K344封隔器漏工艺
作者：吴晓芳 陈志忠
（渤海钻探井下技服管具服务中心）
摘要：
漏堵漏是油井恢复正常生产最常见的措施工艺之一，封隔器漏是通过观察压力、流量的变化，来判断某段套管串、漏。目前常用漏管串构成简单，施工操作方便，能够准确、快速的到目标。K344封隔器相比于其它形式封隔器，坐封简单、应用方便。因此，在漏工艺中得以广泛应用。但在长期生产实践中，也显现出了一些应用中存在的技术问题，桎梏了工艺良性发展。为油田生产带来诸多困难，直接影响着油田生产效率。为此本文从K344封隔器的结构、受力分析和管串使用的合理性作为切入点，综合分析漏施工管串以及封隔器存在的技术问题，在此基础上提出合理的解决方案，使该项工艺更好地为油田服务。 前言
K344封隔器主要用于酸化、压裂、漏等井下措施工艺管串。现役K344封隔器，在长期的漏工艺推广应用中，多次出现施工管串卡而不死上提困难的现象。其管串构成为：单流阀+定压阀+K344封隔器+油管管柱。根据问题井的施工情况以及封隔器的破损情况，进行综合技术分析，我们认为成因有三：1封隔器的自身结构问题；2管串的配备问题；3施工各种不良因素造成的问题。下面将针对这些技术问题，进行逐一分析，并从解决问题的角度出发，寻求合理解决方案，提高施工的成功率。
一、K344封隔器
1、结构链式运输机
K344-113封隔器：主要有上接头、中心管、护碗、扩张式胶筒、下接头等组成。结构图如（图一）
图 一
工程机械液压系统
上接头；密封圈；中心管；护碗；胶筒；滤砂管；下接头向初
2、工作原理：
封隔器下到预定位置，坐封：油管内压力升高，液体通过滤砂管和下接头水眼进入中心管和胶筒间的腔体内，封隔器胶筒随着压力的升高而扩张，从而封隔油套环空，当油管内卸压至0，胶筒在自身的作用下收回，挤出腔体内的液体，解封。 3、胶筒座封受力点
封隔器胶筒是两端固定，坐封时胶筒受拉，胶筒与护碗连接端，橡胶层最薄，抗拉力低，橡胶易损伤。
4、技术改进方案
K344封隔器结构由两端固定改为一端活的，坐封时胶筒在扩张的过程中有段相对的调整距离，胶筒两端受到保护，薄弱点在正常坐封时拉力趋于最小。（如图二）结构改进：
把下接头和滤网的过液孔改为中心管割缝，降低了加工难度，减少了加工成本，提高下接头的抗拉强度。
改进胶筒下端连接方式。下护碗和下接头之间是动密封配合，具有活动距离。胶筒扩张时带动下护碗向上运动，克服胶筒扩张拉力的限制，补偿缺陷，降低胶筒因坐封时产生的轴向拉1 63力，从而延长胶筒的使用寿命，可实现多次坐封和解封。
图 二
二、管串分析（以西41-30井为例）
1、西41-30井生产资料
结构：图如（图三），刮削器井段950-1027m反复刮削三次；
管串：自上而下,管柱+K344封隔器+ 745-6节流器 +球座；
施工：漏，钢球清水送球入座，清水2.5m3正打压力10MPa，套管返液2.2m3，上提Ø73mm平式油管3根，完成K344封隔器深度994.71m。正打清水0.6m3，压力10MPa，出口不返液，坐封封隔器。正打清水1m3，测吸收量，泵压10MPa，3min压力降至0MPa。起Ø73mm平式油管108根，底带出K344封隔器，745-6节流器，球座，边起边灌清水1.2m3。
结果 ：提管柱困难，上提负荷增加10吨。胶筒上端（图四）脱胶并已裂开，（图五）被剪切并脱胶，图六、图七下端胶筒被剪切的痕迹。
2、分析受力情况： 图 三
第一、封隔器所在的井段，已经过刮削，可以排除套管壁有硬物，损坏封隔器。
第二、封隔器无定位，坐封过程封隔器易产生移动，对胶筒不利。
第三、封隔器在工作时不能上下蠕动，并且座封时绝对不能座在接箍处。在泵压和液体流速的作用管柱产生蠕动甚至震动或抖动，胶筒两端在交变受压、剪切力的作用下，切断橡胶和橡胶与帘子布脱离等现象。
图四 图五 图六 图七
扩张式胶筒在压差的下，扩张胶筒紧紧贴在套管壁上，封隔器不产生位移。在管柱内不断加压，封隔器和井口间的管柱由于流体的扰动使弹性在它自己的固有频率下的振动，并管
柱在套管内产生扰动。由于封隔器在管柱的扰动下，轴向、径向受力，最薄弱处，而上端的动作最频繁受压，胶筒交变受力，使之橡胶与帘子布粘接处产生脱离（见图四、图五）。
第四、提管柱，封隔器胶筒上端胶筒脱胶，由于套管液柱的作用，顶开胶筒与套管壁接触，形成活塞，增加上提负荷。边起边灌清水，保证液柱平衡。
3、受力分析
图八
封隔器正常座封，远离套管接箍处，（见图八a）,在液体的压力F1的作用下，向上推动，而在F扩张力的作用下，胶筒与套管壁随着压力的增大，封隔器胶筒与套管壁间的最大接触压力也随之增加。
接触压力由公式[1] PK = σ1 – 2Gω
ω = + ln[]
其中 PK – 接触应力 MPa
σ1—沿元件横截面的加权平均压力 MPa σ1 = F/A1 ;
G---抗剪弹性模量 G = 2.25 MPa ;
A1— 胶筒变形后的横截面积 mm2 A1 = (R22-R02) ;
A0--胶筒变形前的横截面积 mm2 A0 = (R12-R02) ;
η--纵向变形量，η= A0/A1 ;
-- 密封胶筒内半径R0与半径R1的比值 ；
R0 --- 胶筒内半径 mm ;
R1 --- 胶筒外半径 mm ;
R2 --- 套管内半径 mm ;
求胶筒扩张力：
P泵 = P油 = 10 MPa;
R0 = 74 mm
L = 250 mm
A = L R0
=π250x74 = 58090 N
胶筒扩张力：
F max = P油A = 10X58090 =580900N ≈ 581KN ；
油管内P越大，F力越大，与套管壁的接触压力也越大。封隔器在坐封时，P油＞P套 ，形成压力差，
ΔP = P油-P套油套环空压力与胶筒内的压力，永远以ΔP存在，胶筒坐封后以整体形式存在，不可压缩，足以克服。
环空压差作用在胶筒上的力：
F1 = P A2
已知节流阀开启压力1.8MPa ,
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P泵 = 10 MPa;
因此：P环 = 10 – 1.8 =8.2 MPa;
A2 = (1242-1132)π/4 = 2046.5 mm2
如图八a中，下部推力F1 =8.2X 2046.5= 16535.3 N ≈ 16.5KN
此力不足推动封隔器向上移动，并上端管柱是不动的。
在图八b中, 封隔器上端管柱在泵压的作用下扰动，在胶筒上端F2管柱交变力的作用下，橡胶筒产生“突出”，剪切点1，在F2的反复作用下，使橡胶和粘接处脱离。由于封隔器胶筒两端是固定，管柱作用在封隔器上端的同时也作用在胶筒下端，交变载荷。见图八中剪切点1、2处。aa183
在图八c中，胶筒座封在套管接箍处，下部推力F1和胶筒扩张力F 作用下，剪切点2 、3处，剪切胶筒。
以上的三种原因，在施工中是常见的问题，只要克服它，封隔器的保护就能改善。
井口泵压在P = 10MPa时，封隔器深度1022.74m时，
油管自重：Q = 93X1022.74 = 95KN,
油管在工作时伸长力P 1=P A =10X3.14X(73)2/4 = 41.8KN
已知：L = 1022.74 m K = 2450
得管柱的伸长量λ= 17.5 cm
封隔器上端的管柱下压力F2 = Q+P1=136.8 KN
并且液体在油管中扰动，与油管壁产生摩擦，使管柱震动，封隔器上端同时也跟着震动，封隔器座封后，不能产生位移，这些力全部作用在胶筒上端，这样就象搋子一样，剪切点1重复动作；并且封隔器中心管带动下接头和护碗也随着动作，产生位移剪切点1、2重复动作，这些都使胶筒薄弱点加速破坏。
4、管串改进
管串工作原理：
封隔器下到预定位置，坐封：先投球蹩压，油管内压力升高，液体通过下接头水眼进入中心管与胶筒环空，使胶筒向外扩张，封隔油、套环形空间，当压力大于节流器的压力时，
节流器阀在压力的作用下被打开，使油管内液流进入油、套环空，形成压差，封隔器下端环空压力在不断的升高，作用在封隔器的胶筒上。解封：停泵后，油管内压力下降，小于节流器的压力时，节流阀关闭，封隔器下端油、套环空的压力，顶开球座上的钢球，压力随之下降到0，胶筒收缩，油、套环行空间畅通。
水力锚的锚定力：
面积A = (124)2 /4 = 12070 (mm)2 压差 P = 10MPa
F额 = AP10-3 = 120.7 KN
F锚 ≧ 1.6 F额 = 193.12 KN
F锚 ﹥ F2
因此，水力锚的锚定力可以克服封隔器上端的下压力。
管串要保证封隔器反复多次的使用，保证封隔器正常工作，应在封隔器上端加水力锚，固定管柱，使封隔器定位，防止管柱上的力全部作用在封隔器上。
地面试验
封隔器在地面高压试验中，坐封压力70MPa,压差70 MPa打上压差时由于下端不能产生位移，坐封稳压；打下压差时，连接中心管有明显的向上移动，0.2-0.3米的位移，当不移动时，封隔器坐封稳压，满足要求。试验结束后，封隔器拉出试验管，发现胶筒外层剥落，俗称“脱裤子”。这试验表面，K344封隔器定位的重要性，必须配备水力锚，防止管串发生位移。
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