基于長慶油田水力噴砂環(huán)空加砂體積壓裂工藝中的K 344鋼帶式封隔器失效分析

侯世紅

長慶油田分公司機械制造總廠

K344鋼帶式封隔器作為一種水力擴張式，懸掛式固定，液壓坐封，液壓解封，以其密封性能好，承壓時間長，易解封、重復(fù)利用性能好等優(yōu)點，在油田得到廣泛應(yīng)用。本文通過對長慶油田水平井壓裂水力噴砂環(huán)空加砂體積壓裂工藝中采用的K344鋼帶式封隔器的使用情況統(tǒng)計，分析封隔器的失效情況，提出對封隔器質(zhì)量的基本要求，以及封隔器的加工制造以及使用過程中的施工建議。

一、組成結(jié)構(gòu)和工作原理

1.K344鋼帶式封隔器結(jié)構(gòu)

K344鋼帶式封隔器主要由下接頭、浮動頭、中心管、內(nèi)膠筒、擴張鋼帶、外膠筒以及上接頭組成。（如圖1）

圖1 K344-110鋼帶式封隔器

2.K344鋼帶式封隔器工作原理

坐封時，通過地面高壓泵，在油管內(nèi)泵入帶壓液體，液體通過中心管，與內(nèi)膠筒形成環(huán)形內(nèi)腔，當(dāng)內(nèi)外壓差達(dá)到0.8MPa及以上時，環(huán)形內(nèi)腔將通過體積膨脹，使擴張鋼帶向外擴張，同時帶動外膠筒擴張達(dá)到封隔井筒的目的，此過程必須與單流閥以及球座配套使用。解封時，通過卸掉油管內(nèi)部液壓，并使得油管與套管聯(lián)通，內(nèi)外壓差消除，擴張鋼帶在自身彈力作用下收縮，完成解封。

二、失效情況分析

1.外膠筒脫落或者嚴(yán)重破損

外膠筒脫落或者破損是K344鋼帶式封隔器最常見的問題，外膠筒脫落，不僅導(dǎo)致封隔器失效，并且可能影響油井產(chǎn)量，主要形成原因有以下幾種：

（1）砂卡后強行活動鉆具。當(dāng)井筒沒有洗干凈，或者壓裂完成后地層吐砂過于嚴(yán)重時，會導(dǎo)致井底的封隔器被砂子堵住，無法上提或者下放鉆具，形成砂卡。此時若強行活動鉆具，則很容易致使外膠筒脫落或者破損，封隔器失效。

（2）管柱蠕動。壓裂過程中，由于壓力的不穩(wěn)定，導(dǎo)致管柱蠕動量會發(fā)生變化，此時封隔器處于坐封狀態(tài)，由于油管內(nèi)的高壓，致使外膠筒緊貼套管，在油管帶動壓裂鉆具發(fā)生蠕動時，外膠筒處于無法移動或者蠕動很小的狀態(tài)，容易導(dǎo)致外膠筒與擴張鋼帶分離，使得外膠筒脫落或者破損，封隔器失效。

2.鋼帶散花或者破損

以上兩種情況容易導(dǎo)致外膠筒脫落或者破損的同時，也有可能導(dǎo)致鋼帶破損，或者鋼帶直接從上下接頭拔出，出現(xiàn)鋼帶散花的情況。此外，若在壓裂完成后關(guān)井時間不足，或者關(guān)井時間達(dá)標(biāo)，地層吸收量卻很小，導(dǎo)致井底存在較高壓力，此時放噴，使得裂縫中的射孔點位置高速反出，且由于之前射孔過程壓力較高，管柱存在向下的蠕動，卸壓后管柱自然回收，原射孔位置與管柱的相對位置發(fā)生改變。有很多情況管柱自然收縮后射孔點剛好位于封隔器主體上，此時從射孔點反出的高速液體將會沖蝕封隔器主體，由于沖蝕壓力以及位置的不確定性，將對封隔器產(chǎn)生不同程度的損傷，有時甚至能擊穿鋼帶，使得鋼帶嚴(yán)重破損。

3.鋼帶無法收縮

部分情況下，導(dǎo)致封隔器的擴張鋼帶收縮性能受到影響，無法收縮，有時甚至使得封隔器無法解封，主要形成原因有以下兩種。

（1）擴張鋼帶產(chǎn)生永久性變形。經(jīng)過反復(fù)的坐封以及解封后，鋼帶擴張收縮數(shù)次，部分情況下，導(dǎo)致鋼帶產(chǎn)生永久性的塑性變形而無法收縮，導(dǎo)致封隔器失效。

（2）鋼帶中間縫隙有壓裂砂進(jìn)入。由于K344鋼帶式封隔器的擴張鋼帶由片狀鋼帶緊貼而成，由于制造工藝的問題，有時使得封隔器鋼帶自然狀況下存在一定縫隙，此外在使用過程中，封隔器坐封時，鋼帶膨脹，從而鋼帶與鋼帶間的縫隙會隨之增大，此時若有壓裂砂進(jìn)入縫隙，則卸壓后，使得封隔器無法解封，有時甚至?xí)锌ㄣ@風(fēng)險。

三、制造工藝及使用建議

1.提高封隔器擴張鋼帶的質(zhì)量以及外膠筒的橡膠質(zhì)量

封隔器擴張鋼帶以及外膠筒的橡膠，除了需要耐高溫、耐高壓、耐酸性腐蝕，還要有良好的塑性和硬度，易于收縮和擴張，殘余變形小，有一定的抗沖擊能力，因此對封隔器鋼帶的強度以及外膠筒的橡膠材料必須要有嚴(yán)格要求，減少鋼帶和膠筒破損情況，可以提高封隔器整體質(zhì)量，從而提高鉆具的施工效率。

2.強化提高封隔器鋼帶與外膠筒的粘接工藝

封隔器的擴張鋼帶與外膠筒是通過粘接膠粘接在一起的，對于兩種不同的材料而言，粘接強度必然受到限制。因此需要有良好的工藝以及粘接材料，減少膠筒脫落情況的發(fā)生。

3.嚴(yán)格控制關(guān)井、放噴以及洗井程序

壓裂完成后，嚴(yán)格按照施工設(shè)計程序關(guān)井放噴，并且盡可能的延長關(guān)井時間，提高地層吸收量，降低地層殘余壓力，放噴過程盡可能緩慢，可以減少壓裂液對壓裂鉆具的沖蝕，保護(hù)壓裂鉆具，從而提高施工效率。此外，洗井過程中，排量跟時間一定要充足，保證井筒清洗干凈，無攜砂液反出，降低卡鉆風(fēng)險。

結(jié)論

封隔器質(zhì)量影響整套壓裂鉆具的質(zhì)量，以及影響壓裂施工過程以及壓裂效果，從而影響油井產(chǎn)量。盡可能的提高封隔器的質(zhì)量，以及使用過程中盡可能的保護(hù)封隔器，可提高整套鉆具的施工效率，降低卡井卡鉆風(fēng)險，保證壓裂過程順利實施。

[1]李斌,王大江,劉軍.K344封隔器質(zhì)量改進(jìn)研究.[J]石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督,2012，28（9）：25-27.

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