封隔器理论基础与应用

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1、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，并籍此封隔坏形空间，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”：-•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）Z间的密封，谓Z“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。対于封隔器本身来说，最关键的部件莫过于弹性密封元件，冇人比之为封隔器的心脏，因为它在很人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

2、、封隔器的发展石油工业的兴起和发展，伴随着封隔器的问lit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，阿塞拜媼油III首先采用正反扣螺栓式封隔器，1963年阿塞拜媼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T艺不断向高压、高温和复

3、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，最终密封坏形间隙，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（扌当圈）和各种防止密封元件“肩部突出”的“防突”部件构成。其中，密封元件是至关重耍的核心部件，通常制作成“圆筒状”，所以也俗称胶筒。只是近来为了实现汕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“支撐部分”，其作用是将封隔器支撐在

4、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。水力锚使川比较广泛。它通常由许多卡瓦牙或锯齿形锚爪（分布在活塞端部的圆柱面上）构成的。它既可与封隔器设计成一体，与卡瓦配套使用，也可以单独接在封隔器上（如图1）O卡瓦也是一种常用的起锚定作用的机构，美国使用最多。早期的封隔器曲于下入深度浅或承压能力低，一般无需带卡瓦，或只在胶筒上部用单卡瓦，1934年才开始在胶筒下部采用上下卡瓦。七十年代，美国格伯森公司研制成功了能承受双向压差的整体卡瓦。有时为了使力的分布均匀，在胶筒两

5、端使用两个整体卡瓦。为了防止封隔器的纵向移动，特别在深井和高圧作业屮往往采用正、反多极卡瓦，或附加上水力锚，即使是支撑井底的支柱式封隔器，由于怕压坏尾管，也往往如此。三、扶正部分扶正部分主要起扶正密封元件的作用（尤其在井身质量不好的井中），同时也起初卡作用，以便封隔坐封。这种作用，通常由扶正弹簧和状如灯笼的扶正器承担。在转动管柱座封封隔器时，扶正弹簧片以对奁管壁的足够的廃擦力，防止封隔器壳体随管柱转动。扶正器一般由扶止弹簧罩、弹簧座和弹簧构成，其作用靠外端呈闘柱面的扶正块來实现。四、坐封部分坐封部分是使封隔器坐于

6、冃的层段后保持密封状态（即工作状态）的机构。通常，它包括坐封活塞，中心管（或开冇轨迹换向槽的轨迹管），上、下接头，滑环套等。坐封部分动作时，能起两个作用：1、推动锥体，使卡瓦张开（対于带卡瓦的封隔器來说），并贴压套管壁上。2、压缩弹性密封元件，使Z胀大而密封。五、缩紧部分缩紧部分是封隔器-口坐封后，使Z固定于坐封状态（使密封元件密封后保持不变）的机构。由于封隔器缩紧机构及动作方式在很大程度上影响封隔器的可取性，因而是设计可取式封隔器应予重视的结构部分。它通常由外中心管、销钉，各种内锁紧机构（如锥环、锁环、锁扌II

7、或锁扌II指以及棘轮机构）构成。六、解封部分解封部分是使油、套连通，进而导致卡瓦收回，胶筒恢复原状，以利于起封的机构。对于丢式封隔器，则需另行配备专用的坐封和解封工具。它通常由平衡活塞、平衡阀（循环阀）、循环孔（连通孔）、缸套或解封套、解封销钉构成。第四节、封隔器的类型一、封隔器基本类型为了做好封隔器的预选工作，冇必耍了解封隔器冇哪些类型，其主耍结构性能和使用条件是什么。图2-「2-9举了九种基木类型的封隔器结构示意图。1、永久式结构原理：胶筒在锥体a之间压缩，锥体靠卡瓦b固定。防突部件c保护胶筒瓣阀（1插入汕管

8、后保持常开状态，拔出即关闭，此汕管底部带有盘根密封，用以密封封隔器抛光的内部密封腔，限位丝扣e固定此盘根。坐封方式：机械、水力、气压。解封■方式：不能解封。使用场介：（1）高压或油管负荷变化大，要求长期町靠密封的井；（2）油管长度变化人的深井；（3）生产条件复杂，坐封的准确位置比较恶劣。2、水力膨胀式结构原理：硫化有金属加强筋的弹性胶筒a,在高压液体作用卜-向外扩张，紧贴