过电缆封隔器的研制

2013-04-09李春梅

机械工程师 2013年2期

李春梅

（牡丹江天擎科技有限公司，黑龙江牡丹江 157000）

1 引言

我国大多数油田都采用注水开发方式，加之油藏类型复杂，地层非均质性严重，因而生产井见水早，含水上升速度快，已开发油田平均含水已达83.1%。油田出水将产生很大的危害，既减少产油量，降低采收率，同时也给开采工艺带来一系列的问题和麻烦。为了控制生产井出水，早期采用油井堵水和注水井近井地带调整吸水剖面的方法取得了良好效果。现在我国大部分油田已进入高含水开发期，对油田的开采必须适应更细的层系划分需要。随着油田精细开发工作的进一步深入，随之而来的是层间矛盾越来越复杂，对层段的评价和调整难度越来越大，因此需要更加直观的数据，为地下形势分析和油井精细开采提供可靠的数据。目前油田油井剩余油高度分散，只有通过提高水波及体积、提高驱替效率，才能提高采收率，降低递减率，这就需要对油井地层产量、压力、温度等参数有更清晰的认识，对地层做出定量的精细分析。目前油井压力资料所反映的只是油井供油面积内的平均地层压力，不能真实反映油藏地层压力的水平，但是油井分层测压技术不完善，不能满足油井精细开采和剩余油挖潜的需要，为此，研究油层分层测试调整技术，找出并开发低含水层，封堵高含水层，缓解油井层间差异，挖掘剩余油，达到稳油控水的开发效果是发展的必然趋势。过电缆封隔器是分层测试仪器的主要部件之一，目前普遍应用于抽油机井分层测试、采油作业的封隔器，电缆是不能从封隔器中穿过的，通常的办法是将泵下开关和普通两级封隔器连接在泵下，一次下井，下到预定位置后，地面打压释放封隔器，封隔器座封后，对该产层进行测试，测试完成后，上提管柱，封隔器解封，整个管柱恢复下井状态。重复上述工序，分别对第二个、第三个……产层进行测试，每次只能对一个产层进行测试，操作上很不方便，而且工作量大。

为了克服电缆不能通过现有封隔器的不足，本文提供了一种过电缆封隔器，使用这种过电缆封隔器，电缆能够顺利通过封隔器，从而使地面设备与井下仪器通过电缆连接，实现信号有线传输，地面打压释放封隔器，封隔器座封后，可以分别对多个不同的产层进行测试，从而实现了一次下井同时对各个不同产层进行测试。过电缆封隔器主要用于封堵各个产层，电缆通过过电缆封隔器将上、下两级测压器相互连接，从而实现分层测试、根据测试结果对不理想产层进行封堵、对理想产层进行更合理、更科学地开采。

2 过电缆封隔仪器的组成、研制及结构原理

如图1所示，过电缆封隔器由上接头、内外中心管、电缆固定组件、解封机构、座封机构、下接头组成。

图1 过电缆封隔器

2.1 上、下接头，内、外中心管的设计研制［1］

上、下接头、内外中心管采用3Cr13不锈钢材料［2］，材料经调质处理，硬度达到290HB，抗拉强度σb=900MPa=9000kgf/cm2，进行强度校核，整个下井仪器的质量不超过3000kg，仪器最薄弱的地方是外中心管螺纹连接处，壁厚（65.8-58）÷2=3.9mm，其最小截面抗拉强度为［（6.58/2）2-（5.8/2）2］×π×9000×80%=54578kgf＞3000kgf。如果按井深5000m计算，全部φ73mm的油管压在外中心管上，5000m油管的重力约为 9.52kg×5000=47600kgf＜54578kgf，能够满足强度要求。

2.2 电缆固定组件的结构设计

电缆固定组件是一个可以让电缆（直径5mm）通过，并且对电缆进行密封的机构，由压垫、长橡胶圈、压帽组成，并且压垫、长橡胶圈、压帽分别是对称的两半结构，电缆穿过外、内中心管后，再从另外一侧的内、外中心管穿出，两端分别依次放入压垫、长橡胶圈，最后用压帽拧紧，电缆最高密封压力30MPa。

2.3 座封机构的设计

当过电缆封隔器下放到预定位置，需要座封时，向油管内注水打压，当加到一定泵压时，这时座封机构整体前移，剪断3个M12的释放销钉，释放筒内设计有特殊锯齿扣（母扣），与外螺纹设计有特殊锯齿扣的卡簧牢牢连接，推动胶筒至膨胀，完成封隔器座封。3-M12释放销钉的材料为45钢，抗拉强度σb=600MPa=6000kgf/cm2，剪切面直径为 6.2mm，3 个销钉的剪切力为 3×（0.62/2）2×π×6000×80%=4345kgf，当泵压加到6MPa时，筒内腔直径为97mm，压力为（9.7/2）2］×π×60=4432kgf＞4345kgf。销钉剪断，继续加压至18～22MPa时，胶筒完全胀封，完成封隔器座封。