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1、III目录1 设计的选题目的、意义 .11.1 选题目的 .11.2 选题意义 .12 国内外发展研究现状 .23 封隔器以及注水过程的工作原理 .43.1 封隔器的工作原理 .43.1.1 封隔器的介绍 .43.1.2 封隔器的作用 .43.1.3 封隔器使用范围 .53.1.4 封隔器的主要结构以及工作原理 .53.2 注水工艺 .64 主要研究内容 .85 总体方案确定 .85.1 结构 .95.2 坐封 .95.3 工作过程 .95.4 解封 .105.5 为克服管柱蠕动对封隔器影响的结构设计 .106 计算设计过程 .116.1 封隔器工作参数选取 .116.2 各部分的结构尺寸设计
2、 .116.3 效核 .327 高压单管封隔器设计的可行性分析 .378 结论 .38谢辞 .39参考文献 .40高压单管封隔器设计11 设计的选题目的、意义1.1 选题目的油田广泛运用封隔器于采油、注水及其它油井特殊作业。国内生产封隔器的厂家也不少，但关于高压封隔器产品几乎还没有，主要靠进口。同时，长期以来，对低渗透、深油藏的高压注水油田没有合适的分注工具。为此，选定此项目进行高压单管封隔器设计。1.2 选题意义我国的大多数油田属非均质多油层特点，油田开采的主要矛盾是如何提高各类油层的动用程度和经济效益，达到可持续发展。在开发过程中，各油层的产量、压力和吸水能力等存在很大差异，如何合理开发多
3、层油田，提高采收率，又要可持续发展，一直是一个很重要的问题。以封隔器为中心的井下分层工具，对油层实现分采分注是极其重要的，因此对封隔器的研究对油田开发具有重要的意义。对于注水开发的油田，随着油田开发程度的加深，油井层之间矛盾日益突出，为了保持地层压力、稳定原油产量，必须采取分层注水、封堵高产水层等调整措施。 2 国内外发展研究现状资料显示，欧美等发达国家在油田开发中采用封隔器已有近百年的历史，较早2的油田封隔器是包裹在油管外面，试图将不同的液相进行隔离。油田开发初期自喷井较多，封隔器应用相对较少。类似目前所采用的封闭油管与套管间环形空间的封隔器是从 20 世纪初开始开发使用的。有许多的专业制造
4、公司对封隔器的研发测试都非常重视。为了合理地开发多油层非均质油田，避免层间干扰和确保各层有效生产，三十年代末，美国和苏联相继开始了分层开采工艺的研究和其他分层工艺技术(如分层注水、分层测试、分层进行增产措施)的试验，这导致了适应分层开采工艺技术的各种封隔器的发展。美国的贝克油田工具公司(Backer Oil Tools)，在 1940 年开始介入油田井下工具研究，最早开发出了可回收式封隔器，不论从制造精度上还是实用性方面都有较高水平，在世界上处于领先地位。1942 年，第一次双层完井使用了美国贝克工具公司制造的封隔器。1951 年，用于多管完井作业用的双管封隔器也已经问世。近几十年来，随着钻井
5、、完井工艺不断向高压、高温和复杂的深部地层方面发展，对封隔器提出了种种更高的要求，因而促使封隔器研制工作趋向专业化，研制的产品日益丰富。目前、美国参与封隔器研制、销售的厂商或公司不下于 40 家(还出现了专门从事封隔器研制的贝克封隔器公司)。据统计，美国有关产品目录上的封隔器品种已达 500 种，近几年来，则大大超过此数，并涌现出不少结构改进，性能提高的新型封隔器。1994 年，美国初步研制出 2 18in 高效可锚定单级膨胀式封隔器，在比较恶劣的工况下，具有较高的工艺操作可靠性和耐压、耐温以及抗腐蚀性能。当温度大于 150条件下，可承压 34 MPa(膨胀率为 2:1 时)或 14 MPa(
6、膨胀率为 3:1 时)。而苏联封隔器般最深下至 3000 多米，耐压 500 多大气压，耐温20-350。我国的封隔器研究也在不断地发展，大庆采油工艺研究所的科研历程比较具有代表性。1962 年 4 月为确保独立开发大庆油田，为油田的发展提供有效工艺技术手段，研制了 475-8 型水力压差封隔器和 665 型偏心配水器，逐步形成了“六分四清”新工艺，并在油田大面积推广应用，对认识非均质多油层砂岩油田注水开发特点，充分发挥主力油层作用，为保证油田持续生产提供了有效的技术手段。从 1976年到 1985 年，油田开采方式逐步由自喷转为机械采油，封隔器的研制基本适应了以限流法压裂完井技术为代表的机采
7、条件下的分层压裂、分层堵水、分层测试等作业要求。从 1986 年到 1995 年，机采井数占油井总数的 99.3%，针对地表油层和油田外围储量差、油层薄的油田的增效开采和油井的大修，根据“稳油控水”目标的需要，先后为注水、产液、储采作业研制了配套的封隔器。近年来封隔器的用量越来越大，作用更加明显，同时对封隔器的性能要求更加严格。我国不断地吸取和引进国外的封隔器研发技术，现已初步形成了一定规模的封隔器研发队伍，并开发出了很多适合我国油田现状的新型封隔器。先后研制和使用高压单管封隔器设计3了从机械式到水力式，从压差式到自封式的各种类型的封隔器及相应的配套工具。封隔器的密封材料的使用也不再仅限于橡胶
8、，相继出现了金属封隔、尼龙封隔，或它们三者之间的组合，密封和耐温性能都取得了很大的提高。封隔器胶筒是密封的关键，密封件仍以胶筒为主。胶筒在液压推力作用下，通过轴向压缩作用在封隔器套管壁上，起到密封封隔作用。在中、深油井的分层开采、堵水、压裂、注水等作业中发挥了不可替代的作用。近年来，油井己进入高含水阶段，加上新的热力采油方法的需要，井况日趋恶化，对胶筒的侵蚀更加严重，对耐温的要求相应提高，我国原有的封隔器胶筒耐温只有 120，己不能满足油田钻采的需要。铁岭橡胶工业研究院就选用氢化丁睛胶为主体材料、开发出了耐温达 150、型号为 YS 113-15-20 的压缩式封隔器胶筒。2003 年底，新胶
9、筒在 0#柴油、150,20MPa,96 小时实验条件下检验证明各项参数满足工作要求。科技工作者们致力在封隔器的结构设计与功能设计进行研究，以期达到世界先进水平，近几十年来经过不懈的努力，研制出了各种适应不同地质条件和工况环境，以及不同功能、材料的封隔器，如：DQY141-114 型封隔器、DQY341-114 型封隔器、ZYY341-114 型封隔器、Z331_114 型封隔器、Y411-115 型可取式双卡瓦封隔器、90mm 金属封隔器、Y54l115 静液压封隔器等，目前最大工作压力已达到 75mpa，工作温度达到 300。从现场的使用效果来看，都能进行有效封堵，工作运行良好，并达到了国
10、际先进的水平。封隔器的发展趋势：向着高性能、多用途、适应性强和更多地采用内密封结构的方向发展。3 封隔器以及注水过程的工作原理3.1 封隔器的工作原理3.1.1 封隔器的介绍所谓“封隔器” ，系指具有弹性密封元件，并以此封隔环空，隔绝产层，以控制产(注)液，保护套管的井下工具。也就是说，封隔器所具备的种种功能，主要依靠弹性密封元件的密封作用来实现。这种密封作用，根据密封部位的不同，可分为两种：一种是油管与套管(或裸眼井壁)之间的密封，即“外密封” ；一种是油管或油管4密封短节(也称密封段)与封隔器内腔(或密封腔容座)之间的密封，即“内密封。正是由于封隔器独特的密封作用，为油气水井的正常生产和各
11、种井下工艺措施的顺利进行提供了有效的机械手段，因此，封隔器校认为是实现油气田合理开采的战略性武器。通常，封隔器是接在油管上下井的。现场上，往往把这种带封隔器的油管柱叫做“封隔器管柱” ，也有人称为“油管封隔器系统。 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，前者指可以用油管(或钻杆)或电缆下井坐封，必要时采用动管柱和其他非破坏性手段解封，并从井下起出以重复使用的封隔器，后者则指较长时间(永久性地)封隔地层，一般不易从井下起出的封隔器。按其作用原理和结构特点，可分为支撑式、卡瓦式、皮碗式、水力扩张式、水力自封式、水力密闭式和水力压缩式等多种形式，按封隔器封隔件的工作原理分为：自封式
12、、压缩式、楔入式、扩张式。对于封隔器本身来说，最关键的部件是弹性密封元件，因为它在很大程度上影响并决定着封隔器系统井下工作的成败。封隔器系统在井下工作的条件主要是温度和压力，往往因井的工艺方式的变更而改变，因而引起系统的受力和管柱长度发生变化，导致封隔器过早解封、错封或窜封，乃至无法取出封隔器及其他更为严重的恶性故障。因此，需要从理论上了解和分析温度、压力的变化如何影响封隔器系统的的受力情况。所谓“封隔器” ，是指具有弹性密封元件：用于封隔环空，隔绝产层，以控制产(注)液，保护套管的井下工具。封隔器所具备的种种功能，主要依靠弹性密封元件的密封作用来实现。3.1.2 封隔器的作用（1）隔绝井液和压力，以保护套管免受影响，从而改善套管工作条件；（2）封隔产层或施工目的层，防止层间流体
