淺談封隔器在煤層氣試井中的選型和應(yīng)用

張連偉　孫保華

【摘 要】封隔器因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、坐封、解封操作方便，安全可靠、使用成本低、易于保養(yǎng)維護(hù)等特點(diǎn)在煤層氣試井施工中得到廣泛應(yīng)用。基于煤層氣試井復(fù)雜的井內(nèi)環(huán)境，封隔器的選型及可操作性尤為關(guān)鍵，是煤層氣試井成敗的重要前提條件。結(jié)合封隔器自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選用更為適合的封隔器類(lèi)型，為煤層氣試井工作的成功完成提供保障。

【關(guān)鍵詞】封隔器；煤層氣試井；自身結(jié)構(gòu)；坐封；選型

0 引言

煤層氣試井測(cè)試技術(shù)是認(rèn)識(shí)煤儲(chǔ)層，進(jìn)行儲(chǔ)層評(píng)價(jià)和生產(chǎn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的重要手段。封隔器是煤層氣試井技術(shù)中的重要設(shè)備，封隔器的選型關(guān)系到煤層氣試井工作的成敗。通過(guò)對(duì)比分析現(xiàn)有液壓膨脹和機(jī)械壓縮兩種封隔器自身結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，選擇更為適合的封隔器類(lèi)型，確保封隔器坐封良好、可靠、有效。

1 封隔器的類(lèi)別及作用

封隔器按坐封原理分為液壓膨脹式和機(jī)械壓縮式兩種。封隔器在使用前均要與管柱連接，連接好后下入預(yù)定坐封位置，封隔器坐封后膠筒的外膠皮與井壁緊密結(jié)合，下部形成一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng)，起到封隔測(cè)試層段的作用。

2 封隔器的工作原理

2.1 液壓膨脹式封隔器工作原理

液壓膨脹式封隔器與管柱連接好后，下入預(yù)定坐封位置，其下端的球座用不銹鋼球封閉，封隔器和管柱形成了一個(gè)封閉的系統(tǒng)，此時(shí)由地面高壓泵向管柱加壓，壓力通過(guò)導(dǎo)壓孔對(duì)凡爾施加壓力，壓力達(dá)到一定程度后，凡爾克服與芯軸間的摩擦力和彈簧的彈力壓縮彈簧向下移動(dòng)，凡爾移出凡爾座后，導(dǎo)壓孔和膠筒連通，管柱中的流體在壓力作用下進(jìn)入膠筒，膠筒開(kāi)始膨脹，膠筒內(nèi)壓力達(dá)到設(shè)計(jì)壓力時(shí)，剪切銷(xiāo)釘剪斷，球座打掉，管柱上下連通，在彈簧力及膠筒內(nèi)壓力作用下，凡爾歸位，封隔器實(shí)現(xiàn)坐封。測(cè)試完成后，就要進(jìn)行解封封隔器操作，直接上提管柱一段距離，封隔器中心管上移，剪斷解封銷(xiāo)釘，下導(dǎo)水槽打開(kāi)，膠筒內(nèi)液體溢出，膠筒收縮封隔器實(shí)現(xiàn)解封。

2.2 機(jī)械式壓縮封隔器工作原理

機(jī)械壓縮式封隔器下井時(shí)，下部接上尾管或井底為支撐點(diǎn)下入坐封位置，下接頭承壓帽通過(guò)尾管支撐于井底或直接支撐井底，再按所需高度下入管柱，卡瓦和摩擦塊總成由短軌道進(jìn)入長(zhǎng)軌道上死點(diǎn)，錐體推動(dòng)卡瓦張開(kāi)，使卡瓦咬合在套管壁上形成管柱錨定，同時(shí)坐封銷(xiāo)釘被上部所施的載荷（管柱重量壓力）而剪斷，壓縮膠筒，膠筒直徑變大，從而封隔密封油套環(huán)形空間，實(shí)現(xiàn)坐封及坐錨。測(cè)試完成后，進(jìn)行解封封隔器操作時(shí)，上提管柱帶動(dòng)中心管上行，此時(shí)封隔器其余部分保持不動(dòng)，卡瓦和摩擦塊總成由長(zhǎng)軌道進(jìn)入短軌道上死點(diǎn)，并帶動(dòng)錐體上行，使錐體退出卡瓦，膠筒也自動(dòng)回彈而解封。

3 封隔器的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

3.1 液壓膨脹式封隔器結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

液壓膨脹式封隔器由接箍、中心管、上接頭、膠筒、浮動(dòng)接頭、坐節(jié)和篩管組成。其特點(diǎn)：（1）適用于各種深度的井孔；（2）膠筒接觸井壁面積大，長(zhǎng)度約1.2米；（3）坐封時(shí)必須借助注水泵等輔助設(shè)備；（4）封隔器正常起、下時(shí)，無(wú)須輔助儀表設(shè)備；（5）封隔器下井后，井筒需進(jìn)行流體置換（將孔內(nèi)泥漿替換為清水）、洗井；（6）封隔器坐封采用井口卡蘭盤(pán)，無(wú)下部支撐。

機(jī)械壓縮式封隔器：上接頭、液缸、中心管、實(shí)心膠筒、隔環(huán)、鎖定裝置和下接頭組成 。其特點(diǎn)：（1）適用范圍300米以上深度；（2）特制的橡膠實(shí)心膠筒，每個(gè)膠筒長(zhǎng)度約0.1米，具有良好的耐高溫性能；（3）坐封簡(jiǎn)單，上提、下放即可實(shí)現(xiàn)，無(wú)需注水泵；（4）起、下封隔器時(shí)，必須配備拉力計(jì)或指重表；（5）封隔器下井前，井筒需要進(jìn)行通井、沖砂、洗井；（6）封隔器坐封必須有尾管或井底作支撐。

4 封隔器的選型

對(duì)比以上兩種封隔器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以發(fā)現(xiàn)：液壓膨脹封隔器有著適用范圍廣，不受孔深限制，膠筒接觸井壁面積大，下部無(wú)需支撐等優(yōu)勢(shì)。故確定本次煤層氣測(cè)試工作中封隔器選用液壓膨脹式封隔器。

5 應(yīng)用效果

2017年8月-9月期間，用液壓膨脹封隔器進(jìn)行了2口井（副ZK702孔和副1205孔）的煤層氣井測(cè)試，施工合格率達(dá)100%，證明液壓膨脹封隔器性能可靠并且使用壽命長(zhǎng)，工藝操作較為簡(jiǎn)單，原始數(shù)據(jù)采取準(zhǔn)確。其中副ZK702為裸眼井，目的煤層深度為979.43～981.54m，封隔器坐封深度為970～975m，施工過(guò)程中坐封壓力大于14MPa，封隔器坐封良好、可靠。對(duì)該目的煤層進(jìn)行注入/壓降測(cè)試，地面最高注入壓力為7.0MPa，注入活性淡水0.0825m3，累計(jì)注入時(shí)間10h，關(guān)井恢復(fù)時(shí)間為20h，電子壓力計(jì)記錄了完整的壓力隨時(shí)間變化的壓力數(shù)據(jù)（見(jiàn)圖1），進(jìn)一步處理后的注入/壓降恢復(fù)階段壓力曲線(xiàn)擬合

圖（圖2）。由分析圖可見(jiàn)，實(shí)測(cè)與壓力歷史擬合基本一致，說(shuō)明分析所選模型正確，處理參數(shù)符合煤層實(shí)際情況。注入/壓降解釋結(jié)果： Pi=9.84MPa，K=0.0124md，S=-1.52，M=3.40，Ri=7.56m，T=37℃。

6 結(jié)論

為保障試井的安全性和可操作性，對(duì)于水文地質(zhì)及工程地質(zhì)條件比較復(fù)雜的井內(nèi)環(huán)境，井筒內(nèi)安全系數(shù)較低的情況，應(yīng)首選液壓膨脹式封隔器，其次是機(jī)械壓縮式封隔。實(shí)踐證明：選擇液壓膨脹式封隔器，保證了封隔器的坐封良好、可靠、有效，準(zhǔn)確獲取新義井田區(qū)域煤儲(chǔ)層參數(shù)值。煤層氣試井測(cè)試工作的成功完成，為該井田煤層氣預(yù)可研性開(kāi)采評(píng)價(jià)提供了準(zhǔn)確、可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

【參考文獻(xiàn)】

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