蔡有山

摘要：隨著油田的不斷開發(fā)，油田的勘探逐漸走向高溫高壓和深層油田開發(fā)方向，為了能夠提高開采效率和這樣復(fù)雜的開采環(huán)境，需要對(duì)井下封隔器進(jìn)行不斷創(chuàng)新和完善，因此井下封隔器逐漸向性能更高的方向發(fā)展，井下封隔器的密封性能非常關(guān)鍵，因此對(duì)井下封隔器的密封性能進(jìn)行分析是非常重要的研究內(nèi)容，隨著新技術(shù)的不斷發(fā)展，井下封隔器密封性能要求越來越高。

關(guān)鍵詞：井下封隔器;密封性能;研究

隨著石油資源的不斷開采，能源危機(jī)已經(jīng)成為世界各國所面臨的一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)，社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展離不開能源的支持，石油資源是非常重要的能源，因此不斷增加石油產(chǎn)量，降低油田開采成本一直是油田企業(yè)所研究的重點(diǎn)內(nèi)容，近年來我國不斷學(xué)習(xí)國外的先進(jìn)技術(shù)并結(jié)合我國石油資源的實(shí)際情況，不斷完善我國的開采技術(shù)，隨著開采技術(shù)的不斷進(jìn)步，我國石油資源的開采量也在增加。封隔器在石油開采過程中是非常重要的井下工具，封隔器主要應(yīng)用于注水井、水平井以及分層采油等工藝中。封隔器的密封性能是非常重要的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，因此，隨著油田開發(fā)深度的不斷增加，對(duì)封隔器的密封性能要求也在不斷提升，只有不斷提高工藝要求和密封性能才能夠滿足油田開發(fā)需求。

1封隔器的分類

世界各國對(duì)封隔器的研制有很多種類型，其中按密封方式主要可以分為以下幾種：

（1）自封式。自封式封隔器的原理是依靠密封件外徑與套管內(nèi)徑之間的壓差來實(shí)現(xiàn)密封效果。

（2）壓縮式。壓縮式封隔器的原理是依靠軸向力對(duì)封隔器進(jìn)行壓縮，從而使密封件外徑增大實(shí)現(xiàn)密封效果。

（3）擴(kuò)張式。擴(kuò)張式封隔器的原理是依靠封隔器內(nèi)腔，使密封件外徑增大從而實(shí)現(xiàn)密封效果。

（4）組合式。通過利用自封式，壓縮式和擴(kuò)張式封隔器進(jìn)行有效組合，從而實(shí)現(xiàn)密封效果。

2封隔器密封性能的力學(xué)性能分析

2.1封隔器密封膠筒的工作狀態(tài)及密封原理

封隔器在工作過程中一般分為初封、密封和解封三個(gè)狀態(tài)，因此膠筒在工作過程中，主要有自由變形、約束變形和穩(wěn)定變形三個(gè)階段。自由變形是指膠筒在出風(fēng)荷載的作用下發(fā)生壓縮形變，膠筒和套管內(nèi)壁沒有接觸并不產(chǎn)生的接觸應(yīng)力時(shí)所發(fā)生的變形。約束變形是指在座封荷載的作用下，膠筒和套管內(nèi)壁進(jìn)行接觸所完成的一個(gè)變形過程。自由變形屬于彈性變形，自由變形中膠筒通體積變化不大。約束變形是由于膠筒受到了套管內(nèi)壁和封隔器中心管之間的壓力變形，在雙向作用力下，膠筒不僅承受軸向力作用，而且還會(huì)受到接觸應(yīng)力和摩擦力的作用，此時(shí)膠筒的體積會(huì)發(fā)生變化。穩(wěn)定變形是指在約束變形的基礎(chǔ)上，交筒會(huì)產(chǎn)生非線性約束變性。

2.2封隔器膠筒力學(xué)性能的理論和方法

膠筒在自由變形階段主要包含應(yīng)變和應(yīng)力模型，約束變形和穩(wěn)定性變形階段膠筒除了受到應(yīng)力和應(yīng)變分析以外，還需要對(duì)膠筒密封面所受的應(yīng)力進(jìn)行分析。膠筒在自由變形中主要是通過微單元進(jìn)行應(yīng)變分析，并且膠筒在自由變形中體積不會(huì)發(fā)生改變，利用虎克定律可以建立出膠筒在自由變形中的應(yīng)力方程，從而能夠確定封隔器的初封力大小和膠筒壓縮高度。而約束變形和穩(wěn)定變形主要是依靠膠筒在軸向和徑向所受壓力狀態(tài)下的模型方程，在建設(shè)方程過程中，可以將膠筒所產(chǎn)生的變形彈性力和摩擦力為膠筒所承受的軸向荷載。利用虎克定律和彈性力學(xué)理論能夠建立膠筒在約束變形和穩(wěn)定變形過程中所產(chǎn)生的軸向方程。

3影響封隔器密封性能的因素分析

3.1工藝管柱的影響

封隔器受井深、溫度、井眼軌跡、洗井等因素影響，為了能夠確封隔器的密封性能，必須要考慮管柱的變形情況，管柱在油田井中受到壓力過大時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致工具移動(dòng)、膠筒破損等情況，從而導(dǎo)致封隔器的密封性能受到影響，因此在實(shí)際工作中管柱應(yīng)根據(jù)油井狀況進(jìn)行補(bǔ)償、扶正等工作，從而確保封隔器的密封性能。

3.2工具質(zhì)量的影響

（1）封隔器膠筒的影響

封隔器密封性能的好壞主要取決于井壁與膠筒之間的接觸應(yīng)力，為了能夠確保密封效果，膠筒必須能承受較大的耐壓能力，需要膠筒擁有較高強(qiáng)度，但是如果膠筒的強(qiáng)度過高，會(huì)影響膠筒與套管接觸面的密封效果，膠筒還必須擁有耐溫和耐鹽能力，防止膠筒入井后提前老化的現(xiàn)象，進(jìn)而有可能造成封隔器提前失效。

（2）封隔器座封及鎖定機(jī)構(gòu)的影響

封隔器座封的主要原理是依靠在進(jìn)行打壓時(shí)活塞推動(dòng)座封機(jī)構(gòu)，剪斷防座封銷釘后繼續(xù)壓縮膠筒，膠筒發(fā)生膨脹達(dá)到封隔器密封效果。當(dāng)活塞推動(dòng)膠筒座封到達(dá)相應(yīng)位置時(shí)，封隔器會(huì)自動(dòng)鎖定，完成封隔器座封。因此封隔器的防座封機(jī)構(gòu)、活塞以及自鎖機(jī)構(gòu)能夠決定封隔器在入井之后的密封性能。

3.3工具選型的影響

油井常用的封隔器外徑有很多種類，在進(jìn)行使用的過程中，應(yīng)該根據(jù)不同的套管內(nèi)徑來選擇合適的封隔器。如果選擇封隔器的膠筒過大，那么在入井過程中可能會(huì)導(dǎo)致膠筒損壞，容易出現(xiàn)解封現(xiàn)象。進(jìn)而影響封隔器的密封性能。如果選擇封隔器膠筒過小膠筒在膨脹以后，會(huì)與套管內(nèi)壁的接觸面積達(dá)不到相關(guān)要求，從而影響膠筒的耐壓能力，導(dǎo)致封隔器容易失效。

3.4作業(yè)質(zhì)量的影響

利用通井技術(shù)可以判斷井筒是否具備下工具條件，在進(jìn)行去除套管內(nèi)壁污垢等物質(zhì)的存在，有可能會(huì)造成封隔器密封不嚴(yán)的情況發(fā)生。在具體施工過程中，工具管柱入井和校深能夠直接影響密封效果，膠筒損壞和管柱校對(duì)錯(cuò)誤都有可能導(dǎo)致密封失效。密封壓力不足和穩(wěn)壓時(shí)間過短，會(huì)導(dǎo)致封隔器座封后出現(xiàn)自動(dòng)解封狀況。因此在實(shí)際操作過程中，需要提高出油、出沙井以及洗井的工作質(zhì)量，并對(duì)座封效果進(jìn)行檢測，從而確保封隔器能夠正常實(shí)施。

4結(jié)束語

通過對(duì)井下封隔器的密封性能進(jìn)行研究，可以看出傳統(tǒng)封隔器在耐高壓氣風(fēng)方面存在很多問題，只有對(duì)封隔器座封力動(dòng)態(tài)過程進(jìn)行研究，了解封隔器座封力的加載方式對(duì)密封性能所造成的影響，從而為提高封隔器的密封性能提供理論基礎(chǔ)。在長期密封過程中，能夠有效滿足油田現(xiàn)場安全注氣生產(chǎn)需求。

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