基于长庆油田水力喷砂环空加砂体积压裂工艺中的K 344钢带式封隔器失效分析

侯世红

长庆油田分公司机械制造总厂

K344钢带式封隔器作为一种水力扩张式，悬挂式固定，液压坐封，液压解封，以其密封性能好，承压时间长，易解封、重复利用性能好等优点，在油田得到广泛应用。本文通过对长庆油田水平井压裂水力喷砂环空加砂体积压裂工艺中采用的K344钢带式封隔器的使用情况统计，分析封隔器的失效情况，提出对封隔器质量的基本要求，以及封隔器的加工制造以及使用过程中的施工建议。

一、组成结构和工作原理

1.K344钢带式封隔器结构

K344钢带式封隔器主要由下接头、浮动头、中心管、内胶筒、扩张钢带、外胶筒以及上接头组成。（如图1）

图1 K344-110钢带式封隔器

2.K344钢带式封隔器工作原理

坐封时，通过地面高压泵，在油管内泵入带压液体，液体通过中心管，与内胶筒形成环形内腔，当内外压差达到0.8MPa及以上时，环形内腔将通过体积膨胀，使扩张钢带向外扩张，同时带动外胶筒扩张达到封隔井筒的目的，此过程必须与单流阀以及球座配套使用。解封时，通过卸掉油管内部液压，并使得油管与套管联通，内外压差消除，扩张钢带在自身弹力作用下收缩，完成解封。

二、失效情况分析

1.外胶筒脱落或者严重破损

外胶筒脱落或者破损是K344钢带式封隔器最常见的问题，外胶筒脱落，不仅导致封隔器失效，并且可能影响油井产量，主要形成原因有以下几种：

（1）砂卡后强行活动钻具。当井筒没有洗干净，或者压裂完成后地层吐砂过于严重时，会导致井底的封隔器被砂子堵住，无法上提或者下放钻具，形成砂卡。此时若强行活动钻具，则很容易致使外胶筒脱落或者破损，封隔器失效。

（2）管柱蠕动。压裂过程中，由于压力的不稳定，导致管柱蠕动量会发生变化，此时封隔器处于坐封状态，由于油管内的高压，致使外胶筒紧贴套管，在油管带动压裂钻具发生蠕动时，外胶筒处于无法移动或者蠕动很小的状态，容易导致外胶筒与扩张钢带分离，使得外胶筒脱落或者破损，封隔器失效。

2.钢带散花或者破损

以上两种情况容易导致外胶筒脱落或者破损的同时，也有可能导致钢带破损，或者钢带直接从上下接头拔出，出现钢带散花的情况。此外，若在压裂完成后关井时间不足，或者关井时间达标，地层吸收量却很小，导致井底存在较高压力，此时放喷，使得裂缝中的射孔点位置高速反出，且由于之前射孔过程压力较高，管柱存在向下的蠕动，卸压后管柱自然回收，原射孔位置与管柱的相对位置发生改变。有很多情况管柱自然收缩后射孔点刚好位于封隔器主体上，此时从射孔点反出的高速液体将会冲蚀封隔器主体，由于冲蚀压力以及位置的不确定性，将对封隔器产生不同程度的损伤，有时甚至能击穿钢带，使得钢带严重破损。

3.钢带无法收缩

部分情况下，导致封隔器的扩张钢带收缩性能受到影响，无法收缩，有时甚至使得封隔器无法解封，主要形成原因有以下两种。

（1）扩张钢带产生永久性变形。经过反复的坐封以及解封后，钢带扩张收缩数次，部分情况下，导致钢带产生永久性的塑性变形而无法收缩，导致封隔器失效。

（2）钢带中间缝隙有压裂砂进入。由于K344钢带式封隔器的扩张钢带由片状钢带紧贴而成，由于制造工艺的问题，有时使得封隔器钢带自然状况下存在一定缝隙，此外在使用过程中，封隔器坐封时，钢带膨胀，从而钢带与钢带间的缝隙会随之增大，此时若有压裂砂进入缝隙，则卸压后，使得封隔器无法解封，有时甚至会有卡钻风险。

三、制造工艺及使用建议

1.提高封隔器扩张钢带的质量以及外胶筒的橡胶质量

封隔器扩张钢带以及外胶筒的橡胶，除了需要耐高温、耐高压、耐酸性腐蚀，还要有良好的塑性和硬度，易于收缩和扩张，残余变形小，有一定的抗冲击能力，因此对封隔器钢带的强度以及外胶筒的橡胶材料必须要有严格要求，减少钢带和胶筒破损情况，可以提高封隔器整体质量，从而提高钻具的施工效率。

2.强化提高封隔器钢带与外胶筒的粘接工艺

封隔器的扩张钢带与外胶筒是通过粘接胶粘接在一起的，对于两种不同的材料而言，粘接强度必然受到限制。因此需要有良好的工艺以及粘接材料，减少胶筒脱落情况的发生。

3.严格控制关井、放喷以及洗井程序

压裂完成后，严格按照施工设计程序关井放喷，并且尽可能的延长关井时间，提高地层吸收量，降低地层残余压力，放喷过程尽可能缓慢，可以减少压裂液对压裂钻具的冲蚀，保护压裂钻具，从而提高施工效率。此外，洗井过程中，排量跟时间一定要充足，保证井筒清洗干净，无携砂液反出，降低卡钻风险。

结论

封隔器质量影响整套压裂钻具的质量，以及影响压裂施工过程以及压裂效果，从而影响油井产量。尽可能的提高封隔器的质量，以及使用过程中尽可能的保护封隔器，可提高整套钻具的施工效率，降低卡井卡钻风险，保证压裂过程顺利实施。

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