橡膠制品在石油鉆采工程中的應用研究

張薇

摘要：隨著我國經濟的快速發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、旋轉密封總成，在作業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、溫度發生變化時，橡膠制品的穩定性存在適應范圍[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密封。旋轉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，通過內外筒體的旋轉實施密封，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，在井筒內有管柱時，可以密封環套空間，在井筒內無管柱時，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固井膠塞和防旋轉固井膠塞，防旋轉固井膠塞是在常規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，降低了鉆井作業成本。目前，防旋轉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。尾管固井的優點是節省管柱，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，水泥漿在環空中受地層、井筒內流體的影響加大，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 橡膠制品在作業過程中的應用

封隔器是分層采油、堵水和注水等作業過程中最常見、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，封隔器在井筒內面對著高溫、高壓、不同性質的混合流體以及氣體，常常發生封隔器膠筒老化、破損、撕裂等現象。因此，膠筒的質量好壞、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，橡膠質量的好壞決定了膠筒的好與壞，橡膠質量好，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。由于油井井筒內的封隔器一直處于高溫、高壓的環境，而且長時間接觸油、氣、水混合物，膠筒材質容易老化，其彈性、伸縮性、強度逐漸變弱，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的中后期，井況、地下流體都發生了很大變化，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，從而導致井場的環境污染。○型密封圈是一種材質為橡膠、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。○型密封圈安放在盤根盒內，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，密封圈會出現變形、空隙等現象，使用壽命會受到這些因素的影響。基于此，在日常采油的過程中，單位、員工都會采用質量過硬的○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、結束語

隨著國家經濟的發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、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，橡膠制品質量要求嚴格。因此，我國橡膠制品行業應該根據石油鉆采工程的行業特點，加快原材料的研發，加強新技術、新工藝的引進，推動相關橡膠產品的改進、革新，從源頭上推進石油鉆采工程相關行業的發展，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狀[J].科技創新與應用，2011，34（2）：15-17.