国外可钻封隔器可钻材料的选用
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国外可钻封隔器可钻材料的选用
刘武斌1 吴 捷2 石 杰3
(11长江大学石油工程学院 21汉江机械研究所 31冀东油田分公司高尚堡采油作业区)
摘要 在广泛调研国外资料的基础上,对国外可钻封隔器可钻材料选用方面的发展情况进行了系统的研究和论述。
纵观国外的发展情况,可钻材料的选择大致经历了2个阶段,即从金属材料过渡到非金属材料。
采用非金属材料增加了可钻部件的抗拉强度和抗压强度,提高了可钻性和耐蚀性,延长了封隔器的使用寿命,节省了钻铣和打捞时间。
关键词 可钻封隔器 金属材料 非金属材料 合成树脂 玻璃纤维
引 言
封隔器是油田实现分层开采的重要工具。
然而,在实际使用过程中,由于井下环境,如结盐、结垢、腐蚀等因素的影响,封隔器如果在井下工作时间太长,或者因人为的设计失误和操作不当,往往会工作失灵,甚至卡滞在井筒内。
在需要打捞时,封隔器不能顺利取出,其结果是不得不动用专用设备进行打捞;如果打捞不成,就有可能造成油井报废,带来较大的经济损失。
因此,国外一直都在致力于解决这个问题,期望研制出一种容易解封或在解封不了的情况下可用钻铣工具将其钻铣掉的可取式封隔器,或者研制出一种完全由可钻材料制造的永久式封隔器,在需要取出时只需要将其钻铣掉即可。
国外在可钻封隔器结构设计方面,从现有的资料来看,没有较大的改变,只是围绕如何提高可钻速度,减少可钻部件这一目的稍作变化。
通常的做法是在封隔器上卡瓦的上方设置一个容易拔断或震断的脆弱机构[1]。
打捞时,先用震击器将脆弱机构震断取出,然后用钻铣工具钻铣上卡瓦和上锥体,即可将封隔器解封,从而能轻易地将剩余部件从井筒中打捞出来。
因此,笔者将着重论述国外可钻封隔器在可钻材料方面的选用情况。
国外可钻材料的选用情况
11可钻材料的选用经历
纵观国外的发展情况,在可钻材料的选择上大致经历了2个阶段,即从金属材料过渡到非金属材料。
国外在20世纪80年代末以前封隔器使用的可钻材料基本上是金属材料,普遍采用铸铁、黄铜和铝[2,3]。
例如,美国哈里伯顿公司(Halliburt on Company)生产的一种可钻封隔器的中心管、锁环套、上下卡瓦及上下锥体都是由铸铁制造的,其他部件则由铝、黄铜和橡胶材料生产。
由金属可钻材料生产的封隔器可采用普通钻头或铣刀进行钻铣。
但是这类封隔器一般用在较高温度和压力条件下,其设计耐压约为6819MPa,耐温约为218℃。
由于世界上大多数油井的压力和温度都低于上述值,因此在很多情况下没有必要使用金属材料制造可钻封隔器。
此外,不用金属材料还可以避免钻铣时常出现的“钻头轨迹(B it Tracking)”现象发生[4]。
所谓钻头轨迹,即钻头在钻封隔器的可钻部件时,钻头总是处在某一轨迹上磨来磨去,不再吃进。
解决这种现象的做法通常是上提钻头,使其离开被钻面,然后快速接触封隔器,同时施加钻压,以便破坏原有的钻头轨迹,重新建立钻头进尺。
不过,上述方法有时并不一定有效。
进入20世纪90年代后,特别是近年来,国外发展了利用非金属材料制造可钻封隔器的技术。
非金属材料与金属材料相比,具有耐腐蚀、强度高、质量轻、易钻铣等优点,而且还可使用聚晶金刚石复合片(P DC)钻头钻铣。
21非金属可钻材料的选用
国外采用的非金属可钻材料归纳起来大致分为
—
7
6
—
2007年 第35卷 第6期
石 油 机 械
CH I N A PETROLEUM MACH I N ERY
2类:一类是合成树脂,另一类是玻璃纤维。
(1)合成树脂 有一种合成树脂材料是酚醛
树脂,具体名称为美国明尼苏达州的Fiberite 公司
生产的Fiberite 4056J [4]
,其抗拉强度为124MPa,抗压强度为276MPa,可用来制造封隔器的中心管、锁环套、上下锥体以及上下卡瓦。
试验表明,用该材料制造的封隔器在5816MPa 的条件下使用未损坏,工作性能良好。
另一种是尼龙(聚酰
胺)[5]。
它的弹性模量特别高,热挠曲温度约为204℃。
这种合成树脂一般为注模或压模热塑塑
料,或者热固性合成树脂。
它们的最大抗拉强度大
约为20617MPa,耐温14819℃以上。
一种由美国西方公司(W estern Company )生产的封隔器中,其锥体、支撑环、锁环套等部件都用这种材料制造,在钻铣时更容易被钻掉,而且损坏钻头的可能性很小。
(2)玻璃纤维 美国生产测井服务公司(Pr oducti on Logging Services I nc 1)有一种皮碗式封隔器几乎完全由玻璃纤维制造而不含任何金属材料,封隔器中唯一的金属是用于加固胶筒的钢丝[6]。
选用玻璃纤维作为可钻材料的原因主要为:①玻璃纤维强度高,柔软,易钻;②它与普通金属合金相比更耐腐蚀,而且可防止硫化铁沉积,使用寿命长;③玻璃纤维产品在油田应用多年,使用效果都很好;④目前的玻璃纤维制品生产技术已足够满足生产玻璃纤维封隔器的要求。
另外,美国哈里伯顿公司生产的一种封隔器完全用非金属材料制造[7]
,选用的材料包括环氧树脂、编织玻璃布、酚醛树脂、陶瓷和黄铜。
其额定压差为34145MPa,坐封后能承受的最大压力为89k N 。
该封隔器可用电缆或油管坐封。
它有一个单向提升阀可防止封隔器下方的水泥回流,但是不影响来自封隔器上方的液流。
这种封隔器可用普通三牙轮钻头或磨铣钻头钻掉。
在模拟测试过程中,该封隔器的钻碎时间为12m in;在首次现场应用中,钻碎时间用了37m in 。
而对于普通封隔器来说,最
快的钻碎时间都要115h 。
结 论
从目前国外可钻封隔器的发展方向来看,主要
是在可钻材料上研究较多,在结构上未作较大的变化。
可钻材料最初采用以铸铁为主的金属材料,发展到以合成树脂和玻璃纤维为主的非金属材料。
采用非金属材料增加了可钻部件的抗拉强度和抗压强度,提高了可钻性和耐蚀性,延长了封隔器的使用寿命,节省了钻铣和打捞时间。
我国现在也已开展了可钻封隔器的研究,建议在可钻材料的选择上从一开始就选用非金属材料,顺应国外的发展趋势。
参 考 文 献
1 W yattML 1D rillable B ridge Plug 1US4,784,2262 Hushbeck D F 1D rillable Service Packer System s I ncrease W ell Service Versatility 1SPE 18896
3 Streich S G 1D rillable,Testing,Treat,Squeeze Packer 1US4,834,184
4 Striech S G 1D rillable W ell Bore Packing Apparatus 1EP0,
454,466A2
5 Sukup R A 1D rillable W ell -Fluid Fl ow Contr ol T ool 1US4,
708,202
6 Barneck M R 1D rillable Selective I njecti on Equi pment 1SPE
24326
7 Reduce Packer D rill -Out Ti m e 1Petr oleu m Engineer I nter 2
nati onal,June 1994:51
第一作者简介:刘武斌,高级工程师,生于1968年,在长江大学石油工程学院攻读硕士学位,主要从事油气田开采工艺技术研究工作。
地址:(433123)湖北省潜江市向阳。
电话:(0728)6575251。
E -mail:jh wubin@1631com 。
收稿日期:2007-04-12
(本文编辑 赵连禄)
!信息广角#
低成本有杆抽油系统
美国DynaPu mp 公司新近开发成功一种只需很少维护成本的有杆抽油系统。
它是一种简单的装置用1辆载重汽车就可将其拖运至井场。
采用它可由230m 深度每天抽汲102m 3,或由1524m 深度每天抽汲614m 3井液,其最大光杆举升载荷可达31138k N 。
其可调的1183m 冲程,可在低速下比常规机有更高的排量生产。
该有杆抽油系统推荐采用 16mm 杆柱。
该机具有可加速和减速功能,并可自动控制泵的抽空。
其液缸密封适用于野外的工作环境,采用480V 的三相电动机或
220/480V 的单相电动机驱动。
冯耀忠译自World O il,2006,(4):132
—86— 石 油 机 械2007年 第35卷 第6期。
