石油钻井工程井下工具.docx
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石油钻井工程井下工具
第四章井下工具
本章介绍海上油（气）田完井生产管柱中常用工具的种类、结构特点、用途、技术参数、选用等。
包括封隔器（Packer）、井下安全阀（SSSV）、滑套（Sliding）、工作筒（Nipple）、偏心工作筒（SidePocketMandrel）、伸缩节（ExtensionJoint）、流动短节（FlowCouping）、加厚管（BlastJoint）等。
第一节封隔器
封隔器是生产管柱中最主要的井下工具之一，其主要功能如下：
1）分隔生产层段，防止层间流体和压力的串通、干扰；
2）分隔压井液和生产液；
3）满足采油（气）生产和修井作业的各种要求；
4）保留住套管环空中的封隔液，起到保护套管和安全生产的作用。
用于海上油（气）田完井的封隔器可分为可回收式和永久式两大类型，而按坐封方式，可分为液压坐封、机械坐封和电缆坐封。
一、可回收式封隔器
1．单管封隔器
单管封隔器，按其坐封方式，可分为液压坐封式和机械坐封式两类。
（1）带水力锚结构的单卡瓦液压坐封式单管封隔器。
l）结构及坐封原理
图4-1-1以“FH”型液压坐封单管封隔器为例说明这类封隔器在下井、坐封和释放解封三种状态。
在封隔器以下的球座上投入密封钢球或在工作筒内坐人堵塞器，从油管内加压，当油管压力与环空压力达到一定差值（剪切销钉材料、数量不同，则坐封压力不同。
各产品都有坐封压力规定，也可按用户要求设计）时，剪断坐封销钉，活塞向下（有些产品向上）移，拉（或推）锥形体、密封件、内卡瓦等部件，使卡瓦张开咬住套管壁、密封件受压缩径向膨胀，密封环形空间，内卡瓦与心轴棘齿锁住，使活塞在油管压力释放时不能复位，保持坐封状态（如图4-1-1b）。
水力锚1的内腔有一液压孔与密封胶筒下部的环行空间连通，当环空压力升高时，水力锚向外扩张，咬住套管壁，防止封隔器上移解封。
其它型号（如OTIS的，“RH”型，CAMCO的HRP—1型）的坐封原理基本相似。
有些产品可选择性进行坐封，如BAKER的“FHS”型，OTIS的12RH7129—H（图4-1-2），其原理是液压坐封通道与一滑套开关连接，坐封前可先对油管柱进行试压或其它封隔器进行坐封、验封，然后钢丝作业将滑套打开即可坐封本级封隔器，这种封隔器适合于下多级单管封隔器的生产管串进行分层采油或注水，或其它特殊作业。
2）解封。
大部分产品是上提油管串，达到一定拉力后剪断销钉（或剪切环），即可释放解封；也有部分产品采用上提加旋转解封的方式。
图4-1-1c为上提解封的方式。
3）适用条件。
此类封隔器适用范围广，可应用于各种油、气生产井和注水井，特别是大斜度井的多层完井和双管完井。
4）主要技术参数。
表4-1-1、2、3分别列出“FH”、“RH”和“FHL”型的主要技术参数。
表4-1-1“FH”型封隔器技术参数
适用套管
封隔器规格
备注
外径
重量
封隔器可下入
类别
一般内径
最大外径
最小内径
最大外径
inmm
1b/ft
inmm
inmm
inmm
inmm
41/2
114.30
9.5~13.5
3.910
99.31
4.090
103.89
43A
1.978
50.24
3.786
95.16
（1）封隔器坐封压力一般为10.35~17.24MPa（1500~2500psi）
（2）解封拉力Size47一般为9~23t；Size51为14~23t
（3）顶底连接螺纹一般为API外加厚（8扣/in）
（4）以上
（1）~（3）项可以根据需要定货
5
127.00
15~18
4.250
107.95
4.408
11592
43B
4.140
105.16
11.5~15
4.408
111.96
4.773
121.36
43C
4.255
108.33
51/2
139.70
26
20~23
4.625
117.48
4.778
121.36
45A2
4.515
114.68
15.5~20
4.778
121.36
4.950
125.73
45A4
4.656
118.26
13~15.5
4.950
125.73
5.190
131.83
45B
4.796
121.82
6
152.40
26
20~23
5.191
131.86
5.390
136.91
450
5.078
128.98
15~18
5.391
136.93
5.560
141.22
45D
5.171
131.34
65/8
168.28
34
5.561
141.25
5.609
142.47
45E2
5.421
137.69
28~32
5.610
142.49
5.791
147.09
45E4
5.499
139.67
24~28
5.791
147.09
5.921
150.39
46A4
2.416
61.37
5.603
432.32
7
177.80
38
65/8
168.28
24
5.830
148.08
5.937
150.80
47A2
5.671
144.04
17~20
5.938
150.83
6.135
155.83
47A4
2.416
61.37
或
2.000
50.80
5.827
148.01
7
177.80
38
5.830
148.08
5.937
150.80
47A2
5.671
144.04
32~35
5.938
150.83
6.135
155.83
47A4
5.827
148.01
26~29
6.136
155.85
6.276
159.41
47B2
5.983
151.97
20~26
6.276
159.41
6.456
163.98
47B4
6.093
154.76
17~20
6.456
163.98
6.578
167.08
47C2
6.281
159.54
75/8
193.68
33.7~39
6.579
167.11
6.797
172.64
47C4
6.468
164.29
24~29.7
6.798
172.67
7.025
178.44
47D2
6.687
169.85
20~24
7.025
178.44
7.125
180.98
47D4
6.872
173.41
85/8
219.08
44~49
7.511
190.78
7.687
195.25
49A2
3.000
76.20
或2.416
61.37
或
2.000
50.80
7.327
186.11
32~40
7.688
195.28
7.921
201.19
49A4
7.546
191.67
20~28
7.922
201.22
8.191
208.05
49B
7.796
198.02
95/8
244.48
47~53.5
8.343
211.91
8.681
220.50
51A2
8.233
209.12
40~47
8.681
220.50
8.835
224.41
51A4
8.452
214.68
29.3~36
8.836
224.43
9.063
230.20
51B
8.608
218.64
表4-1-2“RH”型封隔器的技术参数
套管外径
套管重量
封隔器外径
封隔器内径
备注
in
mm
1b/ft
In
mm
in
mm
4.500
114.30
9.5~13.5
3.75
95.25
1.62
41.15
其它参数可根据需要订货时向厂家提出
10.5~11.6
3.83
97.28
1.92
48.77
11.6~15.1
3.65
92.71
1.53
38.86
5.000
127.00
11.5~13
4.31
109.47
1.94
49.28
15~18
4.06
103.12
1.53
38.86
4.12
104.65
1.94
49.28
18~13
3.91
99.31
1.91
48.51
5.500
139.70
13~17
4.62
117.35
1.94
49.28
17~23
4.50
114.30
1.94
49.28
6.000
152.40
20~26
5.00
127.00
1.92
48.77
6.625
168.28
17~24
5.73
145.54
2.78
70.67
24~23
5.50
139.70
2.38
60.45
7.000
177.80
17~23
6.19
157.23
2.38
60.45
20~26
6.12
155.45
2.37
60.2
23~26
6.00
152.40
2.89
72.41
23~29
5.88
149.35
2.38
60.45
6.00
152.40
2.78
70.61
29~32
5.88
149.35
2.88
73.15
29~35
5.77
146.56
2.38
60.45
38~40
5.50
139.70
2.38
60.45
7.625
193.68
24~29.7
6.64
168.86
2.91
73.91
29.7~39
6.40
162.56
2.89
73.41
8.625
219.08
24~32
7.74
196.60
2.78
70.61
32~40
7.55
191.77
2.90
73.66
9.625
244.48
36~40
8.62
218.95
3.00
76.20
40~47
8.38
212.85
2.34
59.44
8.38
212.85
3.00
76.20
8.38
212.85
4.73
120.14
47~53.5
8.31
211.07
2.34
59.44
8.31
211.07
3.00
76.20
8.31
211.07
4.73
120.14
10.750
273.05
40.5~45.5
9.66
245.36
4.73
120.14
51~60.7
9.44
239.78
4.73
120.14
13.375
339.73
61~72
12.10
307.34
5.00
127.00
表4-1-3“FHL”型封隔器技术参数
适用套管
封隔器规格
备注
外径
重量
封隔器可下入
类别
一般内径
最大外径
最小内径
最大外径
in
mm
1b/ft
in
mm
in
mm
in
mm
in
mm
65/8
168.28
24
5.830
148.08
5.921
150.39
47A2
3.000
76.20
5.671
144.04
（1）封隔器坐封压力一般为10.35~17.24MPa（1500~2500psi）
（2）解封拉力Size47一般为9~23t；Size51为14~23t
（3）顶底连接螺纹一般为API外加厚螺纹（8扣/in）
（4）以上
（1）~（4）可以根据需要订货
20
5.989
152.12
6.094
154.79
47A4
5.827
148.01
17
6.135
155.83
6.276
159.41
47B2
5.983
151.97
7
177.80
38
5.830
148.08
5.921
150.39
47A2
5.671
144.04
32~35
5.989
152.12
6.094
154.79
47A4
5.827
148.01
26~29
6.135
155.83
6.276
159.41
47B2
5.983
151.97
20~26
6.276
159.41
6.456
163.98
47B4
6.093
154.76
17~20
6.456
163.98
6.578
167.08
47C2
6.281
159.54
75/8
193.68
33.7~39
6.579
167.11
6.765
171.83
47C4
6.468
164.29
24~29.7
6.766
171.86
7.025
178.44
47D2
6.687
169.85
20~24
7.025
178.44
7.125
180.98
47D4
6.827
173.41
95/8
244.48
47~53.5
8.343
211.91
8.681
220.50
51A2×
43/4
4.750
120.65
8.233
209.12
51A2
4.0
101.60
40~47
8.681
220.50
8.835
224.41
51A4
8.452
214.68
29.3~36
8.836
224.44
9.063
230.20
51B
8.608
218.64
注：
“FHL”与“FH”型结构、坐封和解封原理完全相同，但其心轴内径较大，称大孔径（LargeBore）型
（2）双卡瓦液压坐封单管封隔器
图4-1-3是HALLIBURTON“PHL”（HydraulicsetPerma一1achPacker）型双卡瓦液压坐封单管封隔器的结构图。
油管内加压坐封，上提油管解封。
该封隔器的特点是采用上卡瓦来代替传统式的水力锚，因而具有结构简单、外径小、耐大压差而又价格较低等特点；另外还可以根据需要，在同一管串中多个封隔器调整不同的坐封压力等级（即使用不同数量或不同剪切力的坐封销钉）实现分别坐封、验封，满足单管分层分采等需要，该封隔器技术参数见表4-1-4所示。
表4-1-4“PHL”封隔器技术参数
套管尺寸
套管重量
油管外径
封隔器外径
备注
in
mm
1b/ft
in
mm
In
mm
4.500
114.3
9.5～13.5
2.375
60.33
3.786
96.16
其它参数可根据需要订货。
5.500
139.7
13～17
2.375
60.33
4.700
119.38
17～23
2.375
60.33
4.500
114.30
7.000
177.8
23～29
2.875
73.03
5.908/6.000
151.89/152.4
3.500
88.90
5.908
151.89
29～36
2.875
73.03
5.820
147.83
3.500
88.90
5.820
147.83
7.625
193.7
29.7～39
2.875
73.03
6.468
164.29
3.500
88.90
6.468
164.29
9.625
244.5
40～47
3.500
88.90
8.452
214.68
4.500
114.30
8.452
214.68
47～53.5
3.500
88.90
8.233
209.12
4.500
114.30
8.233
209.12
（3）机械坐封式单管封隔器
1）结构及坐封原理
图4-1-4是HALLIBURTON“CHRMPK-Ⅲ”型封隔器，上提管柱一定高度后右旋转一定圈数（与下入的深度有关）使J型销转到长槽位置，在保持扭矩情况下，下放管柱加压以胀开卡瓦咬住套管壁，与此同时密封胶筒受压缩径向膨胀密封环形空间。
此类封隔器一般都没有锁住机构，靠油管串（一般需加钻挺）所加的重量保持坐封，能承受的压差较小）为了克服此缺点，有些产品设计水力锚结构或双卡瓦结构，如HALLIBURTON“RTTS”封隔器（图4-1-5）和“PL”（Perma一LachPacker）封隔器（图4-1-6）。
2）解封
此类封隔器大部分是直接上提油管串释放卡瓦和胶筒而解封。
为了减少解封力和起下封隔器时的阻力，一般都设计有油套连通压力平衡通道，此通道在坐封状态时不连通。
3）适用条件
此类封隔器的优点是容易坐封和解封，使用后保养、维修再利用简易，价格较低，短期、临时性完井施工作业，例如砾石充填前的TCP射孔、延长测试、试油作业等尤其有用。
由于它靠上提旋转坐封，大斜度的深井和需下液控管线的生产完井施工较困难，一般都不采用。
2．液压坐封双油管封隔器
图4-1-7是A-5型双油管封隔器的结构，其坐封及解封的方法及作用原理与单管液压坐封式封隔器类似。
大部分产品都是从短管加压坐封，也有部分产品由长管加压坐封或设计为选择性坐封，根据不同用途而选用。
目前较常用的产品有BAKER的“A-5”型（短管坐封）、“AL-5”型（长管坐封）、“ALS-5”型（选择性坐封）、“T-2DRS”型（图4-1-8）；OTLS的“RDH”、“BHD”和“BHS”型（选择性坐封）等。
表4-1-5、6、7分别为“A-5”和“AL-5”、“T-2DSR”、“RDH”双管封隔器的主要技术参数。
表4-1-5“A—5”和“AL—5”双管封隔器主要技术参数
适用套管
类别
封隔器规格
备注
外径
重量
封隔器可下入
最大
长管
短管
最小内径
最大内径
外径
内径
内径
in
mm
1b/ft
in
mm
in
mm
in
mm
in
mm
in
mm
51/2
139.70
20～23
4.670
118.6
4.7784.
121.4
45A（1.900×2.06）
4.500
114.30
1.562
39.67
1.562
39.67
其它参数可根据需要订货时向厂家提出
14～17
4.778
121.4
5.012
127.3
45B（1.900×2.06）
4.641
117.88
6
152.40
15～23
5.190
131.8
5.552
141.0
45C（1.900×2.06）
5.062
128.57
65/8
168.28
32
5.595
142.1
5.675
144.1
46A（23/8×2.28）
5.437
138.10
1.938
49.23
24～28
5.791
147.1
5.921
150.4
46B2（23/8×2.28）
5.625
142.88
20～24
5.920
150.4
6.049
153.64
46B3（23/8×2.28）
5.750
146.05
20
5.989
152.1
6.065
154.1
46B4（23/8×2.28）
5.812
147.62
17
6.094
154.8
6.366
161.7
46C2（27/8×2.28）
5.942
150.93
2.378
60.33
46C2（23/8×2.68）
1.938
49.23
1.938
49.23
46C2（23/8×2.28）
7
177.80
38
5.791
147.1
5.921
150.4
46B2（23/8×2.28）
5.625
142.88
1.562
39.67
35～38
5.920
150.4
6.049
153.64
46B3（23/8×2.28）
5.750
146.05
35
5.989
152.1
6.049
153.64
46B4（23/8×2.28）
5.812
147.62
23～32
6.094
154.8
6.366
161.7
46C2（27/8×2.28）
5.942
150.93
2.375
60.33
46C2（23/8×2.68）
1.938
49.23
1.938
49.23
46C2（23/8×2.28）
20～26
.276
159.4
6.456
163.98
46C4（27/8×2.28）（A）
6.108
155.14
2.375
60.33
1.562
39.67
46C4（27/8×2.68）（A）
46C4（23/8×2.28）（A）
1.938
49.23
1.938
49.23
17～20
6.456
163.98
6.562
166.67
46C6（27/8×2.28）（A）
6.281
159.54
2.375
60.33
1.562
39.67
46C6（23/8×2.68）（A）
46C6（23/8×2.28）（A）
1.938
49.23
1.938
49.23
75/8
193.68
33.7～39
6.625
168.3
6.756
171.83
47D2（27/8×2.28）
6.468
164.29
2.375
60.33
1.562
39.67
47D2（23/8×2.68）
47D2（23/8×2.28）
1.938
49.23
1.938
49.23
48A（27/8×2.68）
6.453
163.91
2.375
60.33
24～29.7
6.875
174.6
7.025
178.4
47D4（27/8×2.28）
6.687
169.85
1.562
39.67
47D4（23/8×2.68）
1.938
49.23
47D4（23/8×2.28）
1.938
49.23
48B（27/8×2.68）
6.781
170.64
2.375
60.33
85/8
193.8
44～49
36～40
24～32
7.451
7.663
7.925
189.3
194.6
201.3
7.625
7.825
8.097
193.7
198.8
205.7
49A（27/8×3.25）
7.250
7.437
7.687
184.15
188.90
185.25
2.375
60.33
49B（27/8×3.25）
49C（27/8×3.25）
95/8
244.48
53.5
8.535
216.8
8.608
218.6
51A（31/2×3.75）
8.332
211.38
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