水平井裸眼封隔器密封结构优化研究

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)西南石油大学机电工程学院 作者:李斌

  针对水平井压缩式裸眼封隔器存在的密封性差、坐封力低、胶筒与井壁间存在间隙等问题,对其密封结构进行改进与优化,设计出一种凸球形隔环和凹球形胶筒组相结合的新型密封结构。运用ABAQUS 软件模拟密封结构封隔器胶筒的坐封情况,获得胶筒组轴向接触压力的分布规律,并分析胶筒硬度和摩擦因数对接触压力的影响。结果表明:新型密封结构凸球形隔环在轴向压缩胶筒的同时也起径向压缩作用,提高了胶筒与井壁和中心管间的接触压力,增强了封隔器的密封性能;胶筒与井壁间的接触压力随着胶筒硬度和摩擦因数的增大而增大,但过大的摩擦因数会导致下胶筒接触压力明显减小,应选择硬度和摩擦因数合适的胶筒,从而保证封隔器的密封可靠性。

  水平井裸眼完井分段压裂技术是一项先进的完井技术,不仅能增加油气井产量,而且大大降低固井、射孔作业所带来的成本和风险,同时还能减少对地层的污染。中石油渤海钻探工程技术研究院研发的水平井裸眼完井分段压裂配套工具在苏里格气田的成功应用,预示着国产水平井分段压裂工具及压裂工艺进入了一个崭新的时期。压缩式裸眼封隔器作为水平井分段压裂配套工具的重要组成部分,在多段压裂过程中的作用至关重要,其性能直接影响着压裂施工的效果。

  随着钻井深度的不断提高,在越来越复杂的井底情况和高温高压环境的影响下,常规压缩式裸眼封隔器常常出现密封性差、坐封力低、胶筒与井壁间存在间隙等问题,导致密封性能不能完全满足施工需要。本文作者对常规封隔器密封结构进行了改进,设计出一种凸球形隔环和凹球形胶筒相结合的水平井压缩式裸眼封隔器新型密封结构,提高了封隔器的密封性能。

  结论

  (1) 新型密封结构凸球形隔环在轴向压缩胶筒的同时也起径向压缩作用,不仅将胶筒向右挤向井壁,而且也将胶筒向左挤向中心管,从而提高了胶筒与井壁和中心管间的接触压力。

  (2) 新型密封结构的凹球形胶筒组与井壁、中心管间的最大接触压力和平均接触压力均提高了50%左右,大大增强了胶筒组的密封性能; 各凹球形胶筒与中心管间的平均接触压力分别是常规密封结构的1.63、1.83、1.64 倍,在一定程度上能避免胶筒组与中心管之间出现间隙。

  (3) 胶筒与井壁间的接触压力随着胶筒硬度的增大而增大,新型密封结构密封性更好,选择硬度合适的胶筒能为封隔器的密封可靠性提供保障。

  (4) 2 种密封结构的上胶筒与井壁间的接触压力均随着摩擦因数的增大而增大,中胶筒上半段逐渐增大而下半段减小,下胶筒显著减小,故摩擦因数并不是越大越好,采用相关工具清理井眼,减少摩擦因数,更有利于封隔器密封性能的提升。

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