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      橡膠制品在石油鉆采工程中的應用研究

      2019-09-10 23:17:19張薇
      石油研究 2019年6期
      關鍵詞:橡膠制品

      張薇

      摘要:隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高,石油、天然氣的使用量不斷加大。因此,國家也加大了石油天然氣的開采量,與之對應地是石油鉆采工程量隨之加大。在石油鉆采的整個過程中,經(jīng)常用到彈性好、耐磨損的橡膠制品,例如封隔器、扶正器、○型密封圈和固井膠塞等,它們是石油天然氣鉆采過程中必不可少的物料。本文將通過簡要介紹橡膠制品在石油鉆采工程中幾個方面的應用,以達到推進石油鉆采所涉及橡膠制品的技術、工藝進步。

      關鍵詞:橡膠制品;石油鉆采工程;封隔器;○型密封圈;固井膠塞

      在各大油田石油鉆采工程中,橡膠制品以其良好的性能得到了較為廣泛地使用。本文根據(jù)橡膠制品在石油鉆采工程中的應用領域不同,主要介紹在鉆井過程中常使用的固井膠塞、旋轉(zhuǎn)密封總成,在作業(yè)過程中常使用的封隔器、扶正器以及在采油過程中常用的○型密封圈等。

      1、橡膠制品簡介

      1.1 橡膠制品分類

      橡膠制品是利用天然或合成橡膠為原材料,加以其他輔助材料加工而成的各種產(chǎn)品。橡膠制品分為2種,即天然橡膠制品和合成橡膠制品。天然橡膠制品是采用天然橡膠加工而成的橡膠制品;合成橡膠制品是采用人工合成的橡膠加工而成的橡膠制品。

      1.2 橡膠制品特點

      橡膠制品在加工過程中,都需要經(jīng)過加溫、加壓在模具中成型。因此,橡膠制品具有以下幾個特點:一是橡膠具有高彈性,在模具中成型后,橡膠制品伸縮性較強能夠減震,而且耐磨性強,比如日常車輛所使用的輪胎等;二是橡膠具有絕緣性,它可以用在電氣設備上,起到絕緣作用,也可以起到密封作用;三是橡膠在壓力、溫度發(fā)生變化時,橡膠制品的穩(wěn)定性存在適應范圍[1]。

      2、橡膠制品在石油鉆采工程中的應用

      2.1 橡膠制品在鉆井過程中的應用

      防噴裝置是各大油氣田鉆井過程中必備的井口控壓設備,它主要是通過打壓實現(xiàn)密封。旋轉(zhuǎn)密封總成所涉及的橡膠制品主要是軸承里面的2個密封膠芯,通過內(nèi)外筒體的旋轉(zhuǎn)實施密封,保證鉆井實施過程的安全、可控;閘板防噴器中所用到的橡膠制品主要是密封膠芯,在井筒內(nèi)有管柱時,可以密封環(huán)套空間,在井筒內(nèi)無管柱時,可以密封整個井口。

      完井固井是對下入的套管與地層之間的空隙注入水泥漿,使套管與地層緊密貼合。固井過程中所使用的橡膠制品主要是固井膠塞,它根據(jù)固井方式的不同分為普通固井膠塞、固井雙膠塞、雙級注水泥膠塞、鉆桿膠塞和空膠塞等。完井固井一般分為套管固井和尾管固井。套管固井主要使用常規(guī)固井膠塞和防旋轉(zhuǎn)固井膠塞,防旋轉(zhuǎn)固井膠塞是在常規(guī)固井膠塞的基礎上改進而來,它主要是能減少鉆除時間,縮短鉆井實施周期,降低了鉆井作業(yè)成本。目前,防旋轉(zhuǎn)固井膠塞在日常套管固井施工過程中應用比較廣泛。尾管固井主要用于三開井和側(cè)鉆井,尾管通過掛在懸掛器上,然后對尾管進行固井,水泥返高到懸掛器位置。尾管固井的優(yōu)點是節(jié)省管柱,降低鉆井成本;缺點是尾管尺寸較小,隨著尾管總長度的變化,水泥漿在環(huán)空中受地層、井筒內(nèi)流體的影響加大,這時候需要使用鉆桿膠塞加以控制,最終保證尾管固井順利完成。

      2.2 橡膠制品在作業(yè)過程中的應用

      封隔器是分層采油、堵水和注水等作業(yè)過程中最常見、且必不可少的一種工具,它的使用貫穿了油氣田勘探開發(fā)全過程。封隔器的主要部分是密封膠筒,膠筒是由橡膠制成,彈性較好,通過打壓等方式坐封于套管、油管環(huán)形空間,主要用于分隔不同層位的油層、封堵出水的層位以及分層注水等方面。由于封隔器應用在不同的井型、井別的油井中,封隔器在井筒內(nèi)面對著高溫、高壓、不同性質(zhì)的混合流體以及氣體,常常發(fā)生封隔器膠筒老化、破損、撕裂等現(xiàn)象。因此,膠筒的質(zhì)量好壞、承受高溫高壓、耐腐蝕性的能力直接決定了封隔器的密封效果[2]。

      封隔器的膠筒使用材料主要是橡膠,橡膠質(zhì)量的好壞決定了膠筒的好與壞,橡膠質(zhì)量好,膠筒的彈性好,在坐封過程中封隔器的伸縮性就比較好,即在小的作用力下就可以完成坐封。

      封隔器的主要坐封方式有擠壓式和液壓式。不論哪種坐封方式,封隔器的耐高溫、耐高壓性能決定著坐封效果。由于油井井筒內(nèi)的封隔器一直處于高溫、高壓的環(huán)境,而且長時間接觸油、氣、水混合物,膠筒材質(zhì)容易老化,其彈性、伸縮性、強度逐漸變?nèi)?,封隔器承壓能力減弱,封隔器容易失效。特別隨著油田進入開發(fā)的中后期,井況、地下流體都發(fā)生了很大變化,對封隔器性能要求越來越高。

      封隔器在在設計時需要重點考慮膠筒的壓縮量、尺寸精度、公差和表面粗糙程度等。同時,需要考慮到所使用油氣田的環(huán)境以及油井的井筒情況等。

      2.3 橡膠制品在采油過程中的應用

      在油田抽油井日常生產(chǎn)過程中,油井井口的盤根盒里面有若干○型密封圈,它們主要是起到密封作用,防止抽油井光桿在上下運動過程中帶出原油,從而導致井場的環(huán)境污染?!鹦兔芊馊κ且环N材質(zhì)為橡膠、橫截面為圓形的密封圈,它是井口采油樹上最常見的一種密封件?!鹦兔芊馊Π卜旁诒P根盒內(nèi),它一方面緊貼上下運動的光桿,另一方面牢牢固定在盤根盒內(nèi)部空間里,為了保證密封圈的使用壽命以及整個密封效果,一般往盤根盒里加入一定量的黃油,這樣既能減小光桿和密封圈的相互摩擦,也能起到輔助封堵的作用。雖然○型密封圈的密封效果很好,但由于它在日常采油過程中長期接觸原油以及天然氣等,再加之有一部分油井壓力較高,密封圈會出現(xiàn)變形、空隙等現(xiàn)象,使用壽命會受到這些因素的影響?;诖耍谌粘2捎偷倪^程中,單位、員工都會采用質(zhì)量過硬的○型密封圈,并且會在盤根盒里放入若干個密封圈以保證密封性。

      3、結(jié)束語

      隨著國家經(jīng)濟的發(fā)展和社會的不斷進步,橡膠制品的應用范圍越來越廣、作用越來越重要,特別是在石油鉆井、作業(yè)、采油等過程中,橡膠制品的使用不僅廣泛,而且由于涉及高溫高壓,橡膠制品質(zhì)量要求嚴格。因此,我國橡膠制品行業(yè)應該根據(jù)石油鉆采工程的行業(yè)特點,加快原材料的研發(fā),加強新技術、新工藝的引進,推動相關橡膠產(chǎn)品的改進、革新,從源頭上推進石油鉆采工程相關行業(yè)的發(fā)展,為國家的油氣資源開采貢獻力量。

      參考文獻:

      [1] 梁新國.橡膠制品在石油鉆采工程中的運用[J].中國石油和化工標準與質(zhì)量,2012,5:79.

      [2] 韓旭,李銳,勒寶軍,等.膨脹橡膠封隔器在油氣井固井中的應用現(xiàn)狀[J].科技創(chuàng)新與應用,2011,34(2):15-17.

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