套保封隔器失效原因分析及防治措施

王立君

[摘 要]注水井套保封隔器失效，引起套壓升高，影響分層注水效果，為提高分注井密封性能，保證分層注水開發(fā)效果，對分注井套保封隔器失效進行了研究：分析失效原因，并提出相應的防治措施。

[關鍵詞]注水井；套保封隔器失效；防治措施

中圖分類號：TE934.1 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）02-0035-01

1 引言

分層注水工藝是油田注水開發(fā)的重要技術手段，封隔器可有效分隔配水層段實現(xiàn)分層注水；若井下封隔器密封不嚴密，將降低分層注水效果。其密封性能至關重要。目前，油田部分注水井出現(xiàn)套管壓力高，油套壓接近的情況；通過深入調(diào)查發(fā)現(xiàn)，套保封隔器失效井696口，占調(diào)查總井數(shù)的39.6%。大面積注水井套保封隔器失效，勢必嚴重影響油田水驅(qū)開發(fā)正常生產(chǎn)。為提高分注井套保封隔器密封性能，保證分層注水開發(fā)效果，對分注井套保封隔器失效原因進行分析研究，并制定防治對策。高封隔器密封性能對于恢復地層能量、保證油田可持續(xù)開發(fā)有重要的意義。

2 封隔器失效原因

目前，油田分層注水井常用封隔器為Y341-114和Y341-95MS型封隔器，從封隔器、井筒管柱、作業(yè)方式、井下環(huán)境等方面結合實際情況，分析導致封隔器失效原因。

2.1 管柱蠕動效應

封隔器在井下坐封時，從油管內(nèi)蹩壓，油管內(nèi)的壓力高于油套環(huán)形空間的壓力，油管內(nèi)徑橫截面積產(chǎn)生一個向下的軸向拉力，使油管柱伸長，這種效應常稱為活塞效應。與此同時，由于油管柱受內(nèi)壓產(chǎn)生鼓脹，使得油管柱軸向變化，這種效應常稱為鼓脹效應。井下管柱注水生產(chǎn)過程中，在二者的綜合作用下管柱內(nèi)外流體壓力會發(fā)生變化，管柱受力不均勻，處于不同平衡狀態(tài)下或在不同平衡狀態(tài)下轉(zhuǎn)換，引起管柱長度發(fā)生變化，伸長量會隨受力的變化而變化，帶動封隔器上下蠕動，使封隔器膠筒極易被磨損、甚至解封，失去密封性能；同時封隔器內(nèi)外中心管相對滑動也會有解封情況發(fā)生，管柱蠕動是封隔器失效的主要原因之一。

2.2 封隔器膠筒單向承壓低

封隔器的密封是靠水力載荷壓縮膠筒徑向膨脹實現(xiàn)的，其密封質(zhì)量的好壞關鍵取決于井壁與橡膠筒之間接觸應力的大小。從室內(nèi)封隔器打壓坐封試驗來看，當膠筒壓縮完成以后，封隔器3個膠筒與套管的接觸壓力分布為：上膠筒下膠筒接觸壓力相對較小，中膠筒的接觸壓力最大；上、下膠筒不能與套管壁完全密封，中間膠筒起主密封作用，工作承壓15MPa，單向承壓能力相對較弱，套保封隔器上下層段無壓力平衡，壓差較大極易突破中間膠筒密封，導致套保封隔器失效。

2.3 井筒結垢

洗井不徹底井筒極易發(fā)生結垢情況，在放下管柱作業(yè)過程中，結垢后井筒內(nèi)徑變小，封隔器膠筒與井筒間的摩擦機率也更大；而且井筒所結垢粗糙堅硬，凹凸不平，與膠筒的摩擦力也更大，對膠筒損傷也更大，可能造成封隔器不坐封或密封不嚴。若套保封隔器坐封段井筒內(nèi)壁不光滑、平整，由于封隔器膠筒材質(zhì)較硬，平面形變性較差，封隔坐封后膠筒與井筒接觸不好有空隙，導致密封不嚴封隔器失效。

2.4 套損影響

油田進入開采中后期，由于地下的復雜結構、地下的腐蝕環(huán)境以及材料的抗腐蝕能力等不定因素的影響，常會使一些注水井發(fā)生套管損壞的現(xiàn)象。井筒發(fā)生套變井筒內(nèi)徑變小，封隔器與井筒間的間距也變小。管柱在下井過程，由于封隔器與井筒間的間距變小，封隔器膠筒與井筒間的摩擦機率也更大，相互間摩擦力也更大，膠筒造成的損傷也更大，當起下封隔器經(jīng)過套管的破損部位時，由于封隔器膠筒缺少保護措施，有可能發(fā)生封隔器膠筒與套損部位刮、碰，由于橡膠密封件的硬度較低，造成了橡膠密封件的整體脫落或部分脫落，導致封隔器密封失效?？赡茉斐煞飧羝鞑蛔饣蛎芊獠粐?。

2.5 套變井小直徑完井問題

對于修復后的套損井，我廠采用Y341-95MS封隔器和95多功能配水器的管柱組配形式，進行完井，達到降低修井費用、快速恢復注水保證生產(chǎn)的目的。但由于采用小直徑封隔器，膠筒密封徑向伸長量相對常規(guī)114封隔器增加，膠筒與套管內(nèi)壁的應力強度變小，當在井下發(fā)生壓力變化，就會引起較大膠筒與套管內(nèi)壁應力變化，密封性明顯變差導致封隔器失效。

2.6 井下長期工作導致失效

套保封隔器696口井平均使用年限為5年；保密封井995口，平均單井在用時間為3.2年比套保失效井少1.8年；而且單井注入壓力比套保失效井低0.18MPa；平均單井偏1日注入量比套保失效井持平。封隔器密封件最為普及的就是耐油性能優(yōu)異的丁腈橡膠密封件，腈橡膠在熱氧老化過程中隨著結構的變化性能也發(fā)生相應的變化，拉伸強度和伸長強度都隨著熱氧老化的進程而下降。套保封隔器長期在井底溫度、壓力的環(huán)境下工作，容易發(fā)生膠筒松弛和熱氧老化等情況發(fā)生，使得套保封隔器使用超過疲勞極限而導致自然解封失效。

3 封隔器失效防治

3.1 提高封隔器膠筒密封性

當在壓縮距相同的情況下，膠筒和套管之間的接觸應力隨材料硬度的增加而增加。因此，為增加封隔器膠筒密封性能，應優(yōu)選應力集中部位膠筒硬度和尺寸較大的封隔器。根據(jù)實際井況選擇質(zhì)地優(yōu)良的封隔器壓縮式膠筒，可大大提高施工作業(yè)的成功率。

為提高封隔器與套管的密封性，可以增加封隔器膠筒數(shù)量，以增加封隔器膠筒與套管壁的密封段數(shù)，增加密封性。以往使用的Y341-114型封隔器上有三個膠筒，為了提高封隔器與套管內(nèi)壁的密封性，對封隔器進行了改進；在原封隔器三個膠筒的基礎上又增加了一個膠筒，有效提高封隔器的密封性；同時也可以通過提高封隔器膠筒與套管壁的接觸程度，采用軟橡膠密封，使封隔器膠筒與井壁接觸更嚴密，密封性更好，有效提高封隔器的密封性。

3.2 套管刮削減少膠筒損壞

封隔器座封前，為增加密封性，對封隔器坐封段刮套為減少封隔器下井過程中，套變井段或井壁毛刺對封隔器膠筒的傷害，在封隔器下井前，對井筒進行刮削，檢查套管是否存在變形，清除套管內(nèi)壁毛刺。在同一位置反復座封、刮削，容易造成套管強度變低。在設計工藝管柱是應避免封隔器在同一位置反復卡封，刮削作業(yè)時，一定要嚴格控制作業(yè)力度，需要平衡或者是緩和操作，盡量的減少對套管傷害。

3.3 使用油管錨

油管錨具有防止管柱伸、縮的功能；在生產(chǎn)管柱中使用油管錨，可以固定封隔器附近的管柱，使封隔器坐封時受的力分散到套管一部分，減小管柱的蠕動，從而封隔器在坐封時與套管壁上的摩擦力減小，有利于封隔器的保護。油管錨的使用能大大減小封隔器坐封時管柱的蠕動，對封隔器的保護有較好的作用。

3.4 及時檢查封隔器工況

對于超過工作期限，達到膠筒疲勞極限的分注井，應及時進行驗封及增加驗封頻次。發(fā)現(xiàn)失效及時更換封隔器，提高密封質(zhì)量。

4 結論與認識

（1）注井封隔器失效的主要原因是封隔器膠筒結構單向承壓低，工具在下井過程中發(fā)生刮、蹭造成膠筒損壞，密封性降低。

（2）針對封隔器失效原因，采用提高封隔器膠筒密封性，通過套管刮削減少膠筒損壞，并使用油管錨減小管柱的蠕動等防治套保封隔器失效的措施

參考文獻

[1] 趙遠綱，王祿群，侯高文. 分層開采工藝管柱[M]. 東營：石油大學出版社，1994

[2] 王國正，周思柱. 分層注水管柱中的封隔器位移分析[J]. 湖北工業(yè)大學學報，2005，（03）