套保封隔器失效原因分析及防治措施

[摘 要]注水井套保封隔器失效，引起套压升高，影响分层注水效果，为提高分注井密封性能，保证分层注水开发效果，对分注井套保封隔器失效进行了研究：分析失效原因，并提出相应的防治措施。

[关键词]注水井；套保封隔器失效；防治措施

中图分类号：TE934.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）02-0035-01

1 引言

分层注水工艺是油田注水开发的重要技术手段，封隔器可有效分隔配水层段实现分层注水；若井下封隔器密封不严密，将降低分层注水效果。其密封性能至关重要。目前，油田部分注水井出现套管压力高，油套压接近的情况；通过深入调查发现，套保封隔器失效井696口，占调查总井数的39.6%。大面积注水井套保封隔器失效，势必严重影响油田水驱开发正常生产。为提高分注井套保封隔器密封性能，保证分层注水开发效果，对分注井套保封隔器失效原因进行分析研究，并制定防治对策。高封隔器密封性能对于恢复地层能量、保证油田可持续开发有重要的意义。

2 封隔器失效原因

目前，油田分层注水井常用封隔器为Y341-114和Y341-95MS型封隔器，从封隔器、井筒管柱、作业方式、井下环境等方面结合实际情况，分析导致封隔器失效原因。

2.1 管柱蠕动效应

封隔器在井下坐封时，从油管内蹩压，油管内的压力高于油套环形空间的压力，油管内径横截面积产生一个向下的轴向拉力，使油管柱伸长，这种效应常称为活塞效应。与此同时，由于油管柱受内压产生鼓胀，使得油管柱轴向变化，这种效应常称为鼓胀效应。井下管柱注水生产过程中，在二者的综合作用下管柱内外流体压力会发生变化，管柱受力不均匀，处于不同平衡状态下或在不同平衡状态下转换，引起管柱长度发生变化，伸长量会随受力的变化而变化，带动封隔器上下蠕动，使封隔器胶筒极易被磨损、甚至解封，失去密封性能；同时封隔器内外中心管相对滑动也会有解封情况发生，管柱蠕动是封隔器失效的主要原因之一。

2.2 封隔器胶筒单向承压低

封隔器的密封是靠水力载荷压缩胶筒径向膨胀实现的，其密封质量的好坏关键取决于井壁与橡胶筒之间接触应力的大小。从室内封隔器打压坐封试验来看，当胶筒压缩完成以后，封隔器3个胶筒与套管的接触压力分布为：上胶筒下胶筒接触压力相对较小，中胶筒的接触压力最大；上、下胶筒不能与套管壁完全密封，中间胶筒起主密封作用，工作承压15MPa，单向承压能力相对较弱，套保封隔器上下层段无压力平衡，压差较大极易突破中间胶筒密封，导致套保封隔器失效。

2.3 井筒结垢

洗井不彻底井筒极易发生结垢情况，在放下管柱作业过程中，结垢后井筒内径变小，封隔器胶筒与井筒间的摩擦机率也更大；而且井筒所结垢粗糙坚硬，凹凸不平，与胶筒的摩擦力也更大，对胶筒损伤也更大，可能造成封隔器不坐封或密封不严。若套保封隔器坐封段井筒内壁不光滑、平整，由于封隔器胶筒材质较硬，平面形变性较差，封隔坐封后胶筒与井筒接触不好有空隙，导致密封不严封隔器失效。

2.4 套损影响

油田进入开采中后期，由于地下的复杂结构、地下的腐蚀环境以及材料的抗腐蚀能力等不定因素的影响，常会使一些注水井发生套管损坏的现象。井筒发生套变井筒内径变小，封隔器与井筒间的间距也变小。管柱在下井过程，由于封隔器与井筒间的间距变小，封隔器胶筒与井筒间的摩擦机率也更大，相互间摩擦力也更大，胶筒造成的损伤也更大，当起下封隔器经过套管的破损部位时，由于封隔器胶筒缺少保护措施，有可能发生封隔器胶筒与套损部位刮、碰，由于橡胶密封件的硬度较低，造成了橡胶密封件的整体脱落或部分脱落，导致封隔器密封失效。可能造成封隔器不坐封或密封不严。

2.5 套变井小直径完井问题

对于修复后的套损井，我厂采用Y341-95MS封隔器和95多功能配水器的管柱组配形式，进行完井，达到降低修井费用、快速恢复注水保证生产的目的。但由于采用小直径封隔器，胶筒密封径向伸长量相对常规114封隔器增加，胶筒与套管内壁的应力强度变小，当在井下发生压力变化，就会引起较大胶筒与套管内壁应力变化，密封性明显变差导致封隔器失效。

2.6 井下长期工作导致失效

套保封隔器696口井平均使用年限为5年；保密封井995口，平均单井在用时间为3.2年比套保失效井少1.8年；而且单井注入压力比套保失效井低0.18MPa；平均单井偏1日注入量比套保失效井持平。封隔器密封件最为普及的就是耐油性能优异的丁腈橡胶密封件，腈橡胶在热氧老化过程中随着结构的变化性能也发生相应的变化，拉伸强度和伸长强度都随着热氧老化的进程而下降。套保封隔器长期在井底温度、压力的环境下工作，容易发生胶筒松弛和热氧老化等情况发生，使得套保封隔器使用超过疲劳极限而导致自然解封失效。

3 封隔器失效防治

3.1 提高封隔器胶筒密封性

当在压缩距相同的情况下，胶筒和套管之间的接触应力随材料硬度的增加而增加。因此，为增加封隔器胶筒密封性能，应优选应力集中部位胶筒硬度和尺寸较大的封隔器。根据实际井况选择质地优良的封隔器压缩式胶筒，可大大提高施工作业的成功率。

为提高封隔器与套管的密封性，可以增加封隔器胶筒数量，以增加封隔器胶筒与套管壁的密封段数，增加密封性。以往使用的Y341-114型封隔器上有三个胶筒，为了提高封隔器与套管内壁的密封性，对封隔器进行了改进；在原封隔器三个胶筒的基础上又增加了一个胶筒，有效提高封隔器的密封性；同时也可以通过提高封隔器胶筒与套管壁的接触程度，采用软橡胶密封，使封隔器胶筒与井壁接触更严密，密封性更好，有效提高封隔器的密封性。

3.2 套管刮削减少胶筒损坏

封隔器座封前，为增加密封性，对封隔器坐封段刮套为减少封隔器下井过程中，套变井段或井壁毛刺对封隔器胶筒的伤害，在封隔器下井前，对井筒进行刮削，检查套管是否存在变形，清除套管内壁毛刺。在同一位置反复座封、刮削，容易造成套管强度变低。在设计工艺管柱是应避免封隔器在同一位置反复卡封，刮削作业时，一定要严格控制作业力度，需要平衡或者是缓和操作，尽量的减少对套管伤害。

3.3 使用油管锚

油管锚具有防止管柱伸、缩的功能；在生产管柱中使用油管锚，可以固定封隔器附近的管柱，使封隔器坐封时受的力分散到套管一部分，减小管柱的蠕动，从而封隔器在坐封时与套管壁上的摩擦力减小，有利于封隔器的保护。油管锚的使用能大大减小封隔器坐封时管柱的蠕动，对封隔器的保护有较好的作用。

3.4 及时检查封隔器工况

对于超过工作期限，达到胶筒疲劳极限的分注井，应及时进行验封及增加验封频次。发现失效及时更换封隔器，提高密封质量。

4 结论与认识

（1）注井封隔器失效的主要原因是封隔器胶筒结构单向承压低，工具在下井过程中发生刮、蹭造成胶筒损坏，密封性降低。

（2）针对封隔器失效原因，采用提高封隔器胶筒密封性，通过套管刮削减少胶筒损坏，并使用油管锚减小管柱的蠕动等防治套保封隔器失效的措施

参考文献

[1] 赵远纲，王禄群，侯高文. 分层开采工艺管柱[M]. 东营：石油大学出版社，1994

[2] 王国正，周思柱. 分层注水管柱中的封隔器位移分析[J]. 湖北工业大学学报，2005，（03）