2. 中国石油大学(华东)
2. China University of Petroleum (Huadong)
0 引 言
智能完井技术是通过在井下工具上安装控制线，并将控制线与地面系统相连[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]，以实现对地层性能的长期监控和油井优化采油。目前智能井井下工具不留井，而是通过管线与井口相连，如果需要检泵或出现控制管线拔断等故障，则需将井下工具全部提出。这将会浪费大量的人力物力，增加作业成本。采用机械方式实现多条液控管线对接的技术在国内文献中未见相关报道。为此，研制了一种适合于油、气、水开采的智能完井井下对接工具，通过该工具可将井下生产管柱分离，并进行液控管线快速准确地对接。
1 技术分析 1.1 结构智能井井下对接工具包括留井对接总成和留井密封总成。留井对接总成包括导向套、外套筒、连接套、固定套、限位套、芯轴和锥体，其结构示意图如1所示。
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| 图 1 留井对接总成示意图 Fig.1 Schematic of the letting-in docking assembly 1—导向套；2—外套筒；3—连接套；4—控制管线；5—固定套；6—剪切销钉；7—芯轴；8—密封圈；9—弹簧；10—限位套；11—球；12—挡环；13—内套；14—密封组合；15—锥体。 |
导向套外部均匀设置6条控制管线，外侧设有连接套和外套筒，连接套为分瓣结构。留井对接总成中设有相互连通的液压通道和内套传压孔，液压通道中设有能够封堵液压通道的球体。留井密封总成(见图 2)中设置有外套传压孔、管线对接孔、控制管线和本体管线导向槽，外套传压孔、管线对接孔和从本体管线导向槽穿过的控制管线依次连通。
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| 图 2 留井密封总成示意图 Fig.2 Schematic of the letting-in seal assembly 1—密封组合； 2—外壳本体； 3—本体管线导向槽；4—外滑套；5—弹簧；6—密封圈；7—连接接头。 |
留井对接总成上端与生产管柱下端连接，留井密封总成与井下顶部封隔器上端连接。每条控制管线与管线对接孔对接，外滑套在弹簧作用下上行，管线对接孔关闭，即留井密封工具已完全密封，可防止坠落物体进入控制管线从而影响井下作业。
留井对接总成与留井密封总成对接过程如下：控制管线分别与芯轴相互独立的液压通道接口相互对接，留井对接总成分瓣结构的外螺纹与留井密封总成外壳内螺纹连接后，液压相互独立地传到芯轴中的每个独立通道中，限位套在外壳本体内侧下端斜面推力的作用下上行，6个通道中6个相对应的球得到上行空间，即传压通道处于开启状态。留井对接总成与留井密封总成对接后，外滑套在锥体推力的作用下下行，外滑套上的外套传压孔下行，进入密封组合形成的对应密封空间。此时，液压依次通过导向套穿过的控制管线、芯轴的独立液压通道、通道传压孔、内套传压孔、外套传压孔和管线对接孔，穿过外壳本体的控制管线，控制6条控制管线，实现各层独立作业。需回收时，上提与导向套上端连接的生产管柱，在一定的载荷下，剪切销钉剪断，连接套分瓣结构得到释放空间而收缩，即可顺利提出留井对接工具。留井对接工具芯轴中的通道被球关闭，留井密封工具中的外滑套在弹簧的推力作用下上行，传压孔和对接孔与相对应的密封传压空间错开，即处于封闭状态。这样就完成了智能井井下对接工具的对接与回收作业过程。
1.3 主要技术参数留井对接总成：最大外径153.00 mm，最小内径76.00 mm，上端螺纹88.9 mm(3 1/2 in)TBG，控制管线直径9.53 mm( 3/8 in)，接口螺纹直径9.53 mm( 3/8 in)NPT。
留井密封总成：最大外径153.00 mm，最小内径76.00 mm，下端螺纹88.9 mm(3 1/2 in)TBG，控制管线直径9.53 mm( 3/8 in)，接口螺纹直径9.53 mm( 3/8 in)NPT。
2 关键技术 2.1 对接技术对接接头采用棘爪分瓣式螺纹结构，对接强度高，对接后自动锁定，同心度高。当回收工具时，上提或旋转管柱即可顺利提出留井对接工具。
2.2 留井对接总成传压通道关闭孔密封技术由于空间结构限制，密封时很难保证6个传压通道同时处于密封状态，故采用球阀关闭原理(见图 3)，在芯轴本体上预制与球尺寸相对应的6个球座，将球安装在通道传压孔径向方向的孔中，使传压孔两端密封。当限位套在外壳本体内侧下端斜面推力的作用下上行时，通道传压孔中的球得到上行空间向上移动，传压通道开启。
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| 图 3 对接孔密封示意图 Fig.3 Schematic of the docking hole sealing 1—弹簧； 2—限位套； 3—球； 4—挡环。 |
留井对接总成在对接和起出时，传压通道关闭孔必须关闭，不能让液体浸入流通通道，以免影响工具后期使用。留井对接总成在对接完成时，关闭孔必须打开，这样才能使整个通道流通。由于加工难度增大，为了验证球的密封性，在样机试制前，模拟关闭阀尺寸，在关闭阀进行了小样机加工，并进行了关闭密封试验，试验数据见表 1。
| MPa | |||
| 接口编号 | 启动压力 | 稳定压力 | 最高压力 |
| 1 | 12.5 | 35.2 | 37.2 |
| 2 | 11.7 | 35.5 | 37.0 |
| 3 | 12.9 | 35.0 | 38.5 |
| 4 | 13.1 | 35.5 | 35.3 |
| 5 | 12.7 | 35.1 | 36.4 |
| 6 | 13.5 | 35.0 | 36.7 |
从表 1可见，留井对接总成传压通道关闭孔密封压力最高达38.5 MPa，满足井下工况要求。
3.2 留井密封总成密封试验为了防止地层流体串入控制管线通道，留井密封总成采用多级硫化密封模块环形密封以保证安全可靠。为验证密封性能，加工了部分外管样机进行试验。将该样机水平置于试验工作台上，上端与电动试压泵连接进行密封试验，试验数据见表 2。
| MPa | |||
| 接口编号 | 启动压力 | 稳定压力 | 最高压力 |
| 1 | 23.2 | 41.3 | 49.3 |
| 2 | 23.0 | 42.1 | 49.0 |
| 3 | 23.7 | 41.7 | 49.0 |
| 4 | 23.7 | 41.8 | 49.5 |
| 5 | 23.5 | 41.5 | 49.7 |
| 6 | 23.5 | 42.1 | 49.9 |
从表 2可见，留井密封总成的密封压力最高达到49.9 MPa，密封性能可靠。
4 结 论(1)针对深海油井的智能完井技术，研制开发了一种液控智能井井下对接工具。该工具实现了井下生产管柱分离和快速对接，其应用可节约大量作业成本，是整个智能井液压控制系统的关键部件，有利于智能井技术的大面积推广。
(2)该工具对接采用棘爪分瓣式螺纹结构，对接强度高，对接方便、可靠；采用球阀关闭原理，保证6个传压通道同时处于密封状态。
(3)测试结果表明，智能井井下对接工具密封能力可靠，能够满足深海智能井的开采要求。
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