封隔器技术在井漏中应用的简要研究

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摘 要：本文通过对封隔器的介绍，进而说明封隔器技术在处理井漏事故中的广泛应用。其作为有效堵漏工具已成为对付井漏的一种重要手段，它不但可以减少油井封隔器堵水施工工序，而且方便地实现不压井不放喷作业，亦能双向承受高压。文中例举一个典型封隔器技术应用情况，后引出对我国目前封隔器技术的展望。

关键词：井漏 封隔器 堵漏施工 封隔器技术

一、前言

封隔器是石油行业钻采工艺中重要的井下工具之一，是为了满足油水井某种工艺技术目的或油层技术措施的需要，由钢体、胶皮封隔件部分与控制部分构成的井下分层封隔的专用工具。它的主要封隔元件是胶皮筒，通过水力或机械的作用，使胶皮筒鼓胀密封油管和套管的环形空间，把上、下油层分隔开，以达到某种施工的目的。其在井漏问题中的应用就体现了它的密封和隔离功能。

钻井过程中井漏问题一直是个长期存在且未能很好解决的技术难题，轻微的漏失会使钻井工作中断，严重的漏失会耗费大量的人力和财力及时间，如井漏得不到及时的处理，还会引起井塌、井喷和卡钻等事故，导致部分井段或全井段报废，因此及时的处理井漏是钻井过程中非常重要的一个环节，可见封隔器技术在处理井漏问题中重要性。

二、分类及原理

目前油田常用封隔器有支撑式封隔器、液压式封隔器、卡瓦式封隔器、扩张式封隔器、自封式封隔器、特殊用途封隔器，不同类型封隔器在实践中有不同用途及技术要求。

1.支撑式封隔器（如Y111-114型）

支撑式封隔器，以井底或其它的支撑卡瓦为支点，加压一定管柱重量来座封的封隔器，由中心管、胶筒、压缩套组成。用于分层试油、采油、找水、堵水和酸化，可单独使用，也可与卡瓦封隔器或支撑卡瓦配套使用。

技术要求：封隔器（或下级封隔器）下端要接尾管，其尾管长度一般不能大于50m。适宜于浅井使用，封隔器坐封高度，决定于下入深度、坐封载荷和胶筒密封压缩距等因素。

2.压缩式封隔器（如Y341-114和 Y342-114型）

液压式封隔器结构：由中心管、胶筒、座封活塞、（锁紧解锁机构、洗井机构）组成，用于分层采油、分层找水、堵水、分层注水等。靠油管内加液压座封，无卡瓦支撑。油管憋压后，内腔中的液压推活塞上行，压缩胶简，并使内锁紧卡瓦固定在中心管上，使封隔器保持坐封状态。

技术要求：坐解封剪钉的材质性能必须稳定，经地面试验合格后，才能下井。可多级使用。

3.卡瓦式封隔器（如Y211-114型）

卡瓦式封隔器可防止油管柱的轴向移动（单向和双向），一般靠下放一定管柱重量座封，也有靠从油管柱内加液压来坐封的，上提解封。由中心管、胶筒、卡瓦（单向卡瓦或双向卡瓦）、坐封活塞组成，一般不能多级使用，用于分层采油、找水、堵水和分层注水。

技术要求：下管柱时，管柱的上提高度必须小于防坐距，一般不超过0.4m，否则封隔器会中途坐封。如遇中途坐封，应上提管柱1m左右，解封后再继续下管柱。坐封高度决定于下入深度、坐封载荷和胶筒密封压缩距等因素。

4.扩张式封隔器（如K341型）

水力扩张式封隔器靠油管内加液压迫使胶筒向外膨胀，密封油套环空。由中心管、扩张胶筒、滑套组成，扩张式封隔器必须与节流器配套使用。不能单独坐封封隔器，必须与节流器配套使用，节流器启开压力必须大于封隔器的坐封压力。在油管内外造成一定的压差方能正常工作。

5.自封式封隔器

自封式封隔器靠封隔件（一般为橡胶件）的外径与套管内径的过盈接触和压差以实现密封的封隔器，如皮碗封隔器。由中心管、泄油孔、皮碗组成。

6.特殊用途封隔器

裸眼封隔器：适用于直径150-180mm的裸眼井分层作业及卡水采油。

套管外封隔器：适用于油、气、水井固井作业。

压缩式锚瓦液压提放封隔器：用于斜井的分层找水、堵水或注水。

桥塞：代替水泥塞，是井下封堵工具。

Y441-114封隔器：双向卡瓦支撑，能承受管柱重力和大压差，卡得死，不蠕动，密封可靠。

三、封隔器技术应用

有效利用堵漏工具已成为对付井漏的一种重要手段。它不仅可以提高堵漏成功率和质量，而且能缩短时间和减少人力财力的消耗。就种类而言可分为助堵工具、注入工具、封隔工具、输送工具和混合工具五类，其中封隔工具在我国堵漏工具中应用较为广泛。

对井漏问题进行处理，首先要分析井漏的原因，其主要分为两个方面：一是客观地质因素，发生漏失的地层必须具备钻井液通行的条件如孔隙、裂缝或溶洞等；二是钻井工程因素，钻井作业中由于操作不当或设备老化等原因导致地层井下压力失衡，使地层破裂压力小于钻井液液柱压力和环空压耗或激动压力之后等等把地层压裂。有的漏失情况可做简单处理，但大多情况下由于漏失层位置不确定、堵漏材料对地层的适应性差及堵漏施工参数掌握不合理等因素，常会导致堵漏效果不佳或失败，因此针对不同的井眼漏失层位选择合适的堵漏工具是处理井漏的关键。

弄清楚漏失层性质和位置是堵漏成功的关键，确定漏失层的位置方法常见的有以下几种：机械钻速观测法、岩心或砂样观测法、动液压法、螺旋流量计法、井温测定法、放射性测井法、传感器测试法、封隔器测试法等等。

1.封隔器测试法

封隔器测试法：在钻柱上带一个封隔器，下入裸眼井段进行循环，只许钻井液从封隔器以上循环，不许钻井液从封隔器以下循环，当封隔器位于漏层以上时可以正常循环，封隔器位于漏层以下时则失去循环。若第一次坐封能恢复正常循环，则应向下找漏层；若第一次不能恢复正常循环，则应向上找漏层。封隔器下入的深度有两种方法可以确定，即两分法和最优分割法。设裸眼长度为L，若用两分法，第一次下入深度为L/2，第二次下入深度为剩余长度的1/2即L/4，如此类推；若用最优分割法，第一次下入深度0.618L，第二次下入深度为剩余长度0.618倍即0.618×0.618L或0.382L，如此类推，这样就逐渐逼近漏层位置。连续测试三次后，误差只有12.5%和9%，连续测试四次后，误差只有6%和3%。使用封隔器测试时必须具备以下有条件：井眼稳定，不塌不卡；坐封井段井径规矩，封隔器能坐封好。

2.偏心分注井验封工艺

封隔器的完好座封是实现分层注水的前提，偏心分注井验封测试是利用堵塞式压力计来验证井下封隔器座封情况，确保封隔器座封完好。

偏心分注井封隔器验封所使用的是堵塞式电子压力计，该压力计外形是按照堵塞器的外形进行设计，主要由支撑体、仪器主体、及电池部分组成。

验封方法：（以两级两段分注井为例介绍）分注管柱完成座封后，先将第二级配水器内堵塞器捞出，对油管进行打压5-10MPa，每一点稳定5分钟，打压结束后捞出偏Ⅰ压力计回放数据。在两层都是空嘴子情况下再次对油管进行打压，通过地面观察套管压力变化情况来判断第一级封隔器座封情况。

验封原理：座封后，在偏Ⅰ配水器中的压力计的两组密封圈将压力计的传压孔上、下部分密封，使其只能感受到由出液孔传来的套管及所对应的地层压力，对油管进行打压时，压力经过偏Ⅱ配水器出液孔传至套管及地层。在打压验封时，如果第二级封隔器未座封，油管压力经第二级配水器传至套管，由套管传至第一级配水器内的压力计，压力计所测压力将随地面压力的变化而变化。当第二级封隔器座封完好时，压力计所测压力不随地面压力变化而变化。

3.管外封隔器固井技术

管外封隔器是一种与套管连接，用来封隔套管与井壁间环形空间的井下工具，可有效封隔油气水层，进行有选择性的开采或者封堵某一层段，保证套管外环空的密封。其密封胶筒是一种可承受高压的膨胀密封元件，它的各项指标决定了管外封隔器性能。目前国内管外封隔器固井技术主要用于复杂油气井固井实践。针对一些较复杂的油气井，在同一口井中异常高低压并存，对固井技术要求很高，但随着油气开发深度的加大，注采比越来越大，地下压力系统越来越难以掌控，这样固井时面临井漏事故也在不断增多，为了保证和提高复杂井固井质量常使用成本较低、操作简单的管外封隔器。如中原油田是个复杂断块油气层（如返水井、漏涌并存井等），目前使用水力膨胀式结构的管外封隔器，改封隔器采用高钢级、高壁厚套管为中心管，直接与套管串连接，不改变管串通径。

例：中原油田文中-文东区块的文16-25井是一口复杂断块油气层，井深2359.0m，射孔井段2216.3-2342.0m，最大井斜角16.5o-12.8 o，水泥返高118.0m，采用下封在2282.11m处放置Y221-112封隔器（长度：封上0.33m，封下 0.75m），施工过程中进行打堵塞器、吊装不压井装置、起管、下封完井后，出现井漏现象，起Ф73mm加厚管239根，Ф73mm平式管1根，带出Y221-112封隔器1个，Ф89mm喇叭口一个发现油管腐蚀严重，封隔器胶皮损坏，及时进行堵漏，减少损失。

经大量实践表明封隔器可根据油气层位置、漏层位置及其漏失性质、注水泥工作等因素限定安放在漏层顶部或下部或各安放一只。

四、小结

目前，堵漏是钻采过程中面临的技术难题之一，选用适宜的封隔器技术是堵漏技术的一个关键；在钻采过程根据地质情况的复杂性和不确定性，采取简单、快捷、有效的应急措施则是堵漏的另一个关键。因此，选择适用性强的快速高效堵漏材料和堵漏方法成为成功实现堵漏的一个重要发展方向，这就需要我们研究人员在室内防漏堵漏评价实验装置的开发方面作更加深入和细致地探究。

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