水平井分段压裂封隔器失效原因及解决措施探析
水力压裂失败原因分析及预防措施
孔枪 不能有 效的 穿透 水泥 环，造成射 孔不 完善 ；或 由于射 孔 管必须准确记录 ，对油管准确丈量三 次，控制误差在０ ． ２ ％ ｏ 之 枪 的质量 问题 ，发射率低 。 由于射 孔技术 人员技术 问题或 马 内。在组配 管柱时 ，认真对 照设计 ，算准卡 距 ，将所 下钻具 虎 粗心 ，使射孔 枪接线 发生 问题 不全发射 或部分 发射 ，致 使 按照顺序依次摆放在油管桥上，检查校 核无误后依次下入 。 压裂时压 力过 高 ，无法 压开地层 使压裂 失败 。有时 因人 为信 ２ ． ３ 针 对 封 隔 器 存 在 的 问题 我 们 应 该 采 取 相 应 的 措 施 。 息传递错 误 ，在 未射孔 时下压裂钻 压裂 ，￣２ ０ ０ ３ 年施 工的剖 领 取封 隔器时认 真检查 ，并且严格 按照操 作规程进 行试 压 ， 确 保 试 压合 格 。在 拉 运途 中要给 丝 扣 戴上 护 丝 ，保护 胶 皮 １ ５ 一 Ｏ ２ 井。 １ ． ２ 数 据 错 误 ，包 括 下 钻 数 据 不 准 确 或错 误 ， 有 时 也有 井 和丝 扣 的完 好 。在下 钻 前先 处 理井 筒 合格 ，通 洗 井达 到施 身 结 构 数 据 错 误 ，钻 具 组 配 错 误 ，封 隔 器 和 导 砂 器 位 置 接 反 工 的 要 求 。在 下钻 过 程 中 ，严 格 控 制下 钻 速 度 ，控 制 在 Ｏ 一４ ０ 根／ 小时 ，并且 要平 稳操 作 ，准 确丈 量 ，并且计 算好 等 。对于三 封套压 或双封选 压 的井 ，数据错 误使封 隔器所 夹 ３ 层 不是 目的层 ，有时直接 为套管致 使压不 开 。有 时因 为数 据 座 封位 置 使 其避 开 套管 接 箍 ，必 要 时 的考 虑 油 管 的伸 长量
石 油 化 工
分层压裂管柱失效原因浅析及治理对策探讨
分层压裂管柱失效原因浅析及治理对策探讨摘要：油田开发进入中、后期，层间矛盾越来越突出，油层污染越来越严重，而分层压裂是解除层间矛盾突出井油层污染最有效的措施之一，而在分层压裂过程中，分层压裂管柱失效是造成分层压裂失效的主要原因。
本文针对分层压裂管柱失效的问题油管、封隔器等方面，结合具体的典型井例进行了较详细分析。
关键词：分层压裂封隔器管柱失效随着油田开发的逐步深入，压裂作为油田开发最要的增产措施之一，对提高油田开发效果起着至关重要的作用。
油管和封隔器是分层压裂管柱最重要组成部分，它们直接决定着分层压裂的成败。
2013年我采油一队实施分层压裂45次，其中因管柱失效造成分层压裂失败24井次，占总压裂井次的53.3%，因此提高分层压裂管柱的有效性是解堵油层污染，增液增油前提条件之一。
对于油田实现长期稳产，高产具有十分重要的意义。
一、原因分析结合2013年分层压裂井，对管柱失效的原因进行了较深入的分析。
根据对压裂井失效的原因进行了统计分析，造成压裂管柱失效的原因主要由以下几个方面：1.油管刺漏管柱刺漏是造成压裂失败的主要原因之一，2013年，管柱刺漏造成压裂失败9井次，占压裂失败井次的37.5%。
分析管柱刺漏的主要原因：1.油管长期服役造成油管老化；2.在油井生产过程中，油管和抽油杆偏磨造成油管内壁存在磨损段；3.井下作业起下油管过程中，对油管丝扣造成了一定程度的损伤。
2.封隔器失效封隔器失效是压裂失败的最主要原因，2013年，封隔器造成失败15井次，占压裂失败井次的62.5%。
分析其主要原因如下：2.1封隔器密封件损坏随着压裂液对封隔器的侵蚀和封隔器在井下工作时间的延长，封隔器密封件的应力随时间逐步衰减。
应力衰减分两个阶段：第一阶段橡胶材料较松弛键的破坏和重新配置；第二阶段是牢固键的破坏和重新配置（化学衰减）；其结果导致胶筒弹性减小，塑性增加。
另外由于管柱蠕动造成胶筒损坏，导致封隔器不密封而管柱失效。
压裂施工常见问题分析
、处理措施
挤酸
一、地层压不开的主要因素
2、管柱因素
压裂施工中替挤量不足，上提管柱过程 中地层吐砂。
喷砂器被砂埋
组配或下井压裂管柱有误
由于作业队技术员疏忽或是小班工人下 管柱时大意，将卡距卡在了未射井段上， 造成压不开。盯压裂人员要熟知管柱结 构，及时做出准确地判断，提出合理的 处理措施。 我们可根据泵入压裂液的数量大致推断 出不通的位置。
喷、油管打洞、损坏封隔器、卡管柱等一系列严重问题，一旦起 车有套喷现象，要坚决终止施工，核对井上管柱记录或测查原因。
三、砂堵的原因分析
压裂液性能 地层物性的变化 施工操作
三、砂堵的原因分析 1） 压 裂 液 性 能
低滤失性 高携砂性
热稳定性 抗剪切性
三、砂堵的原因分析 1） 压 裂 液 性 能
压裂管柱不通
一、地层压不开的主要因素
3、井身因素
射孔炮眼污染严重 压前挤酸不到位 油套环形空间有泥浆或死油
射孔质量问题
油井结蜡严重
一、地层压不开的主要因素
3、井身因素
射孔炮眼污染严重 堵塞炮眼常常出现在水井中，由于注入水中的金属离子和 杂质，对炮眼造成的污染，导致在管柱限压内压不开。 压前挤酸不到位
六、施工曲线分析
压裂施工中发生的事故会在施工压力上反映出来。例 如砂堵、油套管破裂等。虽然影响施工压力的因素非常复 杂，但是施工压力却是我们了解井下情况的重要手段，因 此正确分析压裂施工曲线，及时发现现场施工中的问题， 并迅速作出处理，是每个现场压裂工程师的重要职责。
六、施工曲线分析
选取一口井作为实例进行一下简单的分析。
2、加砂过程中因井口设备或地面管汇破裂，也可能造成沉砂。
分注井封失效存在问题及对策
分注井封失效存在问题及对策摘要：随着油田开发进入后期，细分注水在开发中显得越来越重要，注水分注率比例逐年增加。
确保封隔器稳定工作、延长封隔器有效期,是注水管理的首要任务。
当注水井因套管腐蚀变形，封隔器坐封环境变差，或注水管柱因洗井、测试、管线穿孔、停开井出现压力波动等情况时，容易引发封隔器失效，影响注水开发效果。
油田经过多年的开发，井下套管长期服役，出现破漏、变形情况日益增多，常规工具密封不严，锚定力过大，管柱解封困难，制约着注水井寿命。
通过对分注井封失效原因分析及对策研究，优化工艺管柱，取得了较好的效果。
关键词：注水，压力波动，封隔器失效一、存在的问题分析（一）注水压力高、压力不稳定，导致胶筒密封失效统计某油组的39口换封水井，平均注水压力达到28MPa，受到高压影响，出现封隔器有效期较短的问题。
封隔器有效期一年以内的井有8口，1-2年9口，2-3年10口，大于3年只有13口。
注水压力高，影响了注水管柱的有效期。
（二）管柱蠕动，导致胶筒密封失效当注水井因停注、测试或压力波动时，管柱受力状况发生变化，导致管柱蠕动，进而带动封隔器胶筒蠕动，直至封隔器失效。
该因素为引起封失效的主要因素。
（三）胶筒性能低，导致胶筒密封失效封隔器胶筒一般由弹性复合材料制备而成，压缩式封隔器胶筒是用的最普遍的一种。
封隔器胶筒作为封隔器的关键的弹性密封部件，其质量的好坏直接影响井下工具性能的高低，影响到措施的成败。
封隔器胶筒的使用工况是非常复杂和苛刻的：高温、高压、处于油水介质中，同时还受到硫化氢、酸等侵蚀，在这样的环境中，弹性体复合材料将会发生膨胀、老化等现象，致使材料硬度上升、强度下降、抗裂口增长能力降低，拉伸强度和伸长强度下降，导致封隔器胶筒密封件不耐高压失效。
（四）应力集中，导致胶筒密封失效胶筒在轴向压缩力作用下，当载荷大于50kN时，胶筒的工作面完全和套管壁相接触轴向压缩量达到了最大值，产生约束变形，肩部形成应力集中，没有肩部保护的情况极易产生破损失效。
Y511压裂封隔器使用中存在的问题及原因分析
４ 工具 结构 改进 及优 化
针对Ｙ５ ｌ １ 封 隔器存在 的上述 问题 ，我们 可以考虑在 以下
几方 面进行 优化 ： ①工具 组合 及结 构优化 。 ②可开关 式反 洗 阀 部件 。 ③卡 瓦结构优 化 。 ④研 制专用检修 工具 。 ⑤用 于复合 套管
１工 作 原理
（ １ ） Ｙ５ １ ｌ 封 隔 器结 构 Ｙ５ ｌ １ 封 隔 器 主要 由水 力锚 组 件 、
该封 ％ ； 本体 损伤６井次 ， ９频次％。 通过组 装及 检修发现 ， 造成 卡瓦破碎的 原因是分 瓣式的卡 瓦太 长 ， 造 成 归位弹簧 的疲劳 ， 当然 ， 应该 通过优 化卡瓦 的结构 参数 予 以消 除隐患 。 造 成本体 损伤 的原 因有卡 瓦不 归位 导致 的 损坏 ， 套 管有 台阶 导致 的硬 碰变 形 ， 也有 工具 本身 设计 强度 太 薄弱 导致 的压 裂时 高压 变形 。 胶 筒损 坏的 原 因很 多 ， 有 操作
反洗 阀组 件 、 密 封组件 、 换 向机构 、 坐卡机 构组 成。
（ ２ ）Ｙ５ １ １ 封 隔 器工作 原理
下 到 设计 位 置时 ， 上 提 工具 至一 定高 度 ， 顺 时针 旋转 ３～５圈，
下 放 封隔 器并 压 重８ —１ ２ ｔ ， 完 成坐 封 。 压 裂施 工后 ， 只需要 上 提
严 重结蜡或 者未洗 井就下 工具的 施工 中， 还有可 能是 外换 向槽 下入 时的变形 ， 都 可能造成 无法换 向。 （ ３ ） 压 后提 不动 造成 压后 提 不动 的原有 有很 多 ， 有 工具 本 身的 问题 ， 如本 体损伤 、 变形 ； 也 有作业 施工 的问题 ， 如 防喷 结 束后未及 时反冼 ， 造成 管柱沉 砂 ， 或 者解封 后未及 时起管 ， 地 层 出砂导致封 隔器砂埋 的情况 。
分注井封隔器失效原因分析及防治对策
分注井封隔器失效原因分析及防治对策【摘要】为提高分注井密封性能，保证分层注水开发效果，对分注井封隔器失效进行了研究。
发现封隔器胶筒结构、免释放机构和管柱蠕动是封隔器失效的主要原因。
分别相应提出改进封隔器、优化设计锚定式分注管柱和提高作业质量等防治措施。
【关键词】分注井封隔器失效改进措施海拉尔油田属于复杂断块油田，断块多、情况复杂，层间、层内差异大，分层注水工艺技术是油田注水开发实现有效注水的重要手段。
井下封隔器若密封不严密，将降低分层注水效果。
提高封隔器密封性能对于恢复地层能量、保证海拉尔油田可持续开发有重要的意义。
2 封隔器失效原因目前海拉尔油田分注井主要井下工具为Y341-114（可洗井）封隔器和QSPX 桥式偏心配水器。
2012年共发现12井次分注井封隔器失效，失效层比例65%，平均井龄7年，平均注入量56m3，占注水量40m3以上注水井33%，影响高注入量分注井注水效果。
本文从封隔器、管柱、作业等方面逐一分析，落实导致封隔器失效原因。
2.1 胶筒结构不合理导致应力集中胶筒的密封是靠水力载荷压缩胶筒实现的，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。
当压缩完成以后，封隔器3个胶筒与套管的接触压力分布为：上胶筒接触压力最小，中胶筒和下胶筒的接触压力依次增大，所以下胶筒在密封套管环空上下压差中起到关键作用。
从单个胶筒来看，上胶筒所受轴向载荷较小，胶筒表面接触压力呈拱形分布。
而中间胶筒和下胶筒接触压力分布是胶筒下端接触压力大于上端接触压力，呈鞍形分布，并且下胶筒表面接触压力变化梯度远大于中胶筒表面的接触压力变化梯度。
现使用封隔器三个胶筒材质、硬度相同，且下胶筒较短。
显然这种结构无法避免和有效应对应力集中问题，令承压能力较差的下胶筒承受了最大应力，易导致封隔器失效。
2.2 封隔器释放不完全封隔器座封时，是靠压缩活塞两边空气腔和连通油管内部压缩传压空的活塞端面之间的压差，来推动压缩活塞上行压缩胶筒。
水力压裂失败原因分析及预防措施
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格， 携砂能 力差不能将石英砂及时带人地层。
一 叫 一。 ， 即压力到达一定数 值后 停泵放压 ， 再次打压往复多次 ， 在压力作用 下使地 层疲乏而压 开地层。 有些 井压裂液与地 层
｜ 程术 技
水力压裂失败原因分析及预防措施
董传宾 长庆 油 田公 司第二采油厂修 井大 队
层， 可以更换耐 高压的油管和压裂工具提高压 力
必要按要求限压） 到达限压 后仍然压 点建 量 皇 镳 警 快砂 不 及 进 地 ；裂 性 不 宠 譬 查 碧 辑 过 ，子能 时 入 层压 液 能 合 再次压裂 （ 羞 釜 冀 鲁
砂卡事故。
９ 压裂设 计应该遵守科学 合理 的原 则。 、 在 制作压裂设计 时应该根 据地 层压 力、 性、 岩 上下
盖层油层厚度选择 合理科学的钻具 组合、 砂比、
排量 、 压裂液 、 砂量等。 若压裂参数 不合理将难 以保证压裂施工的顺利进行， 同时也达 不到压 裂
增产增注的效 果。
５７ Ｉ
ＦＯ ＲＴ ＵＮ Ｅ Ｏ Ｒ ＬＤ ２０１０ Ｗ
０
三、 结束语 ： 水力压裂 为一项 大型施 工 ， 要求多岗位 相
互 配合才能完成 。 要求从压裂选井选 层， 裂前 压 的井简准 备， 裂参数的设定， 压 压裂液的选取及 配制 等均要有科学 的态度， 从实际出发 ， 实事求 是 的进行 ， 严格 把好质量关。 只有这样 才能 保证
压 裂施工的安全顺利进行， 才能保证压裂工序的 质量， 达到油井增产， 水井增注的 目 的。
接好反洗流 程反洗冲出砂子再进行压裂。 为了防 止砂堵 ， 在压裂前检测压裂液 的性能 ， 做小 样试
水平井分段压裂技术现状及对策.
一、技术发展现状 二、主要技术问题 三、下步工作建议
一、技术发展现状
经过30年的发展，国外已形成较为完善的不同完井条
件下的水平井分段压裂改造技术；
国内水平井压裂改造技术专项研究是近几年的事，主 要以试验为主； 目前我们与国外在水平井压裂工程技术各个方面都存 在一定差距，尤其是在工具方面；总体技术不配套、不完 善，需要进一步攻关与试验。
422 408
400
350
300
井数（口）
250
200
150 119 100
50 1 0 2005 2006 2007 2008 2009 13
1.2泵送可钻式桥塞分段压裂技术
●技术特点
节省钻时（同时射孔及座封压裂桥塞） 可进行大排量施工 分压段数不受限制 压裂后可快速钻掉，易排出（<10min钻
●技术能力
51/2″套管分压5数 封隔器耐温120℃，耐压差50MPa
安全接头
7”套 管
3.5 ” 油 管
喷砂滑套乙 封隔器乙
水力锚
喷砂滑套甲 封隔器甲
水力锚
割缝喷砂器 座封球座
接球座
接球座
●适用范围
51/2″套管完井
扶正器 扶正器 扶正器 扶正器 滚珠引鞋
1.4 双封单压分段压裂技术
●技术特点
哈里伯顿 遇油膨胀封隔器压裂技术
滑套机构
膨胀封隔器
●局限性 封隔器膨胀时间长（7-10天） 封隔器无法解封
1.1 裸眼封隔器+滑套分段压裂技术
●主要用于美国、加拿大、墨西哥、中国、中东 ●＞7500套压裂滑套 ●＞5500套裸眼封隔器 ●＞2500套遇油/遇水膨胀封隔器
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技术应用与研究
一、前言
水平井分段压裂工艺技术在低渗透、低压、薄储层和边际油气藏的增产中非常常用，能够有效降低固井、射孔等作业造成的风险。
封隔器是实现分段压裂的关键部件，其性能对压裂作业效果，有着非常直接的影响。
然而，由于井壁曲面不规则、井下工作环境相对比较恶劣，很容易导致封隔器失效现象的发生，最终导致封隔段相互串通、压裂段内部压力减少、地面压裂设备无法顺利加压等问题，最终造成压裂裂缝的长度减短，甚至造成压裂油井报废现象的发生。
二、封隔器失效的原因分析
工作环境比较恶劣。
封隔器所处的工作环境往往是非常恶劣的，很多水平井的工作环境温度往往在１５０摄氏度之上。
由于很多封隔器上需要使用橡胶材料，其弹性模量较低，在高温高压的环境之中，橡胶分子链上的α氢与氧会发生反应，从而形成不稳定的中间体，会直接让橡胶分子链分解，导致橡胶的扯断强度和撕裂强度大幅度下降。
如果在封隔器入井的过程中，如果涨封的温度高度井筒的耐温，其就会出现局部破损的现象。
此外，封隔器胶筒在酸、盐、油等介质的作用下，也会出现溶胀的现象，对其密封性能造成非常直接的影响。
井筒套变现象的发生。
井筒套在实际应用的过程中，受到围岩、泥岩膨胀蠕变、油层出砂、岩石蠕变等因素的作用。
此外，油气的化学成分相对比较复杂，其中包含较多的硫化物、无机盐，容易对套管造成化学腐蚀的现象。
此外，套管在注水、酸化压裂、射孔、套铣等作业中，也容易受到损害。
井筒套在受到上述的伤害之后，其直径就会变小，导致封隔器和井筒之间的间隙越来越小，对胶筒造成的损伤会进一步加大，对封隔器的密封效果，造成非常严重的影响。
此外，井筒套变之后，井筒的内径也会出现不一致的现象，对胶筒和井筒之间的接触效果，造成非常直接的影响，最终影响到其密封性能。
管柱的蠕动。
在进行压裂作业的过程中，管柱由于受力，其会出现伸长的现象，这就导致管柱蠕动现象的发生。
当前在水平井分段压裂工艺中，经常使
用的是压缩式封隔器，利用液压力进行
坐封。
当其达到设计的位置之后，液压
装置就会向管柱之内进行注压，利用压
裂液的传递实现坐封。
一旦管柱出现蠕
动现象，就会导致封隔器出现伸缩的运
动，导致交通和套管内壁之间的摩擦力
增大时，进而对胶筒的密封效果造成影
响，最终导致封隔器失效现象的发生。
在开展井下作业的过程中，需要
下入管柱，这会直接导致油套环空液体
过流面积的减少，液体的长度会显著增
加，管柱会直接受到井筒液体浮力的影
响，最终导致下钻困难，进而产生液压
冲击，在稠油和含水量较低的井液中，
其表现得更为明显。
在液压冲击的作用
下，封隔器的管柱就会受到重力和浮力
的双重作用，浮力处于不断变化当中，
很容易在下井过程中出现弯曲和径向偏
离的情况，最终导致胶筒和井筒之间产
生偏磨，导致井筒出现毛刺，最终将封
隔器损坏。
三、有效的解决措施
为了避免温度过高对封隔器的工
作造成影响，可以使用氢化丁晴橡胶来
制作封隔器胶筒，这种材料的综合性能
更好，在１５０摄氏度的环境温度下，依
然可以正常工作，在各类油藏当中都非
常适合应用。
为了进一步提升封隔器的
性能，可以采用增加胶筒数量的方法。
一旦其中一个封隔器失效，其它封隔器
依然可以发挥作用，能够在很大程度上
保证其密封性能。
对封隔器增加保护装
置。
通过在封隔器上加装保护装置，能
够保证在下井的过程中，保护装置有效
承受套管内壁的摩擦力，保证封隔器的
承压能力，降低胶筒出现损伤的可能。
我国专家为了更进一步对封隔器进行保
护，专门设计研制了压缩式的裸眼封隔
器，其采用６个独立的保护块构成保护
圆环，其能够随着胶筒的压缩而横向扩
张，扩张后的外径要比封隔器外径稍微
大一些，并紧紧贴在井眼的内壁上，可
以有效发挥支撑的作用，有效保证封隔
器的承压能力，避免胶筒出现严重的损
伤。
通过采用改变坐封的方式，来避免
管柱出现蠕动的现象。
封隔器在安装的
过程中，经常是采用多次打压的方式进
行坐封的，在每次进行打压的过程中，
都容易发生管柱蠕动的现象，这时的封
隔器胶筒就会处于压缩的状态，过大
的蠕变会造成胶筒和套管之间的摩擦力
增加，很容易造成封隔器的损坏。
封隔
器的涨封压力并不会受到深度的影响，
往往是直接与液面直接相关的。
只有保
持液面的不变，才能保证涨封压力的不
变，应该尽量采用一次打压坐封的方
式。
逐级封隔器的应用有效解决注水井
细分５级以上层段后管柱的拔封负荷大和
拔封困难的问题，大大减少了作业躺井
的时间，加快了作业的效率。
长胶筒封
隔器主要解决了油井分层后，隔层厚度
小、卡距小的问题，有效提高了油井分
层的数目。
目前长胶筒封隔器在实际的
应用过程中，主要是在密封性上还存在
着一定的不足，这需要进一步提高橡胶
的质量，或者加入金属一类的材质，来
有效提高其硬度和强度。
液击效应通常是由于液体通流截
面减少造成的，为了避免这种效应的产
生，就需要合理对过流面积进行设置。
在通常的情况下，可以采用直径比较小
的封隔器，可以有效保证过流的面积，
减少封隔器与套管壁出现摩擦的机会，
但由于尺寸的影响，封隔器尺寸减少是
有一定限度的。
为此，可以将管柱底部
的死堵换成单流凡尔，保证单流阀可以
正常进液，避免产生严重的液击效应。
四、结语
封隔器在水平井分段压裂作业当中，
发挥着非常大的作用，一旦其出现了失效
的现象，就会直接导致分段压裂工艺的失
败。
为了有效避免该问题的发生，应该对
封隔器失效的原因尽心深入研究，并认真
做好对封隔器的改造工作。
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赵广民,赵粉霞,桂捷,王治国,赵敏琦. 石油机
械. 2012(12)：55-57.
水平井分段压裂封隔器失效原因及解决措施探析邢海斌 吐哈油田井下技术作业公司
【摘 要】随着我国经济和工业的高速发展，对油气资源的需要量不断增加，各种油气田工程越来越多。
为了有效提升对油气资源的开采效率，对水平井作业技术的应用越来越多。
为了进一步对水平井开采潜力进行挖掘，往往会进行分段压裂施工。
在进行分段压裂的过程中，往往需要使用到封隔器，一旦其出现失效的现象，就会对作业结果造成非常严重的影响。
为此，我将要在本文中对水平井分段压裂封隔器失效原因及解决措施进行探析，希望对促进我国油气工程事业的发展，可以启动有利的作用。
【关键词】水平井；分段压裂；封隔器失效原因
56。