石油開采基礎(chǔ)知識(shí)匯編

石油開采基礎(chǔ)知識(shí)匯編

目錄

0概述..................................................................................1

1井的基礎(chǔ)知識(shí)..........................................................................3

1.1井身結(jié)構(gòu)....................................................................3

1.2完井方法....................................................................5

1.3完井井口裝置...............................................................10

2修井設(shè)備和井下工具..................................................................12

2.1修井機(jī).....................................................................12

2.2其他修井設(shè)備...............................................................15

2.3封隔器.....................................................................19

2.4井下工具...................................................................28

3試油工藝.............................................................................43

3.1油、氣井分類..............................................................43

3.2試油、氣目的與任務(wù)........................................................44

3.2試油主要工序...............................................................45

3.3求油、氣層產(chǎn)能............................................................51

3.4試油油氣層保護(hù)............................................................53

4油井防蠟與清蠟......................................................................58

4.1油井的結(jié)蠟過程............................................................58

4.2影響油井結(jié)蠟的因素........................................................58

4.3油井防蠟原則與方法........................................................60

4.4油井清蠟...................................................................61

5防砂與沖砂............................................................................64

5.1出砂機(jī)理...................................................................64

5.2油井出砂的具體原因........................................................66

5.3機(jī)械防砂...................................................................67

5.4化學(xué)防砂...................................................................72

5.5沖砂.......................................................................73

6檢泵.................................................................................77

6.1抽油井常見的井下故障......................................................77

6.2檢泵的原因.................................................................77

6.3一般檢泵...................................................................78

6.4大泵檢泵作業(yè)...............................................................79

6.5不壓井檢泵作業(yè).............................................................82

7增產(chǎn)措施.............................................................................86

7.1油層水力壓裂改造...........................................................86

7.2油層酸化工藝技術(shù).........................................................100

7.3增產(chǎn)措施新工藝............................................................107

8堵水與封竄..........................................................................116

8.1油井所產(chǎn)水的來源..........................................................116

8.2油井出水的危害及防水的措施...............................................117

8.3油井出水層位的確定.......................................................118

8.4油井堵水.................................................................121

8.5注水井調(diào)剖技術(shù)...........................................................125

8.6油水井竄通的原因及危害...................................................127

8.7找竄的方法...............................................................128

8.8封竄的方法...............................................................131

9打撈與解卡..........................................................................134

9.1概述......................................................................134

9.2打撈作業(yè)..................................................................135

9.3解卡......................................................................140

10套管損壞原因及維修技術(shù)............................................................147

10.1套管損壞的原因...........................................................147

10.2套管損壞的類型...........................................................154

10.3套管損壞的判斷..........................................................157

10.4套管整形工藝.............................................................158

10.5套管補(bǔ)貼工藝.............................................................160

10.6取換套管工藝.............................................................166

11側(cè)鉆技術(shù)...................................................................169

11.1概述.....................................................................169

11.2側(cè)鉆工具.................................................................171

11.3側(cè)鉆施工步驟.............................................................176

12膨脹管技術(shù).........................................................................182

12.1膨脹管技術(shù)簡介...........................................................182

12.2膨脹管的主要用途........................................................183

12.3膨脹管結(jié)構(gòu)及膨脹機(jī)理....................................................184

12.4膨脹管技術(shù)的研究現(xiàn)狀....................................................187

12.5膨脹管技術(shù)典型應(yīng)用......................................................189

13連續(xù)油管技術(shù).......................................................................195

13.1連續(xù)油管技術(shù)簡介........................................................195

13.2連續(xù)油管系統(tǒng)結(jié)構(gòu)........................................................195

13.3連續(xù)油管的主要用途......................................................200

13.4連續(xù)油管技術(shù)作業(yè)技術(shù)....................................................201

1井的基礎(chǔ)知識(shí)

1.1井身結(jié)構(gòu)

所謂井身結(jié)構(gòu)，是在已鉆成的裸眼井內(nèi)下入直徑不同，長短不等的幾層套管，然后注入水泥漿封

固環(huán)形空間，最終形成軸心線重合的一組套管與水泥環(huán)的組合，如下圖所示。

一口井的井身結(jié)構(gòu)包括以下幾方面的內(nèi)容：全井下入套管的層次，各層套管的直徑及下如深度、

各次開鉆相應(yīng)鉆頭直徑和井深、各次固井水泥返高和各層套管鞋處地層的層次等等。合理的井身結(jié)構(gòu),

應(yīng)該是既能夠滿足鉆井和采油工藝的要求，又要符合節(jié)約鋼材'水泥、降低鉆井成本的原則。

井身結(jié)構(gòu)中，確定套管的下入深度和層次是比較困難的，那么，在一口井內(nèi)，應(yīng)該

下幾層套管及每層套管應(yīng)該下多深，主要取決于要鉆穿的地下巖層情況。

1.2完井方法

完井通常是針對(duì)油氣層與井眼間的連通狀況及其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)而言的。在實(shí)際的鉆井完井工作中，

在不同的油田、不同的區(qū)塊對(duì)不同的油氣層、不同類型的井所采取的完井方法是不同的。但是不論

采用哪種完井方法，從采油的觀點(diǎn)來看，都需要滿足以下幾方面的要求。

1）能有效地連通油氣層與井眼，油、氣流入井的阻力要?。?/p>

2）能有效地封隔油、氣、水層，防止相互竄擾，對(duì)同井開采不同性質(zhì)的多油、氣層能滿足分層

開采和分層管理的要求；

3）能控制油'氣層井壁坍塌和出砂的影響，保證油、氣井長期穩(wěn)定生產(chǎn)；

4）能滿足以后增產(chǎn)措施'修井以及改進(jìn)采油工藝的要求；

5）采用的完井方法要工藝簡單，完井速度快、質(zhì)量好'成本低。

完井方法通常依據(jù)所鉆開的油'氣層和下生產(chǎn)套管的先后順序分成兩大類，即先下油層套管，

后鉆開油、氣層，稱為先期完成法；先鉆開油、氣層，后下油層套管稱為后期完成法。在這兩種完

井方法中又根據(jù)油、氣井完成后其井底結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分為油、氣層裸露式和非裸露式兩種類型。

1.2.1先期完成法

采用先期完成法的井，必須鉆井至油、氣層頂部，然后下入生產(chǎn)套管，固井完成后，更換較小尺寸

鉆頭再在生產(chǎn)套管內(nèi)加深鉆穿油、氣層，完井后油氣層部位直接與井眼連通。

（1）先期裸眼完成法

先期裸眼完井法是先下套管然后鉆開油層；后期裸眼完井法是先鉆開油層，再將要

管下至油層頂部。

先期裸眼完井法比后期裸眼完井法具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

①排除了上部地層的干擾，為選用合適的泥漿鉆開生產(chǎn)層創(chuàng)造了條件；

②縮短了泥漿對(duì)油氣層的浸泡時(shí)間，減少了泥漿對(duì)油氣層的損害；

③鉆開生產(chǎn)層后，如遇復(fù)雜情況，可以將鉆具提到套管內(nèi)處理，避免了處理過程

中對(duì)地層的損害和事故的進(jìn)一步復(fù)雜化;

-5-

④消除了高壓油氣層對(duì)固井工作的影響，為提高固井質(zhì)量創(chuàng)造了條件；

⑤成本低，而且還可轉(zhuǎn)化為其它完井方法。然而先期裸眼完井法在下套管和固井隊(duì)還未能完全掌

握該生產(chǎn)層的真實(shí)資料，造成

以后生產(chǎn)的被動(dòng)性。

x

z

x

x

x

y

x

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M)

Iv

X

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殳

一-恒亞菽-

先期枳眼完此法‘J戶身為構(gòu)軍意圖

1固汴水謳環(huán)，2—發(fā)展衣管：

3-4層存近一1一油.氣笈

圖1-2先期裸眼完成法與井身結(jié)構(gòu)示意圖

（2）襯管完成法

襯管完成法與先期棵眼完成法一樣,在鉆遇油、氣層之前下套管固井，然后鉆穿油'

氣層，再下襯管完井。

襯管是將套管割成縫眼，縫寬一般不超過5mm,縱向縫長一般不超過100mm,橫向縫長一

般不超過50mm。襯管可以直接坐承于井底，也可用卡瓦封隔器懸掛在油層套管上，能將油層套管

與襯管的環(huán)空堵塞。

直接坐承的襯管完成法適用于油、氣層較薄，襯管較短的井層?？ㄍ叻飧羝鲬覓斓?/p>

襯管完成法適用于油、氣層厚度較大，需要襯管較長的井層。

襯管完成法井身結(jié)構(gòu)形式見圖1-3所示。

的針完成法;身結(jié)構(gòu)示意國

。1接慢點(diǎn)；》一卡虻法掛式；1一汨層案管I

2一好輯桂；3一村管；4一卡瓦時(shí)出券

圖1-3襯管完成法井身結(jié)構(gòu)示意圖

（3）礫石襯管完成法

礫石襯管完成法需在鉆開油、氣層后，采用偏心鉆頭擴(kuò)眼，然后下入襯管，再用循

環(huán)法在環(huán)空充填礫石。也可在地面預(yù)先做成礫石襯管（即雙層襯管之間充填礫石）下入井

內(nèi)。礫石襯管完成法的井身結(jié)構(gòu)形式如圖1-4所示。

對(duì)于油'氣層部位出砂較嚴(yán)重，井壁較疏松、隔層水較多的層段不宜采用礫石襯管

完成法。礫石襯管完成法施工較復(fù)雜，應(yīng)慎用。

碟石襯管完成出井身弧枸示意圖

1—襯管；2—5?.-6

圖1-4礫石襯管完成法井身結(jié)構(gòu)示意圖

襯管完成法和礫石襯管完成法適用于井壁疏松、出砂嚴(yán)重的油井。

1.2.2后期完成法

后期完成法必須在鉆開油、氣層后，再下入油層套管，固井完成。此法鉆井液浸泡油、氣層時(shí)間

較長，對(duì)油、氣層傷害較嚴(yán)重，鉆井時(shí)應(yīng)注意對(duì)油'氣層的保護(hù)，同時(shí)還應(yīng)壓住油'氣層，防止井噴,

保證油'氣層段固井質(zhì)量。

后期完成法根據(jù)井底結(jié)構(gòu)不同可采用射孔完成法、尾管射孔完成法、后期裸眼完成

法'貫眼完成法等四種完井方法。

（1）射孔完成法

射孔完成法鉆穿油氣層直至設(shè)計(jì)井深，然后下油層套管至油層底部注水泥固井，最后射開油氣層,

建立地層流體通道。射孔完成法能夠有效地分隔油、氣、水層，防止相互竄擾，有利于分層開采、分

層改造'分層注水。

—住并身啾示意圖

1曲I荏管，2城汜計(jì)、3性、4

圖1-5射孔完成法井身結(jié)構(gòu)示意圖

（2）尾管射孔完成法

尾管射孔完成是鉆井鉆至油、氣層頂部，下入表層（技術(shù)）套管固井，然后換小尺寸鉆頭鉆穿，

再在油氣層段下入尾管固井，然后射孔。尾管射孔完井除了具有射孔完成法的優(yōu)點(diǎn)外，還可以節(jié)省大

量套管、水泥，但懸掛復(fù)雜。

期管利.宗I龍法井，結(jié)匐

-表層食管；？一技術(shù)口史滑層;隹管I

3足管，4時(shí)七段

圖1-6尾管射孔完成法井身結(jié)構(gòu)示意圖

（3）后期裸眼完成法

后期裸眼完成法是用同一尺寸的鉆頭鉆穿油、氣層后，再將套管下至油、氣層頂部固井，油、氣

層裸露與井筒連通。

后期律眼完成法與斗分號(hào)相

1次層免曾，2技去（沖房）套臂

圖1-7后期裸眼完成法井身結(jié)構(gòu)示意圖

后期裸眼完成法可以確保套管下到油、氣層頂部，但在鉆開油、氣層后才能下套管，

對(duì)保證固井質(zhì)量和安全快速鉆進(jìn)不利。鉆井液浸泡油'氣層時(shí)間較長，較多的情況是在

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對(duì)地質(zhì)情況了解掌握不太清楚的探區(qū)采用，其它區(qū)塊應(yīng)少用或不用。

（4）貫眼完成法

貫眼完成法也是用同一尺寸的鉆頭鉆穿油、氣層，下套管固井。其特點(diǎn)是對(duì)著油、氣層部位的

套管是帶眼的（一般為圓孔、也可做成割縫形）在油、氣層頂部的套管外裝有水泥傘，以阻止環(huán)空

水泥漿下流堵塞油、氣層。

力毗加與井9帆

圖1-8貫眼完成法井身結(jié)構(gòu)示意圖

1.3完井井口裝置

在鉆井完井后，地面井口裝置是非常重要的采油設(shè)備，井口裝置的重要作用是控制井的油、氣流,

完成測試、試油以及投產(chǎn)后的油'氣正常生產(chǎn)。完井井口裝置主要由套管頭、套管短節(jié)、四通、油

管掛、采油樹等部件組成。

1.3.1套管短節(jié)與套管頭

套管短節(jié)與套管頭是連接安裝在完井套管的最頂部，固井完成后，在地面安裝套管

頭，長度一般為300?500mm不等，之上連接專用法蘭，合稱套管頭。

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償蘭盤

磨普糠節(jié)

食管頭結(jié)構(gòu)示意圖

圖1-9套管頭結(jié)構(gòu)示意圖

套管短節(jié)規(guī)格與完井套管一致，法蘭有螺紋式與焊接式兩種。套管頭的主要作用是

下與完井套管連接，上與地面四通、采油樹連接，是重要的過渡部件。

1.3.2四通與油管掛

四通是井口裝置中重要組成部件，上接采油樹，下連套管頭，采油'試油等工藝管柱連掛坐在四

通內(nèi)的油管掛上，修井等作業(yè)時(shí)四通又與作業(yè)井口連接，因此它是重要的部件。四通常與油管掛合裝,

一般通稱油管頭。

6-左等用力7b-CYb-25C玉U一他/越普Th2-項(xiàng)能,3出H

圖1-10四通與油管掛結(jié)構(gòu)示意圖

-II-

2修井設(shè)備和井下工具

修井設(shè)備一般指吊升起重設(shè)備、井口旋轉(zhuǎn)設(shè)備、循環(huán)沖洗設(shè)備等。修井設(shè)施一般指

鍋爐、工作液池、地面管匯等；專用工具一般指卡盤、吊鉗'方鉆桿、鉆桿、鉆鋌等。

2.1修井機(jī)

修井機(jī)是修井施工中最基本、最主要的動(dòng)力來源，按其運(yùn)行結(jié)構(gòu)分為履帶式和輪胎式兩種形式。

履帶式修井機(jī)一般不配帶井架，其動(dòng)力越野性能好、適用于低洼、泥濘地帶施工。缺點(diǎn)是行走速度慢,

橫穿公路需保護(hù)地面不被軋壞，有所限制。輪胎式修井機(jī)一般配帶自背式井架、行走速度快，施工效

率高，適合快速轉(zhuǎn)搬的需要，其缺點(diǎn)是低洼、泥濘地帶、雨季翻漿季節(jié)行走和進(jìn)入井場相對(duì)受限制。

圖2-1修井機(jī)

2.1.1修井機(jī)的組成

（1）動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備

動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備包括動(dòng)力機(jī)與輔助裝置，主要有柴油機(jī)'供油設(shè)備（油箱）啟動(dòng)裝置（汽油機(jī)、

交直流電動(dòng)機(jī)、供電與保護(hù)設(shè)備）

（2）傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)備

傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)備是一套協(xié)調(diào)的傳動(dòng)部件，它包括減速箱、行車機(jī)構(gòu)、倒車機(jī)構(gòu)與變速

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機(jī)構(gòu)等。它的傳動(dòng)方式主要有機(jī)械傳動(dòng)、液力傳動(dòng)（滑輪傳動(dòng)）和液壓傳動(dòng)。

（3）行走系統(tǒng)設(shè)備

行走系統(tǒng)設(shè)備由一套運(yùn)行部件組成，它包括底盤、驅(qū)動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)輪等。

（4）地面旋轉(zhuǎn)設(shè)備

地面旋轉(zhuǎn)設(shè)備包括轉(zhuǎn)盤、水龍頭、大鉤等，其作用是進(jìn)行沖、鉆、磨銃、套銃、打撈造扣等。

（5）提升系統(tǒng)設(shè)備

提升系統(tǒng)設(shè)備包括提升設(shè)備（絞車、天車、井架、游車、鋼絲繩）與井口起下操作機(jī)具（吊卡、

液壓卡瓦、氣動(dòng)卡瓦、機(jī)械手動(dòng)卡瓦、液壓式機(jī)械油管上扣器、油管運(yùn)移機(jī)構(gòu)）它的作用是起下井

下管柱、鉆具、更換采油樹等。

（6）循環(huán)沖洗系統(tǒng)設(shè)備

全套循環(huán)沖洗系統(tǒng)設(shè)備包括泥漿泵、地面管線、水龍帶、循環(huán)池、清水罐、其作用是完成井下作

業(yè)，如沖砂、清蠟'洗井、壓井、驗(yàn)吊'找漏、加深鉆進(jìn)等。

（7）控制系統(tǒng)設(shè)備

控制系統(tǒng)設(shè)備包括機(jī)械控制設(shè)備（手柄、踏板以及杠桿機(jī)構(gòu)等）氣動(dòng)控制設(shè)備（各種開關(guān)、調(diào)壓閥、

工作缸等）液動(dòng)控制設(shè)備（同于氣動(dòng)）電控制設(shè)備（各種電控開關(guān)'變阻器、啟動(dòng)器、電動(dòng)機(jī)）集中

控制器、駕駛室、觀察記錄表（水溫表、機(jī)油壓力表、柴油壓力表、氣壓表、指重表等）它的作用是

協(xié)調(diào)各機(jī)組的工作。

（8）輔助設(shè)備

成套修井機(jī)還包括值班房、照明設(shè)備、消防設(shè)備、配合井下作業(yè)的井口工具（防預(yù)安全卡瓦、防

噴器、各類連接接頭）等輔助設(shè)備。

2.1.2修井機(jī)的發(fā)展趨勢

（1）鉤載和功率儲(chǔ)備系數(shù)顯著提高

修井機(jī)鉤載和功率儲(chǔ)備系數(shù)的提高，可以提高修井機(jī)解卡和下管柱能力，可節(jié)約解卡時(shí)間22%o

（2）修井機(jī)移運(yùn)性不斷提高

中小型修井機(jī)仍然選用專業(yè)汽車廠提供的二類越野底盤；大型修井機(jī)選用12*8、

10*8、8*8常驅(qū)動(dòng)拼裝底盤，前后橋間有橋間差速箱，行駛性和越野性好。

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（3）盤式剎車得到廣泛應(yīng)用

借鑒火車氣動(dòng)風(fēng)冷式盤式剎車技術(shù)，應(yīng)用在大型修井機(jī)上。

（4）采用頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

圖2-2頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

（5）完善側(cè)鉆用修井機(jī)完善側(cè)鉆用鉆井機(jī)，重點(diǎn)強(qiáng)化轉(zhuǎn)盤傳動(dòng)系統(tǒng)，開發(fā)側(cè)鉆用循環(huán)系統(tǒng)，滿

足東部油田

側(cè)鉆工藝要求。

（6）完善特種修井機(jī)制造技術(shù)

海洋修井機(jī)

圖2-3海洋修井機(jī)

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沙漠修井機(jī)

圖2-4沙漠修井機(jī)

（7）大力發(fā)展變頻電驅(qū)動(dòng)方式

行走動(dòng)力仍采用柴油機(jī)，作業(yè)動(dòng)力為交流變頻驅(qū)動(dòng)。

圖2-5變頻驅(qū)動(dòng)方式修井機(jī)

2.2其他修井設(shè)備

2.2.1水龍頭

水龍頭的主要作用是懸吊管柱（鉆具、鉆柱等）連接循環(huán)沖洗管線中固定部分和旋轉(zhuǎn)部分，進(jìn)行旋

轉(zhuǎn)管柱（鉆、磨等）完成沖洗、打撈、鉆磨等工藝要求。

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】一提環(huán),2-鵝頸管；3一沖管,4密封盒墊環(huán),

5—密封圈；6一上盤根座?7一下盤限?8-密封盒；

9一黃油嘴；10、13—止推軸承111-主體；12T釘,

14—15一中心管;16一接頭；

17一擋油圈，18一防松勢

圖2-6水龍頭示意圖

2.2.2轉(zhuǎn)盤

轉(zhuǎn)盤是修井施工中的重要設(shè)備，是主要的鉆具旋轉(zhuǎn)來源。修井時(shí)用修井機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)為主動(dòng)力，帶動(dòng)

轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)盤則驅(qū)動(dòng)鉆具轉(zhuǎn)動(dòng)，用來進(jìn)行鉆、磨、銃、套等的鉆水泥塞、側(cè)鉆、磨銃魚頂'魚頭以及

倒扣、套銃、切割管柱等作業(yè)。

-]6-

2.2.3泥漿泵

大修過程中，泥漿泵主要是用于循環(huán)工作液、沖洗井底、魚頂?shù)?。一般有條件的井

場可配備電驅(qū)動(dòng)泥漿泵，無電源情況下，配備柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)泥漿泵。

泥漿使示意圖

1?空氣包：2-推出忡3一桿檸落的函il一舌塞拉阡|

二一皮專卷，I,水閥17-1E套，8一中心投阡；

9十字頭31。一理懺

圖2?8泥漿車與泥漿泵

-17-

2.2.4吊環(huán)

吊環(huán)是起下修井工藝管柱時(shí)連接大鉤與吊卡用的專用提升用具，一般用不低于45

號(hào)優(yōu)質(zhì)碳素鋼經(jīng)鍛造后正火處理而成。

吊環(huán)結(jié)均東意圖

圖2-9吊環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖

2.2.5吊卡

吊卡是用來卡住并吊起油管、鉆桿、套管等的專用工具，在起下管柱時(shí)，用雙吊環(huán)

將吊卡懸吊在游車大鉤上，吊卡再將油管、鉆桿、套管等卡住，便可進(jìn)行起下作業(yè)。

圖2-10吊卡

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2.2.6鉆柱

(1)方鉆桿

在修井作業(yè)中，方鉆桿位于鉆柱的最上端，其上部與水龍頭相接，下部與鉆桿連接，方鉆桿的主要

作用是傳遞轉(zhuǎn)盤扭矩，承載鉆柱的全部懸重。方鉆桿由于所處工作條件非常繁重，應(yīng)具有較高的抗拉、

抗扭強(qiáng)度，因此方鉆桿一般厚度比鉆桿大3倍左右，用高強(qiáng)度優(yōu)質(zhì)合金鋼組成。

(2)鉆桿

鉆桿是鉆柱組成的基本單元，是傳遞轉(zhuǎn)盤扭矩、游車提升、加壓給鉆具(鉆頭等)的直接承載

部分，是完成修井工藝過程的基本配套專用管材。鉆桿通常用優(yōu)質(zhì)碳素?zé)o縫鋼管制成，在修井工作時(shí)，

鉆桿常位于方鉆桿與鉆鋌之間，有時(shí)也單獨(dú)使用鉆桿。與工具組成鉆桿柱，鉆桿柱的重要作用是傳

遞扭矩，輸送工作液，完成修井工作要求。

(3)鉆鋌

鉆鋌在修井施工中的主要作用是專用工具施加壓力、增加鉆柱在套管井眼的剛性，因此鉆鋌一般

壁厚較厚，單位長度質(zhì)量較大，壁厚相當(dāng)同尺寸鉆桿的4-6倍，單位長度質(zhì)量比同尺寸的鉆桿大4-5

倍。

圖2-11鉆梃ZF意圖

2.3封隔器

隨著采油工藝技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)油層的認(rèn)識(shí)不斷深化。由于油層是非均質(zhì)性的，各油層的產(chǎn)

量'壓力和吸水能力往往差異很大，因而給油田開采帶來了不少困難。如何合理開發(fā)多油層油田、提

高采收率'確保長期穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)，是一個(gè)很重要的問題。對(duì)油層采取分層注水、分層采油'分層改造、

分層測試、分層管理、分層研究，是確保油田高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、提高采收率的重要手段。分隔油層是用分

層管柱及其工具實(shí)現(xiàn)的。

封隔器是在套管里封隔油層的重要工具。它的主要元件是膠皮筒，通過水力或機(jī)械

的作用，使膠皮筒鼓漲密封油、套管環(huán)形空間，把上'下油層分隔開，達(dá)到某種施工目

-19-

的，這就是封隔器的主要作用。

2.3.1封隔器的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用

封隔器的花樣繁多但基本結(jié)構(gòu)相差無幾。主要包括密封、錨定、坐封、解封、扶正、

鎖緊六大部分。

（1）封隔器的結(jié)構(gòu)

?密封部分

密封部分是在外力（機(jī)械力或液壓力）的作用下，發(fā)生動(dòng)作，最終密封環(huán)形間隙，防止流體通

過的機(jī)械。它是封隔器的關(guān)鍵部分，主要由彈性密封元件，賴以安裝密封元件的鋼碗、隔環(huán)（擋圈）

和各種防止密封元件肩部突出”的‘防突部件構(gòu)成。其中，密封元件是至關(guān)重要的核心部件，通常制作

成圓筒狀，所以也俗稱膠筒。只是近來為了實(shí)現(xiàn)油管與封隔器之間的內(nèi)密封，密封元件才制成各種形

狀（如V形）的盤根。

?錨定部分

錨定部分也叫“支撐部分；其作用是將封隔器支撐在套管壁上，防止封隔器由于

縱向移動(dòng)而影響密封性能，或引起封隔器過早解封，主要包括水力錨和卡瓦等。

水力錨使用比較廣泛。它通常由許多卡瓦牙或鋸齒形錨爪（分布在活塞端部的圓柱面上）構(gòu)成

的。它既可與封隔器設(shè)計(jì)成一體，與卡瓦配合使用；也可以單獨(dú)接在封隔器上。

卡瓦也是一種常用的起錨定作用的機(jī)構(gòu)，美國使用最多。在封隔器下入深度較淺或

承壓能力低時(shí)，用單向卡瓦。有時(shí)，為了使膠筒受力均勻，在膠筒兩端使用兩個(gè)整體卡

瓦°

為了防止封隔器的縱向移動(dòng)，特別在深井和高壓作業(yè)中，往往采用正、反多級(jí)卡瓦，或附加上水力錨,

即使是支撐井底的支柱式封隔器，由于怕壓壞尾管，也往往如此。

?扶正部分

扶正部分主要起扶正密封元件的作用（尤其在井身質(zhì)量不好的井中）同時(shí)也起初卡作用，便于

封隔器坐封。這種作用，通常由一些扶正彈簧和狀如燈籠的扶正器承擔(dān)。在轉(zhuǎn)動(dòng)管柱坐封封隔器時(shí)，

扶正彈簧片以對(duì)套管壁足夠的摩擦力，防止封隔器殼體隨管柱轉(zhuǎn)動(dòng)。扶正器一般由扶正彈簧罩、彈簧

座和彈簧組成，其作用靠外端呈圓柱面的扶正塊來實(shí)現(xiàn)。

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?坐封部分

坐封部分是使封隔器坐于目的層段后保持密封狀態(tài)（即工作狀態(tài)）的機(jī)構(gòu)。通常，

它包括坐封活塞，中心管（或有軌跡換向槽的軌跡管）上、下接頭，滑環(huán)套等。坐封部分動(dòng)作時(shí)，

能起兩個(gè)作用：推動(dòng)錐體，使卡瓦張開（對(duì)于帶卡瓦的封隔器來說）并貼在套管壁上；壓

縮彈性密封元件，使之漲大而密封。

?鎖緊部分

鎖緊部分是封隔器一旦密封后,使之固定于坐封狀態(tài)（使密封元件密封后保持不變）的機(jī)構(gòu)。由于

封隔器鎖緊機(jī)構(gòu)及動(dòng)作方式在很大程度上影響封隔器的可取性，因而實(shí)際可取式封隔器予重視的結(jié)構(gòu)

部分。它通常由外中心管、銷釘，各種內(nèi)鎖緊機(jī)構(gòu)（如錐環(huán)、鎖環(huán)、鎖扣或鎖扣指以及棘輪機(jī)構(gòu)）構(gòu)成。

?解封部分

解封部分是使油、套壓連通，進(jìn)而導(dǎo)致卡瓦收回，膠筒恢復(fù)原狀，以利于起封的機(jī)構(gòu)。對(duì)于丟

手封隔器，則需另行配備專用的坐封和解封工具。它通常由平衡活塞、平衡閥（循環(huán)閥）循環(huán)孔（連

通孔）液缸或解封套、解封銷釘構(gòu)成。

當(dāng)然，由于封隔器使用的目的和工藝要求的不同，各種類型的封隔器并不一定各大

部分樣樣都有。但密封部分、坐封、解封部分都是必不可少的。

（2）封隔器的基本用途

封隔器的使用是非常廣泛的，它幾乎遍及勘探和開發(fā)的各個(gè)生產(chǎn)過程。之所以應(yīng)用封隔器，除

了可滿足生產(chǎn)中的各種工藝要求外，也有經(jīng)濟(jì)上和操作上的考慮，因?yàn)榻柚飧羝鬟M(jìn)行井下作業(yè)，

比之其它井下工具更為合算、更為方便。封隔器一旦在井下有效工作，就可以達(dá)到下列的目的。

?隔絕井液和壓力，以保護(hù)套管免受影響，從而改善套管工作條件。

?封隔產(chǎn)層或施工目的層，防止層間流體和壓力互相干擾，以適應(yīng)各種分層技術(shù)措施的需要，

或便于進(jìn)行堵漏、封竄等修井作業(yè)。

?保存并充分利用地層能量（包括溶解氣能量）以提高油井生產(chǎn)效率，延長其工作時(shí)間。

?使井的控制僅限于地面油管，以確保安全和最大限度地控制地層。

?便于采用機(jī)械采油方式。如為氣舉和水力活塞泵抽油提供必要的生產(chǎn)通道，或

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將套管分隔為吸入和排出兩部分，以利于無管泵進(jìn)行抽油。

?用在氣井中（尾管下至射孔段以下）可以緩和氣井液面過早上升。通常，封隔器不能用于下

列場合：桿式泵抽油井；電潛泵抽油井；靠環(huán)形空間生產(chǎn)

的低硫高產(chǎn)油井（因?yàn)橛凸芤米鲏壕芫€或用來下測壓'測井儀表）油管套管同出的低硫干氣井。

（3）封隔器的選用依據(jù)

封隔器選用得當(dāng)，就會(huì)確保甚至提高井下工作效果。因此，必須對(duì)預(yù)定的井下作業(yè)的目的進(jìn)行分

析。一般來說，應(yīng)當(dāng)結(jié)合油井現(xiàn)在的和將來的情況，并在預(yù)計(jì)到要可能進(jìn)行其它作業(yè)的情況下，選擇

既盡可能達(dá)到多項(xiàng)使用目的，而總成本又最低的封隔器類型，這是選用封隔器的最基本的依據(jù)?？偨Y(jié)

起來，可考慮以下因素：

?封隔器的結(jié)構(gòu)性能

封隔器的結(jié)構(gòu)性能是決定使用效果和成本的關(guān)鍵因素，應(yīng)當(dāng)優(yōu)先予以考慮。對(duì)封隔器性能上的

基本要求是下得去、封得嚴(yán)、能耐久。具體說來，包括坐封或解封動(dòng)作是否簡單，耐壓、耐溫、抗腐

蝕的程度和連續(xù)密封的時(shí)間及最為適合何種作業(yè)。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，要求具有可取性，或者打撈性以

及過油管作業(yè)的能力。

?封隔器的價(jià)格和成本

?井下流體性質(zhì)和種類

當(dāng)井中含有Cd、H2s時(shí)，選用封隔器必須考慮到加工封隔器的材質(zhì)。

?地面設(shè)備和井下工具的相互關(guān)系

此外，套管尺寸、完井層數(shù)、井的類型和工作方式、井身質(zhì)量'管柱配合'井下壓力和溫度條件

以及預(yù)計(jì)的修井次數(shù)等等，都應(yīng)予以考慮。

2.3.2封隔器的技術(shù)要求

封隔器是為了油田某種技術(shù)措施的需要，由鋼體，膠皮封隔件部分與控制部分構(gòu)成

的井下分層封隔的專用工具。

①凡是準(zhǔn)備下井的封隔器，必須按其技術(shù)要求規(guī)定進(jìn)行地面組裝試壓，檢驗(yàn)合格后

方可下井。

②封隔器下井前，對(duì)所要下入的井段必須進(jìn)行通井，以保證封隔器順利地起下，避免發(fā)生井下卡

鉆事故。同時(shí)，還要求進(jìn)行洗井。

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③封隔器坐封位置應(yīng)避開套管接箍，以免損壞封隔器密封膠皮筒，并保證封隔器密

封良好。同時(shí)，要求套管外無串槽。

④起下作業(yè)時(shí)，操作要平穩(wěn)。在遇阻、打撈、坐封與解封時(shí)不能猛提、猛放。

⑤在起下封隔器管柱遇阻或遇卡，以及坐封支撐式和卡瓦式封隔器時(shí)，施工井口必須安裝指重表或

拉力計(jì)。

⑥為了有效地使用封隔器和充分地發(fā)揮封隔器的技術(shù)效能，合理地完成各項(xiàng)工藝技術(shù)措施，在設(shè)計(jì)

時(shí)，應(yīng)盡量做到標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化。

2.3.3封隔器的分類與編號(hào)

依據(jù)石油工業(yè)部標(biāo)推SY5105-86《油氣田封隔器分類及型號(hào)編制方法》按封隔器分類代號(hào)、

封隔器支撐代號(hào)、封隔器坐封、解封方式代號(hào)及封隔剛體的最大外徑五個(gè)參數(shù)依次排列，進(jìn)行型號(hào)編

制，如圖2-12所小。

口□口口L_____

鋼體最大外徑

解封方式代號(hào)

座封方式代號(hào)支撐方式代號(hào)

分類代號(hào)

圖2-12封隔器分類編號(hào)方法

圖中封隔器代號(hào)用分類名稱第一個(gè)漢語拼音大寫字母表示，其規(guī)定如表2-1o

表2-1封隔器分類代號(hào)

分類名稱自封式壓縮式楔人式擴(kuò)張式

分類代號(hào)ZYXK

封隔器支撐、坐封和解封方式代號(hào)用阿拉伯?dāng)?shù)字表示，具體規(guī)定見表2-2、表2-3

和表2-4o

表2-2封隔器支撐方式代號(hào)表

支撐方式名稱尾管單向卡瓦無支撐雙向卡瓦錨瓦

支撐方式代號(hào)12345

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表2-3封隔器坐封方式代號(hào)表

坐封方式名稱提放管柱轉(zhuǎn)管柱自封液壓下工具

坐封方式代號(hào)12345

表2-4封隔器解封方式代號(hào)表

解封方式名稱提放管柱轉(zhuǎn)管柱鉆銃液壓下工具

解封方式代號(hào)12345

封隔器剛體外徑直接用其外徑數(shù)值以阿拉伯?dāng)?shù)字表示出來，所用單位應(yīng)為mm。

例如Y111型系列封隔器（DSLI51型封隔器），封隔器封隔件為壓縮式，靠尾管支撐

方式支撐坐封，靠提放管柱解封。

圖2-13丫341-114型封隔器圖2-14K344型系列型封隔器

如果在編制封隔器型號(hào)時(shí)遇有特殊用途封隔器時(shí)，可在其型號(hào)后面將其用途加以注

明。例如丫211—114型封隔器，表示該封隔器封隔件工作原理為壓縮式、單向卡瓦支撐、提放管柱坐

封、提放管柱解封、剛體最大外徑為114mm。又如K341—140型裸眼封隔器表示封隔器的封隔件

工作原理為擴(kuò)張式、無支撐、靠液壓密封、提放管柱解封、剛體最大外徑為140mm,適用于裸眼井

的封隔器。

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2.3.4分層配產(chǎn)封隔器

(1)丫341系列封隔器的用途

此封隔器主要用于分層采油、分層注水、分層堵水、氣舉找水、油井熱油循環(huán)清蠟和機(jī)械采油井的

分層采油。

(2)丫341系列封隔器的結(jié)構(gòu)

主要有上接頭、調(diào)節(jié)環(huán)、擋環(huán)、膠筒、隔環(huán)、中心管9”型膠圈、活塞、剪釘、

卡塊、懸掛體、活塞套、卡簧、保護(hù)環(huán)、鍵、下接頭等，如圖2-13所示。

(3)丫341系列封隔器的工作原理

當(dāng)管柱下至預(yù)定深度需要坐封時(shí)，用高壓泵從油管打入高壓液體加液壓。高壓液經(jīng)中心管的孔眼

作用在活塞上，當(dāng)壓力達(dá)到一定數(shù)值后便剪斷剪釘，活塞套與活塞上行壓縮膠筒，使其外徑變大密封

住油套管環(huán)形空間。當(dāng)放掉井內(nèi)高壓液時(shí)，大卡簧將活塞卡住，則膠筒一直保持坐封工作狀態(tài)。

使用這種封隔器安全、可靠，上起管柱時(shí)遇阻也不會(huì)壓縮膠筒而卡在井內(nèi)，這是因

為小卡簧剛好卡在中心管下端小槽之中的緣故。解封時(shí)只需上提管柱，則與管柱相連接的上接頭、調(diào)節(jié)

環(huán)、中心管和鍵向上運(yùn)動(dòng)，

而其余部件由于膠筒與套管的摩擦力作用保持不動(dòng)，又由于進(jìn)行坐封時(shí)活塞已上行使卡

塊失去外支承，結(jié)果卡塊被擠出膠筒，膠筒便回收解封。

(4)主要技術(shù)要求

必須使用活動(dòng)油管頭和支承卡瓦將封隔器上、下固定住。

2.3.5分層注水封隔器

目前油田注水用封隔器結(jié)構(gòu)類型較多但比較常用的大致有水力擴(kuò)張式封隔器(主要

用于淺井)與水力壓縮式封隔器(主要用于深井注水)。

1.K344系歹IJ封■隔器

(1)用途：該封隔器主要用于分層注水、分層酸化、分層找串與封串等。

(2)結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)簡單，便于操作，方便于調(diào)整，具體結(jié)構(gòu)組成如圖7-4所示。