井下封隔器新技术发展分析与展望

井下封隔器新技术发展分析与展望

李哲辉

       盐城市弘通石油机械有限公司 江苏 224400

摘要：随着油气田发展方向以深井超深井为主，对封隔器等传统完井工具的实用性、耐用性都提出了更高的要求。该文主要研究了当前国内外封隔器发展现状，重点介绍了近年来最新研发的几种新型封隔器，分析了国内外在该技术领域的研究与应用上的差距，提出了今后井下封隔器新技术研究的方向与重点。

关键词：封隔器；发展现状

引言

目前石油开采技术日趋成熟，完井工具不仅要适合各种复杂的井下环境，还需要耐温耐压，对封隔器等井下工具的设计与开发也提出了更高的要求。

1.封隔器概述

封隔器指连接于井下管柱之上，用于封隔油管与油气井套管或裸眼井壁环形空间的井下工具。当需要封隔油管与油气井套管或裸眼井壁环形空间时，连接封隔器于井下管柱之上，下到设计深度后，通过液压驱动等方式使封隔器上的封隔件发生膨胀封隔油套环空。不同形式的封隔器，其启动方式和解封方式有所不同。目前石油开采技术日趋成熟，完井工具不仅要适合各种复杂的井下环境，还需要耐温耐压，对封隔器等井下工具的设计与开发也提出了更高的要求。目前封隔器的种类主要有自封式、压缩式、楔入式、扩张式、自膨胀式和组合式等多种类型。自封式是靠封隔件外径与内管壁的过盈和工作压差实现密封的封隔器；压缩式靠轴向力压缩封隔件使封隔件外径变大实现密封的封隔器；楔入式靠楔入件楔入封隔件使封隔器直径变大实现密封的封隔器；扩张式靠径向力作用于封隔件内腔使封隔件外径扩大实现密封的封隔器；自膨胀式靠介质作用使封隔件的体积发生膨胀变形实现密封的封隔器；组合式是由扩张式、压缩式、自封式、自膨胀式等任意组合实现密封的封隔器。压缩式封隔器下到设计深度后，从油管内加压，高压液体通过封隔器内部的传压孔隙作用于活塞机构，节流压差作用下，压缩胶筒发生膨胀封隔油套环空。当油压释放，油套压力平衡后，胶筒靠自身的回弹力恢复原状实现解封。液力扩张式封隔器下到设计深度后，从油管内加压，高压液体通过封隔器内部的传压孔隙作用于胶筒内腔，节流压差作用下，胶筒发生膨胀封隔油套环空。当油压释放，油套压力平衡后，胶筒靠自身的回弹力收缩回原状实现解封。

2.井下封隔器新技术发展分析与展望

国外各大石油公司一直致力于先进钻完井技术的研究和发展，以满足不同储层地质的需求。尤其是哈里伯顿公司作为世界石油行业的领先者之一，完井技术处于前沿位置，近几年研发了多款新型封隔器，已进入现场推广应用阶段。

2.1OvidiusTM封隔器

这是一种新型环形封堵式封隔器，当与井下流体发生反应时，尺寸会变大，可以将一种工程金属合金转化为类似岩石的材料，形成持久的密封，提高井的完整性。该封隔器外径细小，滑套元件长0.914m，膨胀能力超过80%。坚固的金属合金结构，无活动部件，可以满足客户要求加工成特定形状；模块化设计的滑套，简化了下入井程序；与普通水基钻井液就可以发生反应，也可以有效防H2S和CO2腐蚀，利于降低作业风险。

该封隔器部署简单，可直接下井并到达目标深度；密封性能好，材料与井下流体持续地反应，形成可靠的长效密封，能够承受冲刷、高温和高压环境；适用于高盐性地层和水基钻井液环境中，具有长期稳定性；额定压差120MPa，额定锚固力达226.8t；在107℃的温度压差试验中，热稳定性达298.8℃；固化时间少于24h；无弹性体和特殊几何形状零件，也没有活动部件，采用超薄外径、坚固的金属合金结构，简化了入井作业，有助于降低风险。

该工具可用于套管井、裸眼井隔离及弃井中。哈里伯顿公司多次在实验室对该封隔器进行了测试，也为其在地热和多边采油等领域发挥更大的作用。

2.2ObexIsoLock封隔器

为更好地保证坐封效果，有效防止地层压裂，减少封隔时间，哈里伯顿公司最新研发了ObexIsoLock封隔器短节，气封和液封的等级达到最高级别，分别为V0、V3级。ObexIsoLock封隔器短节是哈利伯顿公司Obex永久不变形封隔器产品的一部分，短节实现了与封隔器的集成，减少了70%的内部组件，保证多级固井的稳定性，简化作业程序；独特设计的内胶筒，消除了气体或液体从一个方向打压产生的刺漏现象；通过地面液压控制和重力塞坐封，确保了封隔后液体能可靠分流。支撑式封隔器组件被压缩在推靠臂与特殊垫片之间，通过内部棘轮机制保持性能，在全井的整个周期内提供有效密封，可靠性得到了大幅提高。采用了驱动销坐封系统，消除了坐封作业中的潜在泄漏通道。避免了过早击穿挡片的风险。该短节还设计有6个分级固井的循环孔，一级固井后，6个循环孔可保证固井液360°流动，保证固井液在套管环空中分布更加均匀，从而提供可靠的水泥屏障，提高了二级固井质量。该工具使用顶塞或投塞进行激活，同样适用于大斜度井或长水平段井。

2.3Swellpacker混合膨胀封隔系统

Swellpacker封隔器可以抑制气体迁移，解决因气窜造成井口带压问题。一般解决气体迁移问题的方法是挤水泥作业或者使用差动阀工具。该工具使用特殊橡胶材质，遇水或油发生膨胀，体积膨胀至2倍，可密封周围环空，实现有效的层位隔离。封隔完成后，系统能适应地层压力和时间的变化，一直保持封隔的完整性。为防止封隔器在下井过程中提前膨胀隔封，哈里伯顿公司已设计多款方式用以保护、延迟膨胀。该公司研发了缓膨聚合物和封隔膜，调整坐封时间，减少提前坐封的风险。同时，为防止封隔器坐封时橡胶被挤出，研制出防挤出挡环。挡环不仅能增加封隔器承受的压差，还能在入井时起到促进膨胀的作用。根据储层环境和客户的要求，该挡环的锚定可以通过定位螺钉、造褶或者焊接来实现。

某钻井公司希望确保生产层之间的完全隔离。使用Swellpacker混合膨胀隔离系统作为工具管柱的一部分下入，直接连接到17.78厘米生产尾管上，无需其他辅助工具即可下入井中，从而减少了作业时间和风险，并按照设计泵送固井作业。在作业过程中，Swellpacker隔离系统防止气体上窜存在的潜在危险，有效实现了层间隔离。实验室测试优化了封隔器的延迟系统，以确保该工具的外径在设定的范围内，并允许封隔器元件在井筒流体中膨胀。

2.4ZoneGuard高性能膨胀封隔器

ZoneGuard高性能膨胀封隔器是专门为需要高膨胀密封和井径变化较大的井设计的。该封隔器采用多元件封装，并配有独特的设计的元件，适合于防砂、采油等多种应用的层间隔离。ZoneGuard封隔器作为完井管柱的一部分下井，根据井况，可以通过静压力或液压方式坐封。静压力坐封需要投球来移动内部套筒，使静水力进入坐封腔并坐封封隔器。液压坐封可以通过封堵封隔器下方的油管来坐封，也可以使用隔离工具向坐封部件提供液压。

2.5SPECTRUM电动膨胀封隔器

PECTRUM®e-IP电动膨胀封隔器是一种与SPECTRUMFUSION服务套件一起下入的隔离工具。其灵活、模块化的设计可使用在多种底部钻具组合(BHA)。它可以调整各种跨界长度和组件可互换，既可以作为双组件跨式封隔器入井，也可以作为单组件挤压封隔器入井。在入井初期，SPECTRUM电动封隔器可以在工具末端上下移动，帮助清除钻屑。独特的电动驱动系统可以在整个操作过程中独立控制位置。因此也可以应用在多种作业中：膨胀、测试、循环和挤压，满足不同需求。

结语

国内由于油藏类型多、工艺复杂，因此研制应用的封隔器在种类和工艺适应性方面与国外接近，能满足生产作业的需求。但整体性能与国外相比仍有较大差距，主要表现在工具材质、加工工艺等方面。随着开采难度的加大，目前对密封材料的要求也越来越高，因此还需加强对新型的封隔器技术研发，促进石油完井封隔器新技术的应用。

参考文献

[1]朱琳,周俊杰,马晓雁.港西开发区“二三结合”工业化试验采油配套技术研究与应用[J].中小企业管理与科技,2018(9):161-162.

[2]宋祖厂,刘扬,盖旭波,等.地面控制多级分注装置结构及在深井中的应用[J].石油矿场机械,2012,41(2):73-77.

[3]马忠梅.采油六厂提高分注水平技术对策研究[J].石化技术,2016,23(1):181.