安东石油FREECAP膨胀封隔器性能介绍(PPT)

膨胀管技术与应用培训讲义PPT图文并茂

膨胀管技术与应用

马青芳

中石油钻井院

2014.09

主要内容

1

膨胀管技术简介

2

膨胀管套管补贴技术

3

膨胀套管钻完井技术

4

膨胀式尾管悬挂技术

5

膨胀管定位多分支井技术

一、膨胀管技术简介

膨胀管技术是1999年在美国首先发展起来的一项新技术。

膨胀管是一种由特殊材料制成、具有良好塑性的金属钢管，可通过机械

或液压的方法在直径方向膨胀10～30%，并在冷做硬化效应下，管材强

度和刚性得到提高。膨胀管技术利用膨胀管的特性为石油技术服务。

膨胀管应用技术：

1）膨胀管套管补贴技术；

2）膨胀套管钻完井技术；

3）膨胀式尾管悬挂技术；

4）膨胀管定位多分支井技术

一、膨胀管技术简介

膨胀管关键技术（5项）：

1.膨胀管关键技术之一—管材

Ø

并非所有管材都适合用作膨胀管

Ø

管材的机械性能严重影响胀管压力

Ø

工程应用主要追求胀管后的性能指标

一、膨胀管技术简介

膨胀管关键技术（5项）：

密封环

2.膨胀管关键技术之二—膨胀锥

Ø

锥角的设计，影响膨胀力的大小

套管

Ø

材料的选择

膨胀管

Ø

表面特殊处理

3.膨胀管关键技术之三—发射腔

膨胀锥

压力腔

下封头

一、膨胀管技术简介

膨胀管关键技术（5项）：

4.膨胀管关键技术之四-膨胀螺纹

5.膨胀管关键技术之五-密封与悬挂

二、膨胀管套管补贴技术

高压泥浆

1、技术原理

下放管柱

密封环

膨胀管2

膨胀管修复套损井技术是指利

可膨胀螺纹

套管

用膨胀管的膨胀性能在井下对套管

膨胀管1

损坏处进行“补贴”和密封，以达

到修复损坏套管的目的。

密封环

膨胀锥

压力腔

下封头

二、膨胀管套管补贴技术

2、施工工艺

膨胀管修复套损井施工工艺包括井眼准备、通井、定径刮管、胀管补

贴、钻下丝堵、试压等步骤。

治套通井定径刮削处理完毕下膨胀管打压胀管胀管完毕验封钻铣丝堵施工完毕

井筒处理膨胀管补贴

二、膨胀管套管补贴技术

2、施工工艺

3、技术指标

石油钻井工程-井下工具

第四章井下工具

本章介绍海上油（气）田完井生产管柱中常用工具的种类、结构特点、用途、技术参

数、选用等。包括封隔器（Packer）、井下安全阀（SSSV）、滑套（Sliding）、工作筒

（Nipple）、偏心工作筒（Side Pocket Mandrel）、伸缩节（Extension Joint）、流动短节

（Flow Couping）、加厚管（Blast Joint）等。

第一节封隔器

封隔器是生产管柱中最主要的井下工具之一，其主要功能如下：

1）分隔生产层段，防止层间流体和压力的串通、干扰；

2）分隔压井液和生产液；

3）满足采油（气）生产和修井作业的各种要求；

4）保留住套管环空中的封隔液，起到保护套管和安全生产的作用。

用于海上油（气）田完井的封隔器可分为可回收式和永久式两大类型，而按坐封方式，

可分为液压坐封、机械坐封和电缆坐封。一、可回收式封隔器

1．单管封隔器

单管封隔器，按其坐封方式，可分为液压坐封式和机械坐封式两类。

（1）带水力锚结构的单卡瓦液压坐封式单管封隔器。

l）结构及坐封原理

图4-1-1以“FH”型液压坐封单管封隔器为例说明这类封隔器在下井、坐封和释放解封

三种状态。在封隔器以下的球座上投入密封钢球或在工作筒内坐人堵塞器，从油管内加压，当油管

压力与环空压力达到一定差值（剪切销钉材料、数量不同，则坐封压力不同。各产品都有

坐封压力规定，也可按用户要求设计）时，剪断坐封销钉，活塞向下（有些产品向上）

移，拉（或推）锥形体、密封件、内卡瓦等部件，使卡瓦张开咬住套管壁、密封件受压缩

径向膨胀，密封环形空间，内卡瓦与心轴棘齿锁住，使活塞在油管压力释放时不能复位，

保持坐封状态（如图4-1-1b）。水力锚1的内腔有一液压孔与密封胶筒下部的环行空间连

通，当环空压力升高时，水力锚向外扩张，咬住套管壁，防止封隔器上移解封。其它型号

（如OTIS的，“RH”型，CAMCO的HRP—1型）的坐封原理基本相似。有些产品可选择性进行坐封，如BAKER的“FHS”型，OTIS的12RH7129—H（图4-1-

TAM International 打压膨胀式封隔器和遇油水自膨胀封隔器

FREECAP膨胀式封隔器

TAM International 打压膨胀式封隔器和遇油水自膨胀封隔器

TAM 是世界上最好的打压膨胀式封隔器和遇油水自膨胀封隔器的厂家。其膨胀式封隔器广泛用于

钻井作业及生产井的作业上。

钻井生产上：

一、套管循环装置

保证在大斜度及深水平井套管的安全下入

二、管外封隔器

1.封隔浅层气，提高固井质量 2.封隔水层。

3.套管试压（浮箍、浮鞋失败）

4.水平井的多段封隔完井

5.套管修补

三、固井用开孔短节

1.水平井尾管的部分井段的固井

2.二级和多级固井

3.替代滑套对部分井段挤注

四、桥塞及水泥承留器

1.弃井

2.封隔某一层位

3.作为侧钻导向器

4.挤注水泥

5.打水泥塞

五、多次座封的单一封隔器

1.套管、油管测漏

2.套管、油管压力测试

3.作为挤注封隔器

六、多次座封的跨格封隔器(STRADDLE PACKER)

1.选层处理

2.地层评估

3.地层压裂

生产上的应用：TAM 的封隔器可通过小直径油管、连续油管、钢丝及电缆进行过油管作业。

一、单次座封的封隔器

1.临时或永久封隔某一层位

2.封隔水层

3.作为修井作业时的临时桥塞

4.作为挤注封隔器

5.弃井封隔器

6.作为临时生产封隔器进行生产测试

二、多次座封的单一封隔器

1.选层酸化增产

2.选层的除垢

3.检测出水层位置

4.选层的生产测试 5.套管、油管测漏

三、多次座封的跨格封隔器(STRADDLE PACKER)

1.选层酸化增产

2.选层的除垢

3.选层的生产测试

4.选层的压力检测及测试

四、跨封封隔器(SCAB LINER)

1.封隔多个射孔生产层中间某一出水或出砂的生产层

2.封隔套管或油管内的某一漏点

3.封隔某一段损坏的防砂井段

SlikPak 钢丝电缆下入工具：

TAM SlikPak 下入工具是通过电池启动送入工具内的压力泵来膨胀封隔器的，送入工具携带一个高泵量的低压泵和一个低泵量的高压泵，通过工具的自检测系统，如果检测到钢丝在下入过程中20 分钟静止不动，即开始膨胀封隔器，能下入2-1/8"至14-1/2"封隔器，可通过自带的膨胀液在气井中应用，工具适用温度为300o F，工具的稳定性非常高。

遇油膨胀封隔器的封隔性能研究

２０１２年７月　第３７卷第７期　润滑与密封　

ＬＵＢＲＩＣＡＴＩＯＮ　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ　Ｊｕｌｙ　２０１２　Ｖｏ１．３７　Ｎｏ．７　

ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．０２５４—０１５０．２０１２．０７．０１４　

遇油膨胀封隔器的封隔性能研究　

马明新　步玉环　曹成章　李硕　

（１．胜利石油管理局钻井工艺研究院山东东营２５７０００；　

２．中国石油大学（华东）石油工程学院山东青岛２６６５５５）　

摘要：基于封隔器的密封性判据和结构设计方法，在对遇油膨胀封隔器的吸油膨胀进行热膨胀描述的基础上，通　过ＡＮＳＹＳ有限元计算遇油膨胀封隔器在井下的接触压力，建立封隔器封隔性能分别与胶筒长度、厚度关系的计算模型。　结果表明，遇油膨胀橡胶的热膨胀与吸油膨胀相一致，通过膨胀橡胶的热膨胀分析可以合理描述出膨胀橡胶吸油膨胀后　的状态。有限元分析表明，随着胶筒长度和过盈厚度的增大，封隔器的封隔性能都呈指数规律增大。　关键词：遇油膨胀封隔器；热膨胀；吸油膨胀；封隔性能　中图分类号：ＴＢ４２文献标识码：Ａ文章编号：０２５４—０１５０（２ｏ１２）７—０５６—４　

Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｓｅａｌｉｎｇ　Ｐｒｏｐｅｒｔｙ　ｏｆ　Ｓｗｅｌｌｐａｋｅｒ　

Ｍａ　Ｍｉｎｇｘｉｎ　Ｂｕ　Ｙｕｈｕａｎ　Ｃａｏ　Ｃｈｅｎｇｚｈａｎｇ　Ｌｉ　Ｓｈｕｏ　

（１．Ｓｈｅｎｇｌｉ　Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ　Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ　Ｂｕｒｅａｕ，Ｄｏｎｇｙｉｎｇ　Ｓｈａｎｄｏｎｇ　２５７０００，Ｃｈｉｎａ；　

２．Ｃｈｉｎａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ，Ｑｉｎｇｄａｏ　Ｓｈａｎｄｏｎｇ　２６６５５５，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｓｅａｌｉｎｇ　ｐｒｏｐｅｒｔｙ　ｊｕｄｇｅｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｐａｃｋｅｒ，ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｔｈｅｒｍａｌ　

石油钻井完井遇油封隔器说明书

遇油膨胀套管外封隔器

使用说明书

AN-TWPSW型系列遇油膨胀套管外封隔器

使用说明书

1．产品简介

遇油或遇水膨胀式封隔器是基于聚合物材料在油气或水环境下的膨胀为基础，在热力作用下，液态烃或水进入高分子结构中，使遇油或遇水膨胀橡胶持续膨胀，以此密封套管外环形空间。目前，这种新型工具已用于固井和完井，应用在裸眼和套管内，是一种新型的井下工具。

2．结构原理

密封元件直接粘接到任何尺寸的中心管上。密封元件长度为1.0—9.0m，可供用户选择。其外径尺寸可根据压差、操作条件以及其他尺寸要求进行调整。较厚的胶层，可使橡胶获得更大的膨胀。 1

AN-TWPSW型遇油膨胀套管外封隔器结构示意图

AN-TWPSW型遇油膨胀套管外封隔器实体照片

3．应用特点

（1）持续膨胀、自我修复。

（2）适用于高温高压条件。

（3）不占用钻机时间。

（4）无送放工具，无任何不良影响，无技术风险。

4．规格型号及技术参数

AN-TWPSW型系列遇油膨胀套管外封隔器技术参数

序

号结构与技术参数项目 51/2〃 AN-TWPSW型 4〃 AN-TWPSW型

1 接头本体最大外径 Φ196 mm Φ136.5 mm

2 胶筒实体最大外径 Φ196mm Φ136.5mm

3 胶筒膨胀倍率 ≥100% ≥100%

4 基管内径/通径 φ121.4/φ118.2mm Φ90.1/φ86.94mm 2 5 基管钢级和扣型 51/2″×N80×LTC box/pin 41/2″×N80×TBG box/pin

6 主机总长度 3100mm 3962mm

7 胶筒实体长度 2000mm 1968mm

8 胶筒材质遇油膨胀型遇油膨胀型

9 适应最大井下温度 160℃ 160℃

10 安全下入时间 24h 24h

11 适用于泥浆中原油含量 6%-10% 6%-10%

12 封隔井眼直径 81/2″（Φ215.9mm） 6″（Φ152.4mm）

封隔器

P-T封隔器

用途

P-T封隔器主要用于地层测试、酸化、压裂、分层挤注等工艺中。

工作原理

P-T封隔器主要由旁通、密封元件和卡瓦总成三部分组成。封隔器下井时，凸耳是在自动槽的短槽之中，摩擦块始终与套管内壁紧贴，胶筒处于自由状态，旁通道是打开的。当封隔器下至预定井深时，先上提管柱，使凸耳在短槽的下部位置，再右旋管柱1－3圈，在保持扭矩的同时，下放管柱加压缩负荷。由于管柱旋转，凸耳到长槽内，加压时座封芯轴向下移动，端面密封与密封唇吻合而关闭旁通，继续加压，锥体下行使卡瓦胀开，卡瓦上的合金块的棱角嵌入套管壁，使胶筒受力膨胀，密封油套管环形空间。解封时，只要上提管柱，即可起出封隔器。

主要技术参数

注意事项

1、在运输与搬运时，不允许碰撞避免雨淋和潮湿。

2、在贮存时应远离热源，不得接触酸、碱、盐等腐蚀性物质。

3、每次使用后，应拆卸各零部件清洗干净再重新装配，装配时更换胶筒，螺纹连接处都必须涂润滑脂。 Y111型封隔器

用途

Y111型封隔器可用于分层试油、采油、卡堵水和酸化等工艺中，它不仅能单独使用，也可以与卡瓦封隔器配套使用。

工作原理

封隔器下到设计位置后，上提管柱一定高度，然后下放管柱，由于封隔器下部管柱受外力支撑，部分油管重量先关闭封隔器旁通然后压缩封隔器密封件，使密封件径向胀大，达到密封油套管环形空间的目的。上提管柱，封隔器旁通先打开，封隔器上下连通，压力平衡，封隔器胶筒恢复原状，即可起出。

主要技术参数

注意事项

1、在运输与搬运时，不允许碰撞避免雨淋和潮湿。

2、在贮存时应远离热源，不得接触酸、碱、盐等腐蚀性物质。

3、每次使用后，应拆卸各零部件清洗干净再重新装配，装配时更换胶筒、胶圈，螺纹连接处都必须涂润滑脂。

Y221型封隔器用途

Y221型封隔器是一种单向卡瓦支撑旋转管柱座封的封隔器，主要由密封、卡瓦支撑、换向三部分组成，用于分层采油、测试、找水、卡堵水、酸化等工艺中。

封隔器理论基础与应用

第一章、概述

第一节、前言

封隔器系指具有弹性密封元件,并籍此封隔环形空间，隔绝产层，以控制产（注）液，保护套管的井下工具.

根据密封部位不同，可分为两种。一种是油套与套管（或裸眼井壁）之间的密封，谓之“外密封”；一种是油管或油管密封短接(也称密封段)与封隔器内腔（或密封腔容座）之间的密封，谓之“内密封"。

目前常用的封隔器分为两大类:可取式封隔器和永久式封隔器。

对于封隔器本身来说，最关键的部件莫过于弹性密封元件，有人比之为封隔器的心脏，因为它在很大程度上影响甚至决定着封隔器系统井下工作的成败

第二节、封隔器的发展

石油工业的兴起和发展，伴随着封隔器的问世和演变，早期的封隔器结构简单,用途单一、性能低下.1863年美国的布赖森发明了裸眼封隔器,1863年美国的图尔特发明了一种开有油、套压连通孔的单胶筒封隔器，其胶筒是在锥形体的楔入作用下膨胀的。随后美国的封隔器研究又加快了步伐

苏联30年代初，阿塞拜疆油田首先采用正反扣螺栓式封隔器，1963年阿塞拜疆矿机研究所研制了结构比较完善的尾管式封隔器，但其下入深度只有300～650米，有效工作压差不超过2.5MPa.

近几十年，随着钻井、完井工艺不断向高压、高温和复杂的深部地层方面发展，对封隔器提出更高的要求。

第三节、结构封隔器的

一、密封部分：

密封部分是在外力（机械力或液压力）的作用下，发生动作，最终密封环形间隙，防止流体通过的机械。它是封隔器的关键部件,主要由弹性密封元件、赖以安装密封元件的钢碗、隔环（挡圈）和各种防止密封元件“肩部突出”的“防突”部件构成。其中,密封元件是至关重要的核心部件，通常制作成“圆筒状”，所以也俗称胶筒。只是近来为了实现油管与封隔器之间的内密封，密封元件才制作成各种形状(如V形)的盘根

二、锚定部分

锚定部分也叫“支撑部分”，其作用是将封隔器支撑在套管壁上,防止封隔器由于纵向移动而影响密封性能，或引起封隔器过早解封，主要包括水力锚和卡瓦等。

封隔器设计说明书

Y241-114封隔器设计

摘要：本文研究的封隔器是油气井作业中使用广泛的一种井下工具，其作用是在油井深度方向实现分层作业。封隔器上的卡瓦锚定后起到支撑封隔器、锁定胶皮筒的作用，其性能的好坏直接影响到油井的产量和生产安全。随着油气田开采的深入，地层情况越来越复杂，分层作业越来越普遍，对封隔器的使用要求也越来越高，封隔器系统失效的情况时有发生，给生产造成损失。

本文概述了油田常用的封隔器的类型、参数、命名及其工作原理；讨论了目前封隔器所用的胶筒的发展现状；分析了卡瓦对套管的损坏机理，讨论了卡瓦齿形对其受力的影响及对套管损坏的影响；分析了Y241-114封隔器的工作原理以及结构特征并对各重要零部件进行强度校核，进而完成对Y241-114封隔器的设计，得出结论。

Y241-114型封隔器主要用于分层注水中，该型封隔器中设计的内锁紧机构，实现了机构的重复坐封，提高了承压能力，采用的单向卡瓦结构，对注水工艺管柱进行扶正和锚定，提高了传统的无卡瓦封隔器的承压能力与解封力。同时还采用新型胶筒材料，能使密封元件更好耐高温、高压。因此该封隔器具有承压能力高，使用寿命长，密封效果好，能够满足高压分注工艺要求。

关键词：封隔器；高压；注水；设计

The Design of Packer of Y241-114 form

Abstract: Packer of this study is widely used in oil and gas wells operating a

downhole tool, its role is to realize the depth direction in the well stratified operation.

Slips on the packer packer support after the play, lock the role of rubber tube, the

封隔器性能信封曲线

一　篓　篓　粕　

曲线非常必要。　

ｌ封隔器性能信封曲线介绍　

１．　譬嚣通过曲线图解的方式表　

…　嵩　征封隔器在合理的拉力、Ｊ玉刀利工、’　～…　桎　搽３２　油气井测试　２０１７年ｌＯ月　

１．２掌握封隔器信封评价的重要性　

封隔器信封是一个很好的工具用于掌握和预测　

封隔器性能以及可能失效的原因，可以根据这个信　

息去进行产品参数对比，便于合理的选择封隔器应　

用于现场。　

例如：某口井即将进行完井作业，在下完井管柱　

之前进行了管柱力学等分析，确定压裂施工时作用　

于封隔器上的载荷。数据显示：在压裂施工时封隔　

器承受的最大压差达９８００　ｐｓｉ，初始井底温度达　

１７１　ｏＣ，施工过程中井底温度最低可降至４９℃，管柱　

力学计算油管对封隔器的拉应力达３７　ｔ。　

选取一支耐压１００００　ｐｓｉ、耐温１７７ｏＣ、可以承受　

４０　ｔ拉力的封隔器，但在其压力温度范围内压裂作　

业时，封隔器失封。　

分析认为，封隔器失封的原因是所有的力叠加　

到一起作用于封隔器的本体和胶筒上，而胶筒由于　

温度的影响，耐压级别下降。最后经过验证，该封隔　

器在承受３７　ｔ拉应力的情况下，封隔器只能承受　

６０００　ｐｓｉ的压差。所以必须要求提供有效的封隔器　

信息，便于指导现场施工。　

１．３封隔器失效模式　封隔器在正常工作时承受来自上、下部连接油　

管的力和来自上、下部的压差，压差最终将转化为力　

作用在封隔器上，表１是封隔器承受的载荷矩阵，共　四种组合，提供轴向载荷和封隔器压差的共同作用，　

来评估模拟封隔器失效的受力分析。另外，井下温　

度、流体成份、封隔器组成材料等因素也会影响封隔　

器承受载荷的能力，井下温度导致管柱伸长或缩短，　

最终将转化为力作用在封隔器上；流体成份、封隔器　

组成材料等因素则影响封隔器的密封性能，影响封　

隔器的使用寿命。　

表１封隔器的载荷矩阵表　

塾堕堡垦兰垫　圭壁垦塑　塾堕　垦兰垫垄墨！塑里　封隔器承受压力及上部压力作用　封隔器承受压力及下部压力作用　

塔河油田常用封隔器资料大全

塔河常用封隔器资料汇总

中国石化西北油田分公司

完井测试中心完井监测队

2007年7月

前言

塔河油田常用的封隔器的资料汇总作为完井监测队技术积累的一部分已经完成。事实上该项资料的收集在很早以前就已经开展，此次汇总主要得益于完井监测队行管在驻井的过程中和现场工具方的交流和队委对技术积累的重视。

本次封隔器资料汇总主要沿用两个方面的思路，其一，塔河常用的封隔器作为我们收集的对象，其二，下工具的过程中的注意事项是我们考虑的重点。除此以外，封隔器的基础参数、座封原理、解封过程等都有所提及。

封隔器的使用在完井过程中有相当重要的意义。本次资料整理的目的主要在于将我们手头的资料进行整合，提供现场行管以必要的技术支撑。但是由于牵涉到的工具方较多，各家提供的资料侧重点有别，我们的资料直接反映了该特点，这给查询相关资料带来不便还请读者谅解。

封隔器作为重要的井下工具，其技术在一步一步发展，完井监测队将持续推动该工作的进行，读者若发现资料的残缺及错误请及时同我们联系以便对该项工作的完善，共同推进我们对封隔器的认识，分享资源共享的成果。

前言 ............................................................................................................................... 错误！未定义书签。

川局CYY系列封隔器 ..................................................................................................................................... 1

1、CYY211封隔器使用说明 .................................................................................................................... 1 一、作用 ................................................................................................................................................. 1