫化剂及其他助剂。
4.配方研究：根据井下地质条件对封隔器密封元件性能的要求，我们对上述橡胶原料进行筛选，确定了以Aflas/HNBR作为主体材料，选择耐高温硫化剂、防老剂、补强剂及其他助剂进行制样试验，并与进口原料试样对比，见表15.封隔器胶筒的结构设计封隔器胶筒的耐温耐压的性能除与其密封胶料本身的性能有关外，还与胶筒的结构有关，为了更进一步提高封隔器胶筒的抗压、抗拉、抗撕裂性能，我们设计出胶筒的多层结构，见图16.生产工艺流程：配料——塑炼混炼——下片——精炼——注压——硫化——启模——修边——检验——入库二、现场应用部分本产品开发研制成功以后，先后在大庆油田、胜利油田、大港油田、华北油田、辽宁阜新石油工具厂等单位反复试用，其性能达到设计要求，满足现场作业需求。
气密封封隔器的研制与应用
气密封封隔器的研制与应用徐凤廷【摘要】氮气气顶驱试验过程中，注气井口出现油套压平衡问题，封隔器气密封性存在缺陷，现场操作存在一定安全隐患。
通过气顶驱气密封封隔器工具研究与现场试验，为气顶驱项目的顺利实施提供了技术支持。
%A nitrogen gas cap drive test was carried out in Liaohe Oilfield during 2012,packer seal-ing defected in the test,lead to a coincident oil pressure and casing pressure,site operation has certain security hidden danger.Through gas seal packer tool study and field test,technical support is provided to the implementation of gas cap drive project.【期刊名称】《石油矿场机械》【年(卷),期】2014(000)005【总页数】4页(P89-91,92)【关键词】封隔器;气密封;气顶驱;气密封实验;应用【作者】徐凤廷【作者单位】中油辽河油田公司，辽宁盘锦 124011【正文语种】中文【中图分类】TE934.4辽河油田高升采油厂雷64块储层为中孔、低渗砂岩，平均孔隙度13.7%，平均渗透率21.9×10－3 μm2，油层厚度最大达167.5 m，属厚层块状底水稀油油藏。
动用含油面积3.27 km2，石油地质储量8.54×106 t。
经过二十多年的开发，油田进入中含水开发阶段，产量快速递减，含水不断上升，开发指标一度下滑。
年产油从最高的2.05×105 t下降至目前的1.04×105 t，含水上升至47%，近2 a综合、自然递减率分别在12%和19%以上，并呈现逐年上升趋势，开发矛盾日益突出。
气密封封隔器的研制与应用
气密封封隔器的研制与应用
徐凤廷
【期刊名称】《石油矿场机械》
【年(卷),期】2014(000)005
【摘要】氮气气顶驱试验过程中，注气井口出现油套压平衡问题，封隔器气密封性存在缺陷，现场操作存在一定安全隐患。
通过气顶驱气密封封隔器工具研究与现场试验，为气顶驱项目的顺利实施提供了技术支持。
【总页数】4页(P89-91,92)
【作者】徐凤廷
【作者单位】中油辽河油田公司，辽宁盘锦 124011
【正文语种】中文
【中图分类】TE934.4
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各种封隔器的结构与工作原理用途与特点
各种封隔器的结构与工作原理用途与特点一、各种封隔器的结构与工作原理1.气动隔离器：气动隔离器是利用气动装置进行封隔的装置。
其结构由隔离体、密封垫、压盘、气动装置等组成。
工作时，通过气动装置将隔离体与密封垫压紧，实现密封。
2.电磁隔离器：电磁隔离器是利用电磁力产生封隔效果的装置。
其结构由电磁铁、密封垫等组成。
当电磁铁带有电流时，会产生磁场，将隔离体与密封垫吸附在一起，实现封隔。
3.机械隔离器：机械隔离器是通过机械原理实现封隔效果的装置。
常见的机械隔离器包括翻板阀、球阀等。
通过手动或自动操作，改变阀门内部的结构以实现开关，达到封隔的目的。
4.膜片隔离器：膜片隔离器通过薄膜的弯曲变形实现封隔效果的装置。
其结构由薄膜片、密封环等组成。
隔离时，薄膜片受到压力差的作用而弯曲，将两侧的介质隔离开来，实现封隔。
5.液动隔离器：液动隔离器是利用液体压力实现封隔效果的装置。
其结构由液动缸、隔离体、密封垫等组成。
通过液动装置提供的高压液体，将隔离体与密封垫压实，实现封隔。
1.气动隔离器：适用于高压、高温、腐蚀性介质的封隔，具有密封可靠、操作方便、适用范围广等特点。
2.电磁隔离器：适用于液体、气体等介质的封隔，具有封隔效果好、韧性强、安装方便等特点。
3.机械隔离器：适用于液体、气体的封隔，具有结构简单、密封可靠、操作方便等特点。
4.膜片隔离器：适用于高温、高压、腐蚀性等介质的封隔，具有耐高压抗冲击、密封可靠、使用寿命长等特点。
5.液动隔离器：适用于液体、气体等介质的封隔，具有密封性好、结构紧凑、使用寿命长等特点。
综上所述，各种封隔器都具有封隔效果好、操作方便、安全可靠等性能，但适用于不同介质和工况的封隔需求。
因此在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的封隔器。
井下工具——封隔器功能介
解封方式代号
1
2
3
4
5
封隔器型号编制： 编制方法
按照封隔器分类代号、封隔器支撑、座封、解封方式代号及封隔器钢体 最大外径五大参数依次排列，进行型号编制。 例：Y341-114封隔器
Y 3 4 1 114 钢体最大外径 解封方式代号 座封方式代号 支撑方式代号 分类代号
目前国内常用封隔器举例
主要以Y211型封隔器、Y441型封隔器、 Y341型封隔器、K344封隔器、Z331封隔器 为主。
固定凡尔
注水层
套管 油管
KLJ-90安全接头
KZC-114支撑器 Y341-114堵水封 隔器 KZF-94坐封球座
人工井底
笼统注水管柱示意图
人工井底
常规分层注水管柱示意图
筛管、丝堵 人工井底
油套分注管柱示意图
3.验套、找漏管柱
用途及范围：适用于油水井的验套和 找漏。
技术特点：管柱结构简单，施工操作 方便。下井时如果下放速度过快，封
解封：上提管柱，当胶筒与套管内壁的 摩擦力大于解封剪钉的剪切力时，剪钉 剪断。卡簧与卡簧挂一起下行，实现解 封功能。
胶筒
坐封 销钉
上 解封下 销钉压 马牙力扣 空气平腔
衡
平衡 活塞
坐封 活塞
封隔器基本工作原理 （扩张式）
工作原理 坐封：从中心管加液压，液力经中心管出液孔传入胶 筒内腔，迫使胶筒向外扩张紧贴在套管内壁，密封油套环 空。 解封：放掉油管内的压力，胶筒即回收解封。
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井下工具——封隔器功能介绍
目录
封隔器概述 封隔器的基本用途 封隔器的分类及代号说明 几种常用封隔器举例 封隔器的工作原理
密封件的实践报告(2篇)
第1篇一、引言密封件作为机械系统中不可或缺的组成部分，其主要作用是防止流体（气体、液体）泄漏，保证系统的正常运行。
在各类机械设备的制造和使用过程中，密封件的质量直接影响到设备的性能、使用寿命和安全性。
本报告旨在通过对密封件实践的学习和操作，探讨密封件的作用、种类、选用原则以及在实际应用中的注意事项。
二、密封件的作用与分类1. 作用密封件在机械设备中的作用主要包括：（1）防止流体泄漏：密封件能够有效地阻止流体从设备的高压区域流向低压区域，保证系统的稳定运行。
（2）防止气体泄漏：密封件能够阻止气体从设备内部泄漏到外部，保证设备的密封性能。
（3）防止固体颗粒进入：密封件能够阻止固体颗粒进入设备内部，避免对设备造成磨损和污染。
（4）防止腐蚀：密封件能够防止腐蚀性介质对设备内部造成损害。
2. 分类密封件按照材质、结构、工作条件等因素可分为以下几类：（1）按材质分类：橡胶密封件、金属密封件、塑料密封件、复合材料密封件等。
（2）按结构分类：O型圈、V型圈、Y型圈、U型圈、波纹管等。
（3）按工作条件分类：高温密封件、低温密封件、高压密封件、低压密封件等。
三、密封件的选用原则密封件的选用应遵循以下原则：1. 根据工作条件选择密封件（1）温度：根据设备工作温度选择相应的密封材料，如高温设备应选用耐高温密封件。
（2）压力：根据设备工作压力选择相应的密封结构，如高压设备应选用结构强度高的密封件。
（3）介质：根据设备内部介质性质选择相应的密封材料，如腐蚀性介质应选用耐腐蚀密封件。
2. 根据安装条件选择密封件（1）安装空间：根据设备内部空间选择合适的密封件尺寸。
（2）安装方式：根据设备安装方式选择相应的密封件结构，如螺纹连接应选用O 型圈等。
3. 根据成本考虑选择密封件（1）材料成本：根据密封件材质的成本选择合适的密封件。
（2）加工成本：根据密封件加工工艺选择合适的密封件。
四、密封件的实际应用1. 汽车发动机在汽车发动机中，密封件主要应用于气门导管、气门油封、油底壳油封等部位。
化工机械中的密封技术及其应用研究
化工机械中的密封技术及其应用研究摘要：本文主要探讨了化工机械中的密封技术及其应用。
随着化工行业的快速发展，密封技术的优劣直接关系到机械设备的运行效率和安全性能。
文章分析了常见的密封技术和其适用场景，同时也研究了密封技术在实际应用中面临的挑战和解决策略。
强调了密封技术对于化工机械稳定运行的重要性，并展望了未来密封技术的发展趋势。
关键词：化工机械；密封技术；应用研究；机械设备；密封性能引言：在化工工业中，密封技术是保障机械设备稳定、高效运行的关键因素。
随着化工工艺的日益复杂和生产要求的不断提高，密封技术的优劣直接影响到企业的经济效益和安全生产。
本文将深入探讨化工机械中的密封技术及其应用，以期为相关领域的技术研发和生产实践提供有益的参考和启示。
一、化工机械密封技术概述在化工生产过程中，机械设备密封性能的好坏对生产的安全、稳定与效率产生直接影响。
密封技术作为保障化工机械正常运行的关键环节，对于防止介质泄漏、确保工艺流程的顺利进行至关重要。
本文将深入探讨化工机械密封技术的特点、分类及发展历程，以期为相关领域的技术研发和生产实践提供有益的参考。
（一）化工机械密封技术的主要特点是高密封要求、耐腐蚀、耐高温高压。
在化工生产中，各种介质多为易燃、易爆、有毒、有害或有腐蚀性的物质，因此，对机械设备的密封性能要求极高。
另外，由于化工生产多在高温高压环境下进行，所以密封材料和结构必须能够承受高温高压的考验。
（二）按照不同的分类标准，化工机械密封技术可以分为多种类型。
按照密封结构，可以分为接触式密封和非接触式密封；按照密封材料，可以分为金属密封和非金属密封；按照密封原理，可以分为垫片密封、螺纹密封、填料密封和机械端面密封等。
这些不同类型的密封技术各有其特点和使用范围，在实际应用中需要根据具体情况选择合适的密封方式。
（三）随着化工工业的不断发展，化工机械密封技术也在不断进步和完善。
早期的化工机械密封主要采用简单的垫片和填料密封，但这些密封方式在高温高压和腐蚀性介质的环境下容易失效。
我国封隔器技术的发展与应用
我国封隔器技术的发展与应用
张立新;沈泽俊;李益良;张国文;高向前
【期刊名称】《石油机械》
【年(卷),期】2007(35)8
【摘要】对国产封隔器产品及技术进行了综述,包括一般封隔器和金属封隔器.归纳了封隔器性能试验及监测设备,总结了封隔器作业工艺参数计算和相关产品组件的数值模拟工作,列举了封隔器常见问题及解决方法,最后提出封隔器产品开发和应用的8项建议.
【总页数】4页(P58-60,74)
【作者】张立新;沈泽俊;李益良;张国文;高向前
【作者单位】中国石油勘探开发研究院;中国石油勘探开发研究院;中国石油勘探开发研究院;中国石油勘探开发研究院;中国石油勘探开发研究院
【正文语种】中文
【中图分类】TE9
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外力作用下由母相奥氏体直接形成马氏体称为 应力诱发马氏体 。外加应力对合金的马氏体相变有 较大影响 ,应力对相变起促进作用 。
应力诱发马氏体发生逆转变时 ,宏观应变得以 恢复 ,合金呈现出相变超弹性 (如图 1) 。
图 1 Ni47. 5 Ti50 Fe21 5 合金在 193 K 的应力 —应变曲线
图 5 金属封隔器验封管柱示意
大通径金属封隔器不同于常规卡瓦类封隔器 , 密封与卡瓦锚体支撑分步设计 ,不仅使封隔器结构 复杂 、长度增加 ,而且反复使用对套管具有损坏作 用 。如果密封件改用 Ni Ti 合金 ,则可以将二者结合 起来 。本设计不仅密封件采用了 Ni Ti 合金 ,而且突 破了传统的封隔器设计模式 ,集密封与锚体支撑部 分为一体 ,结构大大简化 ;内通径大 ;耐温性能高 ( > 150 ℃) 。
收稿日期 :2005203207 作者简介 :胡玉志 (19702) ,男 ,黑龙江延寿人 ,工程师 ,现主要从事采油工程的研究工作 。
胡玉志 ,等 :大通径金属密封封隔器的研究与应用
图 2 金属封隔器结构示意
3 金属封隔器的设计研究
3. 1 封隔器外径 Ni Ti 合金具有超弹性 ,如图 3 ,Ni Ti 合金受力
随着油田勘探的不断深入 ,向深层寻找油气资 源是油田持续高产的重要物质基础 。深部储层岩性 的复杂性对采油工艺提出了更高要求 。封隔器作为 分层采油的主要工具 ,在采油工程中广泛使用 。随 着开发井的加深 ,油层温度越来越高 ( > 150 ℃) ,处 理工艺的承载能力随油层的加深也不断加大 ,然而 , 传统的封隔器封隔件均以橡胶为密封材料 ,适应于 温度较低 ( < 120 ℃) 与压力不高 ( < 50 M Pa) 的工 艺条件下 ,在高温和高压条件下容易老化 ,影响封隔 器的使用性能与寿命 。为此 ,开展了大通径金属密 封可取式封隔器的研究 。
封 。为此 ,设计了专用一体化解封打捞配套工具 。 首先 ,把插入的密封段起出 ,然后利用油管携带专用 一体化解封打捞工具 ,下入到封隔器固定位置后 ,上 提捞矛将锥套起出 ,打捞工具将金属封隔器主体整 体捞住 ,待金属封隔器解封收回后 ,再整体起出 。 3. 5 引锥角
引锥角对于金属封隔器的性能起到了重要作 用 。先后设计了不同的引锥角 ,并进行了多次试验 , 试验数据如表 1 。
表 1 引锥角试验数据 (试验件为实际尺寸的 1/ 2)
引锥角 α/ (°)
0
2
5
试件
12Biblioteka 3123
1
2
3
坐封力 F/ kN
200
250
70
200
150
250
150
160
150
承压 p/ MPa
40
40
38
40
5
40
35
38
35
坐封距 s/ mm
47
47
47
47
40
48
23
24
21
备注
密封面偏斜 ,坐封时合金密封 体变形不均匀 ,坐封距过大
表 2 结构和热处理工艺改进后的试验数据
坐封力 F1 / kN
坐封距 s/ mm
解封力 F2 / kN
承压 p/ M Pa
330
试件
330
45
182
36
49
192
40
350
48
186
35
由表 2 知 ,合金密封体在真空中进行热处理后 , 其承压 > 35 M Pa ,密封性能得到极大提高 。
2003209 ,在采油一厂北 1 —丁 3 —P29 井进行 金属封隔器底水封堵 (如图 5) , 现场 验封 压力 达 141 5 M Pa 。技术指标为耐压 ≥35 M Pa ; 悬挂力 ≥ 200 kN ;耐腐蚀性能优于套管 ;耐温不低于 150 ℃; 中心管内通径为 <90 mm 。
图 4 不同热处理方式下的合金恢复曲线
合金在真空条件下热处理 ,以防止合金吸氧 ,降
低合金材料的硬度 。通过打捞和井下加热的方法解
封 ,可保证封隔器解封后能够顺利起出 。
金属封隔器解封时 ,需要下入专用工具进行解
图 3 Ni Ti 合金的回弹应变与应变的关系曲线
针对 <1141 3 mm ( 4 ∀− 英寸) 的套管 ,金属封隔 器的最大外径应 < <120 mm ,以确保封隔器下得去 。 因此 , 设 计 确 定 金 属 封 隔 器 外 径 为 <118 mm , 在 <139. 7 mm 套管内使用时 ,外径变形率为 6 % ,内径 变形率为 6. 7 %。 3. 2 密封性能 a) 延长封隔器的应力过渡带 ,减小封隔器密
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坐封距过大
坐封距 、坐封力合适
·80 ·
OIL FIELD EQUIPMENT 2005 Vol. 34 №4
试验表明 ,采用 5°作为金属封隔器引锥角比较 合理 。
4 金属封隔器的试验研究
对结构和热处理工艺作了改进的金属封隔器进 行试验 ,其试验结果如表 2 。
关键词 : 封隔器 ;合金 ;马氏体相变 ;弹性 ;特性 ;密封 中图分类号 : TE933. 202 文献标识码 : B
Study and application of large bore seal metal packing HU Yu2zhi ,WAN G Rui
( D aqi n g Prod uction En gi neeri n g I nsitit ute , D aqi n g 163453 , Chi na)
Abstract : This paper p resent t he st ruet ure and wo rking p rinciple of t he packing. It s feat ure and p rocess are al so describe as well . The sealing and de2sealingl and t he effect are emp hasized. Key words : packer ;alloy ;marp hase change ;elasticit y ;characteristic ; sealing
5 结论
1) 室内试验与现场试验研究表明 ,金属封隔 器的工作原理和结构设计较合理 ,达到了各项技术
指标要求 ,现场试验获得成功 。 2) Ni Ti 合金材料在热与外加应力的作用下
形成马氏体 ,具有良好的形状记忆与超弹性功能 ,封 隔器可利用这一特性 。集密封件与卡瓦锚体为一 体 ,简化了结构 ,增大了内通径 。
2 金属封隔器的原理
金属封隔器的结构如图 2 。金属封隔器的工作 过程是由动力坐封器 、坐封封隔系统 、丢手总成 3 部 分完成 ,同时 ,配套系统包括插入管柱和解封打捞工 具 。封隔器工作系统由合金密封体 、锥体 、工作筒组 成 。丢手总成由释放套 、夹头体 、弹簧爪 、拉杆组成 。 动力坐封器将大小相等 、方向相反的 2 个机械 力通过坐封套 、拉杆的传递 ,分别作用于锥体和工作 筒上 ,使得锥体相对于合金密封体向下运动 ,将合金 密封体胀大 ,从而密封在套管上 ,当机械力达一定值 时 ,释放套被拉断 ,丢手总成工作 ,完成丢手 。
2005 年 第 34 卷 石 油 矿 场 机 械 第 4 期 第 78 页 OIL FIELD EQUIPMENT 2005 ,34( 4) :78～80 文章编号 : 100123482 (2005) 0420078203