套管外封隔器模拟试验装置研制与应用

伊伟锴，吕芳蕾，温盛魁，朱瑛辉，岳广韬

套管外封隔器模拟试验装置研制与应用

伊伟锴1，2，吕芳蕾2，温盛魁2，朱瑛辉2，岳广韬2

（1.中国石油大学（华东）石油工程学院，山东 东营257061；2.胜利油田分公司 采油工艺研究院，山东 东营257000）

针对目前套管外封隔器的工作性能无法进行有效检测的问题，研制了一种套管外封隔器模拟试验装置。该试验装置设计有覆盖套管外封隔器工作井眼尺寸范围的一系列模拟井筒，可利用配套的加热系统模拟地层环境温度，可以在接近实际地层工矿条件下检测套管外封隔器的工作性能。该装置设计额定试验压力30 MPa，额定试验温度180℃。应用该试验装置完成了现场常用的ø139.7 mm（5英寸）和ø177.8 mm（7英寸）2种规格套管外封隔器的性能模拟试验，得到了其性能曲线，为套管外封隔器的现场使用提供了第一手的试验数据，取得了很好的应用效果。

水平井；筛管完井；套管外封隔器；试验装置；模拟试验

套管外封隔器是水平井筛管完井工艺的核心工具［1］，其主要作用是封隔油层，在固井过程中避免水泥进入油层污染油层及封隔油层中的水层，其性能好坏直接影响完井施工效果［2］。现场应用中，如果其在井下不能正常工作，使固井水泥漏到油层内造成油层污染，更为严重的是筛管内部灌进水泥，需要钻开水泥重新射孔，增加了钻塞时间和费用并影响水平井产能，给水平井生产造成巨大损失。目前，管外封隔器的检测手段有限，检测指标少，只能检验封隔器的开启阀及关闭阀工作压力和胶筒爆破压力［3］，还没有专门的管外封隔器模拟试验装置，管外封隔器的性能无法真实地检测出来。为此，笔者从模拟套管外封隔器的工作环境出发，研制了一种管外封隔器模拟试验装置（专利号：ZL201120514570.4），可以真实有效地检测管外封隔器的真实工作性能，解决目前管外封隔器试验环节缺失的不足，有效指导管外封隔器的现场实施。应用该试验装置进行了目前现场常用的一种管外封隔器的性能模拟试验，得到了该封隔器的性能曲线。

1 技术分析

套管外封隔器的工作环境与常规的套管内封隔器有明显的区别，套管外封隔器主要应用于裸眼井内，井径受钻井的影响较大，且不规则，其工作性能容易受井下钻井井眼大小的影响，且其尺寸要远远大于常规井下封隔器。要对套管外封隔器进行室内试验与检测，需要重新设计试验装置，以满足对套管外封隔器进行试验的需要。

1.1 结构设计

该试验装置主要由模拟井筒、井温模拟装置、测控系统和试压泵组成，结构如图1所示。模拟井筒的主要作用是模拟井下井眼的情况，形成一个密闭空间，内置压力传感器和温度传感器，实现对封隔器的坐封与耐压性能的检验［4］。模拟井筒由14个尺寸系列的钢管［5］经过特殊加工构成，模拟井眼尺寸范围为ø198～ø350 mm，涵盖了目前现场ø139.7 mm（5⅟²英寸）和ø177.8 mm（7英寸）2种规格套管外封隔器标准应用的井眼尺寸范围。井温模拟装置的作用主要是模拟井下温度场，该装置利用电加热原理实现对井下温度场的模拟，为了保证试验安全，设计了安全连锁装置，其原理如图2所示。测控系统为1台工控计算机，可实现对整个试验过程试验数据的采集、显示和记录。试压泵的主要作用是对试验封隔器的坐封和检验封隔器的过程进行试验液的加压。

图1 套管外封隔器模拟试验装置结构

图2 井温模拟试验装置安全连锁机构原理

1.2 工作原理

试验时将管外封隔器放置于不同内径的模拟井筒内，模拟井筒内注入试验液，保持模拟井筒处于密封状态；将模拟井筒放置于井温模拟装置内，固定好位置，并且连接好试验用压力管线接头及测试接头等配套工具后，关闭井温模拟装置的舱门。利用试压泵通过毛细钢管传压坐封管外封隔器，启动井温模拟装置加热到设定试验温度，在设定温度下进行管外封隔器的耐压性能指标模拟试验。从模拟井筒内置测压点和测温点进行压力、温度测试，测得数据通过信号传输到测控系统的计算机内显示和记录。通过一系列的管外封隔器在不同尺寸模拟井筒的试验，得出管外封隔器的耐压曲线。

1.3 主要技术参数

试验装置额定试验压力 30 MPa

模拟井眼尺寸范围 ø198～ø350 mm

额定模拟试验温度 180℃

2 现场试验

在胜利油田进行了ø139.7 mm（5⅟²英寸）和ø177.8 mm（7英寸）2种规格套管外封隔器的模拟试验，共进行管外封隔器模拟试验66组，取得了这2种规格封隔器的性能曲线。通过试验结果得知，该型号的管外封隔器的性能与行业标准值有很大差异。

图3 管外封隔器试验耐压曲线

3 结论

1） 该试验装置采用全尺寸的系列模拟不同的井下情况，符合管外封隔器工作井眼的井径环境。该装置具有加热功能，试验过程可以加热，模拟井下的温度场情况，对管外封隔器的性能指标进行有效的检测，并可适用于其他井下工具的检测和试验。

2） 利用该试验装置完成了ø139.7 mm（5⅟²英寸）和ø177.8 mm（7英寸）管外封隔器的模拟试验，得到了这2种规格管外封隔器的密封性能曲线，可以有效指导管外封隔器的现场应用。

［1］ 马玉斌.管外封隔器在复杂油气井固井中的应用［J］.石油钻采工艺，2004（1）：39-40.

［2］ 杨涛.谢南星.TCT型膨胀式套管外封隔器应用技术研究及现场试验［J］.钻采工艺，2009（6）：65-67.

［3］ 刘玉民，韩海生.TFS-140-Ⅳ型套管外封隔器的试验及应用［J］.石油机械，1999（3）：31-33.

［4］ 盖景琳，Mark Hopmann.永久型封隔器失效模式分析［J］.国外石油机械，1996（2）：38-41.

［5］ 杜常桥，李世民.封隔器胶筒应力数值模拟与结构优化研究［J］.断块油气田，2008（2）：104-106.

Development and Application of the ECP Simulation Test Device

YI Wei-kai1，2，LV Fang-lei2，WEN Sheng-kui2，ZHU Ying-hui2，YUE Guang-tao2
（1.College of Petroleum Engineering，China University of Petroleum，Dongying 257061，China；2.Research Institute of Production Technology，Shengli Oilfield Company，Dongying 257000，China）

For the problem of current external casing packer job performance not effectively detected，a tube packer simulation test device was developed.The test device was designed with external casing packer，which covers the work of a series of borehole size range simulated wellbore，meanwhile，heating system was used to simulate formation ambient temperature，which could detect real work performance of the external casing packer.The rated test pressure was 30 MPa，and nominal test temperature was 180 ℃.The device is used to implement the test forø139.7 mm （5⅟²″）andø177.8 mm （7″）external casing packers，which were conventionally used on site.The performance curves were obtained to offer the first-hand test data for on-site application，with good application result.

horizontal well；screen completion；ECP；test device；simulation test

TE931.2

B

1001-3482（2014）03-0075-03

2013-09-28

中石化胜利油田分公司攻关项目“水平井管外封隔器模拟试验装置研究”（YKS0905）

伊伟锴（1981-），男，黑龙江宁安人，工程师，主要从事修井工艺与完井工艺研究，E-mail：yiweikai＠163.com。