陳 征，藍(lán) 飛，張 樂，張志熊，宋 鑫

（中海石油（中國)有限公司天津分公司，天津 300459)

渤海油田以疏松砂巖油藏為主，易出砂，層薄、層數(shù)多?，F(xiàn)有分層注水管柱都不具有洗井功能，注水井長期不洗井，使得井下管柱腐蝕、結(jié)垢等問題越來越突出，常造成地層污染堵塞，注入壓力上升，單井注入量下降；部分井后期動管柱作業(yè)提不動，造成大修作業(yè)，極大地制約了油田的注水開發(fā)效果。為此，本文針對5-1/2"套管完井和4.75防砂完井管柱的注水井，設(shè)計開發(fā)了可滿足層位分隔和反洗井功能的液控式膨脹封隔器，對于保證注水井注入的長效性，實現(xiàn)海上注水井可持續(xù)開發(fā)具有重要作用。

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計

K344-114型液控封隔器主要由上接頭、膠筒、活塞及下接頭等組成。使用時可以單個使用，也可以多級連用，坐封于完井管柱（即井下防砂盲管）內(nèi)壁上，以達(dá)到封隔相鄰兩油層的目的，工具結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

該封隔器上、下接頭部分均設(shè)有兩個通道，大通道用來連接油管，形成注水通道，旁側(cè)的小通道用來連接液控管線，將地面控制系統(tǒng)壓力傳遞到封隔器膠筒上，坐封封隔器。膨脹式封隔器可串聯(lián)使用，實現(xiàn)多級封隔器的坐封和分層。

設(shè)計過程中，在封隔器的結(jié)構(gòu)設(shè)計上進(jìn)行了兩大創(chuàng)新，即特殊的密封結(jié)構(gòu)與膠筒拉伸保護系統(tǒng)，保證了工具的實用性。

1.1 特殊的密封結(jié)構(gòu)

該工具的鋼體之間采用“O”型密封圈實現(xiàn)密封，鋼體與擴張膠筒之間創(chuàng)新性地設(shè)計了特殊的“V”型密封結(jié)構(gòu)，即在膠筒進(jìn)液端面上各開了一道“V”型槽。其工作原理是當(dāng)控制系統(tǒng)液壓作用到膠筒上時，“V”型槽內(nèi)充滿液壓油，此時液壓力作用在“V”型槽內(nèi)表面，使“V”型槽向外膨脹，與封隔器外鋼體形成密封。實驗表明，該結(jié)構(gòu)起到了良好的密封作用，同普通“O”型密封圈相比，其結(jié)構(gòu)簡單，組裝難度小，能夠長期使用不用更換，密封效果好。

1.2 膠筒拉伸保護機構(gòu)

當(dāng)膠筒受液壓作用膨脹時，通過受力分析得知，膠筒本體會產(chǎn)生縱向的拉伸運動，長期的反復(fù)作用會使膠筒損壞，導(dǎo)致封隔器失效。因此在封隔器的下接頭處設(shè)計了一個活塞機構(gòu)，它能通過控制系統(tǒng)產(chǎn)生的向上液壓力隨膠筒的縱向拉伸向上運動，防止了膠筒因拉伸作用而導(dǎo)致的損壞，延長了封隔器的使用壽命。

1.3 技術(shù)指標(biāo)

（1）坐封啟動壓力：≤1MPa；

（2）環(huán)空承壓能力：15MPa；

（3）最大工況溫度：不低于90℃。

2 室內(nèi)實驗

2.1 實驗?zāi)康?/h3>

（1）檢驗膨脹封隔器的坐、解封性能；

（2）檢驗膨脹封隔器膠筒的耐高溫、高壓性能。

2.2 實驗內(nèi)容及步驟

（1）連接封隔器實驗工裝，并下放進(jìn)水浸實驗井筒內(nèi)。

（2）對實驗井筒進(jìn)行加溫，使井筒溫度升至90℃以上并保持溫度。

（3）液控管線加壓16MPa，坐封膨脹式封隔器。

（4）環(huán)空打壓驗封，上下環(huán)空壓差疲勞實驗48h，密封效果良好，環(huán)空驗封實驗數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 膨脹封隔器實驗數(shù)據(jù)記錄

2.3 實驗結(jié)論

（1）膨脹封隔器坐封性能良好，耐壓能力滿足設(shè)計要求。膠筒承受環(huán)空壓力大于15MPa。

（2）膨脹封隔器解封性能良好。膨脹封隔器泄壓后，膠筒上下的環(huán)空壓力趨于平衡，膠筒回縮能力較強。

（3）封隔器膠筒耐溫、耐壓性能膠筒，封隔器從水浸井中取出后，見膠筒外管無裂紋、擠壓受損等現(xiàn)象，如圖2所示，殘余變形3.57%，滿足反洗井的要求。

圖2 實驗結(jié)束的封隔器膠筒

3 結(jié)束語

依據(jù)海上油田現(xiàn)場的應(yīng)用需求，設(shè)計研發(fā)了K344-114型液控膨脹封隔器，通過樣機的室內(nèi)高溫、高壓實驗，驗證了設(shè)計的可行性，并檢驗了封隔器密封筒的密封與形變性能，實驗證明該封隔器的性能指標(biāo)可滿足現(xiàn)場的應(yīng)用要求。