电缆高压密封器工作原理

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,电缆高压密封器工作原理,1,直读试井工艺是获取油气水井地层性质、参数的一项特殊的试井工艺。电缆高压密封器是高压油气水井直读试井必须使用的装置，国内1995年前开始比较早的是中国海洋石油公司、大庆油田、华北油田、胜利油田、河南油田等。之后新疆的塔里木（97年）、大港油田以及较大型的油田相继引进。河南油田因规模相对较小，高产油气井少，所以虽然引进较早，但应用规模却很小。,前 言,直读试井工艺的硬件是高压井口密封装置，高精度电子压力计、计算机系统、电缆和电缆试井车辆等设备。软件是现代试井解释软件。,前 言,一、井口注脂密封装置,1.用途：,在自喷油、气井和注水井进行下电缆测试时，用于井口密封。,2.,结,构,压降示意图,3.作用原理,井口注脂密封装置包括两个部分，即图中的防喷盒部分25和阻流管部分26。,（1）防喷盒的作用是利用压紧在电缆外边的橡胶盘根，防止液体自井口上方漏出。由于防喷盒一般是安装在阻流管部分上方，因此在通常情况下，橡胶盘根的作用是迫使通过上阻流管溢出的密封脂，进入回流管线，流入废油桶。有时井口油气也会沿电缆外侧缝隙流出，则防喷盒起到密封井口，使油气不致漏出的第二道防线的作用。橡胶盘根的压紧靠压紧柱塞来完成。当用手压泵向压紧柱塞上方打入液压油时，推动柱塞下移，压紧盘根。释放手压泵的压力后，柱塞在弹簧支撑下向上移动，松开盘根，则盘根只起到刮油的作用。,3.作用原理,（2）阻流管的作用是用来平衡大部分的井口压力。阻流管是一种内壁光滑的钢管，其内径与电缆外径相差只有015020mm（3种规格）。从注脂管线注入的密封脂沿电缆与阻流管间的间隙挤入时，形成很大压差。其压力分布情况见图(2一77)。注脂泵出口压力P1，经管线降压后进入阻流管时压力为P2。向下流动的油脂流到阻流管出口处剩余压力P井，与井口压力平衡或大于井口压力，从而阻止井口油气外泄。向上流动的油脂，由于上阻流管比下阻流管长一倍，所以出口压力P3已降得很低。加上回流管线的压降，大致与大气压力平衡。井口注脂密封装置的下方与防喷管连接，连接方式为使用带密封圈的由壬。,4.性能特征,注脂泵密封装置常用的工作压力范围为：,345MPa （5000psi）,69MPa （10000psi）,1035MPa （15000psi）,138MPa （20000psi）,4.性能特征,同一耐压范围，又可分为防硫和不防硫的两种不同规格。在试井中常用的单芯电缆直径为：4763mm （316），5556mm （732），635mm（14）。针对不同直径的电缆，井口密封器也有相应的标称直径。包括防喷盒、防喷盒盘根、格兰和阻流管等部件，均应在相应尺寸上与所使用的电缆对应。同一标称直径的电缆，因铠装层结构，不同的厂家，使用的新旧程度等诸因素的影响，实际的可通过直径又稍有不同。因而可选用的阻流管在同一公称直径下又形成系列。以TOT公司的产品为例，其尺寸分布情况如下：选用时，一般要求阻流管内径比电缆实际外径大015020mm。例如对556mm外径的电缆，可选用5791mm或5944mm的阻流管为好。,二、密封脂泵,1.用途,密封脂泵是注脂密封装置的配套装置。用来向井口提供高压密封脂。,2.结构及工作原理（图2一78）。,这种油脂泵是以压缩空气为动力的。用压缩空气推动空气马达11，从而带动注脂泵7工作，将油筒8中的油脂抽出后，通过管线9排出。整套装置分五部分：空气马达，注脂泵，空气滤清器，气源压力调节器，润滑油喷入器。,二、密封脂泵,2.结构及工作原理（图2一78）。,（1）空气马达,结构（图2一79）,工作原理,空气马达是在压缩空气作用下，产生往复运动的动力部分。在图2一79中，表示了向下运动行程的工作情况。进入进气腔6的压缩空气，由于滑阀4盖住了下气源通道，因而只能从上气源通道流出，进入到活塞上方，推动活塞向下移动。,空气马达是在压缩空气作用下，产生往复运动的动力部分。在图2一79中，表示了向下运动行程的工作情况。进入进气腔6的压缩空气，由于滑阀4盖住了下气源通道，因而只能从上气源通道流出，进入到活塞上方，推动活塞向下移动。,为锁住滑阀在下死点位置不动，部分气体通过上控制气道15和上控制气孔2进入滑阀控制器的上方空间，压住控制器5，使其停在下死点不动。当活塞10落到下死点时，带动了控制连杆12向下移动，并通过杠杆14又带动控制器5向上方移动。结果是，控制器向上移动时带动滑阀4也向上移动，盖住了上气源通道，打开了下气源通道。从而使整个过程向相反方向进行：活塞开始上移；压缩空气从上控制气孔逸出，又从下控制气孔7进入滑阀控制器下方。压住滑阀停在上死点。直至活塞移到上死点时，再度把滑阀转移到初始的下死点位置。,（2）注脂泵,结构（图2一80）,工作原理,注脂泵插入到油脂筒中。在空气马达带动下，连杆1带动注脂泵内整套连杆、柱塞和阀系统，做上、下往复运动。油脂吸人器9先把油脂提入泵筒，压入到阀7上方。再在柱塞向下运动时，又把油脂压入到球阀4上方。第三步当活塞再度上移时，又把阀4上方的油脂从球阀10挤出。完成了一个排油过程。由于柱塞6与连杆1的断面积差很小，加上柱塞的良好密封性，使这种泵具有很高的排出压力。排出压力与气源压力比达75 ：1。,（3）空气滤清器,结构（图2一81）,工作原理,空气从入口1进入后，含有的灰尘和水分沿上漂落伞下落到杯底。再经过多孔硬塑料制成的过滤杯4，从出口11流出。如果空气中含水，则会积在杯底，由玻璃管液位指示器显示出来。可以从排污口8排出。,（4）气源压力调节器,结构（图2一82）,工作原理,当把手柄5向内拧入时，弹簧7把隔膜8向上顶起，在顶杆10的作用下把阀体1打开，使进气口与出气口连通。此时下游压力随气体不断地流过阀而逐渐升高，通过气孔9，推动膜片8向下位移，并同时压缩了弹簧7。此时顶杆10同时向下移动，直至关闭。这时不再有气体向下游流动，从而使下游压力维持定值。当下游用气后压力下降时，隔膜8在弹簧7的作用下向上撑起，再一次把阀打开，重新进行一次调节。随着手柄5拧入程度的不同，可以调节不同的下游压力。,（5）润滑油喷入器,气动马达在工作时须不断用润滑油加以润滑，因此在空气进入空气马达前用润滑油喷入器掺入一定量的润滑油。,喷入器的结构（图2一83）,工作原理,润滑油放在油杯中，在工作过程中，从吸油管13吸入到油量调节针阀上方，再通过喷嘴5喷入气马达。推动润滑油向吸油管流动的作用有两个：一是通过油杯加压喷口向油杯加压，推动润滑油向上流动。二是通过气流吹过喷嘴5时的射流吸力，将润滑油向上吸起。大部分气流是通过单流阀14到达空腔A，绕过喷嘴8到达空腔B向出口流走的。调节针阀2，可以调节流入的润滑油量。,三、过电缆防喷阀门（BOP）,（一）用途,防喷阀门又称BOP，用来在下入电缆情况下紧急关闭井口，防止发生井喷事故。,（二）类型,BOP分手动和液压传动两种类型。,1手动BOP,（1）结构（图2一84）,（2）工作原理,这种防喷阀门（BOP）连接在采油树上方，清蜡闸门以上。上方A方,向可以连接防喷管，也可以叠接另一个BOP，构成双级密封。当仪器串用电缆下人井内以后，井口某一装置发生故障须关井时，由于电缆下在井内而无法使用一般闸板闸门关井，此时可平衡地搬动两翼闸门手柄，将井关闭。由于胶皮闸板上有与电缆直径配合的凹槽，可以夹住电缆并密封井口。这种闸门开启时，必须先通过平衡阀6平衡闸板上、下方的差压。,2.液压传动BOP,（1）结构（图285）,（2）作用原理,与第一类不同点在于，闸板的启闭可以在远距离用手压泵，靠液压来完,成。液压油从外侧泵人时，关闭闸门；从内侧泵入时，则开启闸门。必要时使用手动阀杆，可以协助关闭。BOP的结构还有许多变型，例如作成双级式的，可以加大密封压差，因厂家不同，结构上也会有所差异。图2一86所示的是一种典型的双级BOP结构。图2一87画出了密封闸板的典型结构图。,(三) 性能,一般BOP的工作压力分四个等级： 35MPa，70MPa，105MPa，140MPa。根据密封要求，可以单级使用，也可以双级或多级叠用。有的BOP本身即制造成多级的，用于高压密封。在同一种压力下，又可分为普通型和防硫化氢型。针对不同直径的电缆，要更换凹槽深度不同的闸板。,四、GSF350型气井试井井口装置,1.结构（图288）,该装置包括高压抗硫防喷管、防喷器、注油密封控制头，以及与井口法兰联接的特制基座，天、地滑轮等。,2.用途,用于高压气井钢丝下井作业，特别适用于高含硫气井的试井。,3.技术指标,密封控制头的密封压力：35MPa;,整套装置的密封强度试压： 75MPa；,防喷管耐压120MPa，工作压力70MPa，材料：NT80SS，壁厚782mm；,适用于2023mm的录井钢丝。,五、滑轮组,1用途,用来引导电缆（或钢丝）向井内下放或提出仪器；,2结构,试井使用滑轮组时，常常采用两种方式，如图2一89所示。,3工作原理,在A种情况下，防喷管支撑了井下仪器及电缆（或钢丝）的全部重量，要求防喷管有较好的稳定性，或者在井下仪器及工具重量较轻时使用。对于B种情况，加载到天滑轮7上的所有重量，由井架来负担，测试深井时使用。天滑轮及地滑轮的结构见图（2一90）。天、地滑轮的轮圈直径，与引导的电缆尺寸有关，对于4. 47mm（632），556mm （732）和635mm （14）的电缆，要求轮圈直径大于或等于305mm（18）。一般来说，滑轮直径与电缆直径的比值约为50 ：1。轮圈直径过小，将会损伤电缆。天滑轮及地滑轮的防跳槽导块，都可以打开，当放人电缆后，用闭锁销来闭锁。对于图289中的情况，其天滑轮可以用地滑轮代用。有的滑轮，其支架内装有轴承，以利于调节方向，如图291所示。,六、井口仪器捕捉器,上捕捉器可以抓住仪器绳帽上的打捞头，使其不致从防喷管中脱落。,下捕捉器一般装在防喷管底部，当仪器进入防喷管后，自动关闭瓣片，使仪器不致再落出防喷管。,（一）上捕捉器,1结构（图2一92）,2工作原理,当弹簧撑起时，机械爪向下移动，在闭锁斜面作用下，机械爪向内紧缩，抓住仪器的打捞头。通过手压泵从液压孔3向捕捉器打入液压油时，推动衬套4向上移动，压缩支承弹簧。此时机械爪上移，并在弹簧作用下使三个爪子张开，从而释放了仪器。上捕捉器可以在仪器下入前，安装防喷管时使用，可以抓住仪器，保持在防喷管内，以防提起防喷管时，仪器从下端滑脱。它也可用于起出仪器后，拆卸防喷管时应用。,（,二）下捕捉器,1结构（图2一93）,2工作原理,下捕捉器安装在防喷管以下。用电缆或钢丝下入仪器后，电缆可以从叉形瓣片中间的槽内通过，不影响起下。仪器进入井口后，直径较大的仪 器绳帽把瓣片顶起成竖直状，直至仪器完全通过后，在弹簧的作用下，瓣片倒落成水平状，把仪器阻挡在防喷管内，以防重新落入井内。这种捕捉器的又一种形式如图（2一94）所示。这种结构的特点是：用外边的手柄可以进行手工操作来竖起或放倒瓣片，当液压操作时，手柄起到指示作用。液压缸安装在外边，可以在不拆卸主体的情况下进行检修。,七、球密封空心安全接头,1用途,用于测试井口，安装在防喷管下方，防止在意外事故情况下发生井喷。,2结构（图2一95）,3工作原理,当意外事故发生时，例如井下电缆被拉断，并被喷出井口，这时高压 油气快速向上喷出，以致来不及关闭防喷阀门BOP。而且由于BOP中心有过电缆孔，不能完全密封。此时油气推动着“推动盖”向上移动，并最终把密封球推到球座上，把井口封住。这就争取了时间，可进一步采取其他措施关井，避免大量油气的溢漏。,八、化学剂注入短节,1用途,用于测试井口，安装在防喷管下方，用于测试时向井口注入某些化学剂。化学剂种类很多，例如冬季测试时，为了防止井口结冰，影响电缆起下，注入防冻剂。对于某些生产中含水的气井，也可以用防冻剂解除井口结冰问题。对于含有腐蚀性成分的井，可以注入防腐蚀剂，以减缓对电缆的腐蚀。,2结构（图2一96）,3.工作特点,从注入短节3注入到储液短节中的化学药剂，随电缆进入井口，并粘附在电缆上，因此可以起到防冻、防腐作用。,电缆高压密封器使用操作,和维护保养,高压密封装置是关系到直读试井工艺成败的最关键的装置，使用操作当中必须确保万无一失，又由于价格昂贵（高的高达200多万元，原因国产的不过关，高压的以进口为主），所以在使用操作和管理当中必须精细、规范。下面就高压密封装置的使用操作和维护保养作一简单的介绍。,油区,注入压力,动态,静态,顶部密封,一、阻流密封原理：,1、压力分布图：,阻流密封原理图,2、要点：注脂泵的启动压力，必须大于油压。要在开井后确保注脂泵有效工作。,电源：必须配备,6KW,以上，,220V,，性能良好的发电机（柴油），条件允许的最好从电网引入,220V,的电源，作为备用；,气源：必须保证,2,台空压机，并联连接，另外和试井车空气罐连通，应急备用；,密封脂：必须纯净不含泥、沙、水、气等杂质；,接头的对接：密封可靠，对接时必须擦净泥沙、死油。,二、操作：,1、上井前的准备：,根据施工设计书及施工油气水井的最高压力，选择合适的放喷器；,察看井场（计划好车辆位置，原则是方便进出、方便压力车辆施工、方便小车停放）知道最高油压。,装置的检查：加重杆准备、仪器、密封脂、发电机、空压机、配件及各种高压密封接头、管线的检查；,人员、车辆的组织；,施工工艺要求交底。（按施工设计书要求）,2、现场施工：,按计划摆好绞车，穿戴好劳动保护用品。,在专用支架上对接防喷管、阻流密封管、高压注脂、溢流、顶部密封等管线，要求所有丝扣、接头、快速接头，必须清理干净后再对接，谁接谁负责，操作2人以上认可（配合）。并将所有的管线并拢捆扎好；,清蜡闸门2丝扣接头母扣用钢丝刷清理，公扣接头绕好密封带，母扣打点油。,2、现场施工：,有专人指挥吊装捕捉器、BOP、防喷管、多人配合操作。,将注脂泵、空压机放到安全便于察看的地方，并采取放雨措施。,开启空压机，压力确保不低于0.6MPa，检查贮气罐（底水放净）、过滤器、滴油器（加2/3机油），通气前将减压阀调小（通气后逐渐加至油压以上）。,注脂泵工作、打开溢流、打开上部密封、逐渐加至油压以上，开测试闸门。打开捕捉器，下放仪器串。,2、现场施工：,电缆起下过程中，注脂泵、空压机勤看、观察，2人具体操作。,仪器的测量深度原则上不出油管。仪器串有足够的配重（每MPa3Kg）。特别是：系统试井，压力恢复试井、高产油气井。,仪器上提时必须先下放电缆，确认能下放后再上起，正常起电缆中，绞车提升负荷不得高于10KN；距井口20m停车，人拉仪器串至捕捉器动作，并探明确认进入防喷管后关清碏阀门。,3、值班：,一般情况2人（1人必须会安全操作密封系统，录取资料）夜间有照明，对着上部防喷管。,三、贮存与定期保养：,1、专人负责：存放前所有丝扣，易生绣的部位全部擦净后涂黄油。,2、2-3周，空压、发电、车辆检查运行一次。,3、3月以上启用，上井前必须运行一次，半年-1年以上必须做水压试验，检查密封性。,四、直读车组人员的配置：,1、组长1 人：熟练直读试井工艺，设备原理、操作方法。有协调组织能力，有预见和处理突发事件的能力。,2、付组长1人：协调组长工作，重点掌握计算机系统，试井软件，电子压力计性能、操作，懂得电力安全等。,3、司机、组员3-4人：保障专用车辆安全运输，动力机械良好运行。要求：都会密封井口装置的规范操作、井下资料的录取，必须要有较强的安全责任心。,五、注意事项：,1、电缆起下必须有吊车配合，起时先下放电缆。,2、高精度测试当中不允许有任何轻微的漏失（影响资料解释）。,六、紧急预案的制定：,1、制定方案：应对突发事件，现场人员快速处理，减少损失、污染。,2、值班：现场人员都会处理突发事件。,3、预案制定的目的：确保现场操作人员，临危不乱、有条不紊，快速有效地处理好突发事件。,本节内容讲授完毕,谢谢,！,