基于長慶油田水力噴砂環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、重復利用性能好等優點，在油田得到廣泛應用。本文通過對長慶油田水平井壓裂水力噴砂環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計，分析封隔器的失效情況，提出對封隔器質量的基本要求，以及封隔器的加工制造以及使用過程中的施工建議。

一、組成結構和工作原理

1.K344鋼帶式封隔器結構

K344鋼帶式封隔器主要由下接頭、浮動頭、中心管、內膠筒、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，在油管內泵入帶壓液體，液體通過中心管，與內膠筒形成環形內腔，當內外壓差達到0.8MPa及以上時，環形內腔將通過體積膨脹，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，通過卸掉油管內部液壓，并使得油管與套管聯通，內外壓差消除，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，不僅導致封隔器失效，并且可能影響油井產量，主要形成原因有以下幾種：

（1）砂卡后強行活動鉆具。當井筒沒有洗干凈，或者壓裂完成后地層吐砂過于嚴重時，會導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，由于壓力的不穩定，導致管柱蠕動量會發生變化，此時封隔器處于坐封狀態，由于油管內的高壓，致使外膠筒緊貼套管，在油管帶動壓裂鉆具發生蠕動時，外膠筒處于無法移動或者蠕動很小的狀態，容易導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致外膠筒脫落或者破損的同時，也有可能導致鋼帶破損，或者鋼帶直接從上下接頭拔出，出現鋼帶散花的情況。此外，若在壓裂完成后關井時間不足，或者關井時間達標，地層吸收量卻很小，導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，將對封隔器產生不同程度的損傷，有時甚至能擊穿鋼帶，使得鋼帶嚴重破損。

3.鋼帶無法收縮

部分情況下，導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）擴張鋼帶產生永久性變形。經過反復的坐封以及解封后，鋼帶擴張收縮數次，部分情況下，導致鋼帶產生永久性的塑性變形而無法收縮，導致封隔器失效。

（2）鋼帶中間縫隙有壓裂砂進入。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，此時若有壓裂砂進入縫隙，則卸壓后，使得封隔器無法解封，有時甚至會有卡鉆風險。

三、制造工藝及使用建議

1.提高封隔器擴張鋼帶的質量以及外膠筒的橡膠質量

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格要求，減少鋼帶和膠筒破損情況，可以提高封隔器整體質量，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生。

3.嚴格控制關井、放噴以及洗井程序

壓裂完成后，嚴格按照施工設計程序關井放噴，并且盡可能的延長關井時間，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，降低卡鉆風險。

結論

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

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