扩张式封隔器胶筒密封性能影响因素分析

压裂酸化封隔器胶筒结构密封性能分析与优化杨春雷;费根胜;杨立【摘要】封隔器是压裂酸化过程中的重要工具之一，而胶筒是封隔器的核心零部件，胶筒的好坏直接决定了封隔器的工作性能。

针对压裂酸化用某Y344型封隔器利用有限元技术开展密封结构性能分析与优化研究，获得了胶筒对套管的接触压力分布规律，考虑接触压力与面积两个因素建立了结构密封性能评价方法，分析了胶筒长度与组数变化对密封性能的影响，为封隔器产品开发与使用提供了理论基础。

%The packer is one of the most important tools in the process of fracture acidizing, and rubber barrel is the core com-ponent of the packer , the performance of rubber barrel directly determines the working performance ofthe packer .The packer-type is Y344 and is used in the fracture acidizing of the oil-gas reservoir.The author carries out rubber barrel′s sealing per-formance analysis and optimization research through the finite element method, the distributing law of contact pressure both rubber barrel and casing pipe is obtained, the structure′s sealing performance evaluation method is established on the base of considering contact pressure and contact area, the impact of rubber barrel length and packer group numbers change is ana-lyzed, which provides theoretical basis of packer′s development a nd use.【期刊名称】《机械研究与应用》【年(卷),期】2014(000)003【总页数】4页(P30-32,44)【关键词】封隔器;胶筒;密封性能;结构优化【作者】杨春雷;费根胜;杨立【作者单位】江汉石油钻头股份有限公司技术中心，湖北武汉 430223;武汉亚得科技有限公司，湖北武汉 430070;西南油气田分公司川中油气矿，四川遂宁629000【正文语种】中文【中图分类】TE910 引言封隔器作为一个关键井下工具，广泛应用于油气井的压裂、酸化、挤注和试压等施工作业中，通过封隔油管与套管或者裸眼井壁之间的环形空间来实现各种封堵作业的要求［1］。

２０２１年５月第３６卷第３期西安石油大学学报（自然科学版）ＪｏｕｒｎａｌｏｆＸｉ′ａｎＳｈｉｙｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）Ｍａｙ２０２１Ｖｏｌ．３６Ｎｏ．３收稿日期：２０２０ ０４ １３基金项目：国家自然科学基金资助项目（５１８０４０４４）第一作者：彭冲（１９９５ ），男，硕士研究生，研究方向：油气田开发。

Ｅ ｍａｉｌ：７５３７１２６２９＠ｑｑ．ｃｏｍ通讯作者：欧阳传湘（１９６４ ），男，教授，研究方向：油气藏开发及相关方向。

Ｅ ｍａｉｌ：１８５８６７６７１＠ｑｑ．ｃｏｍＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３ ０６４Ｘ．２０２１．０３．０１３中图分类号：ＴＥ３７５文章编号：１６７３ ０６４Ｘ（２０２１）０３ ００９０ ０７文献标识码：Ａ扩张式封隔器接触力学行为及坐封效果评价彭冲，欧阳传湘，谭钲扬，陈洲亮（长江大学石油工程学院，湖北武汉４３０１００）摘要：以Ｋ３４４－１１４型扩张式封隔器为研究对象，基于橡胶材料的Ｍｏｏｎｅｙ Ｒｉｖｌｉｎ本构模型，运用有限元分析方法按照封隔器坐封过程和坐封后两种工况，对封隔器的非线性接触力学行为进行了模拟研究，分析了坐封过程中施加载荷与轴向压缩距的关系以及坐封后的强度、接触应力和摩擦力校核。

分析结果表明：在封隔器坐封过程中，中胶筒首先与套管发生接触，当压差达到一定值时胶筒扩张到与套管接触，封隔器完成坐封；坐封后胶筒的应力集中于胶筒的肩部；胶筒与套管之间的摩擦力、接触应力均能满足分层注水工艺设计要求，能够有效封隔１５ＭＰａ的层间压差。

关键词：扩张式封隔器；坐封；胶筒；接触应力；有限元ＥｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆＣｏｎｔａｃｔＭｅｃｈａｎｉｃａｌＢｅｈａｖｉｏｒａｎｄＳｅｔｔｉｎｇＥｆｆｅｃｔｏｆＥｘｐａｎｄａｂｌｅＰａｃｋｅｒＰＥＮＧＣｈｏｎｇ，ＯＵＹＡＮＧＣｈｕａｎｘｉａｎｇ，ＴＡＮＺｈｅｎｇｙａｎｇ，ＣＨＥＮＺｈｏｕｌｉａｎｇ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＰｅｔｒｏｌｅｕｍＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＹａｎｇｔｚｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｈａｎ，Ｈｕｂｅｉ４３０１００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＢａｓｅｄｏｎＭｏｏｎｅｙ Ｒｉｖｌｉｎｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅｍｏｄｅｌｏｆｒｕｂｂｅｒｍａｔｅｒｉａｌ，ｔｈｅｎｏｎｌｉｎｅａｒｃｏｎｔａｃｔｍｅｃｈａｎｉｃａｌｂｅｈａｖｉｏｒｏｆＫ３４４ １１４ｅｘ ｐａｎｄａｂｌｅｐａｃｋｅｒｗａｓｓｉｍｕｌａｔｅｄｂｙｕｓｉｎｇｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎａｐｐｌｉｅｄｌｏａｄａｎｄａｘｉａｌｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｄｉｓｔａｎｃｅｏｆｔｈｅｅｘｐａｎｄａｂｌｅｐａｃｋｅｒｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｓｅｔｔｉｎｇｉｓａｎａｌｙｚｅｄ，ａｎｄｔｈｅｓｔｒｅｎｇｔｈ，ｃｏｎｔａｃｔｓｔｒｅｓｓａｎｄｆｒｉｃｔｉｏｎａｆｔｅｒｓｅｔｔｉｎｇａｒｅｃｈｅｃｋｅｄ．Ｔｈｅｒｅ ｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔ：ｉｎｔｈｅｓｅｔｔｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｆｐａｃｋｅｒ，ｔｈｅｍｉｄｄｌｅｒｕｂｂｅｒｔｕｂｅｆｉｒｓｔｃｏｎｔａｃｔｓｗｉｔｈｔｈｅｃａｓｉｎｇ，ｗｈｅｎｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｒｅａ ｃｈｅｓａｃｅｒｔａｉｎｖａｌｕｅ，ｔｈｅｒｕｂｂｅｒｃｙｌｉｎｄｅｒｅｘｐａｎｄｓｔｏｃｏｎｔａｃｔｗｉｔｈｔｈｅｃａｓｉｎｇ，ａｎｄｔｈｅｐａｃｋｅｒｃｏｍｐｌｅｔｅｓｔｈｅｓｅｔｔｉｎｇ；Ａｆｔｅｒｓｅｔｔｉｎｇ，ｔｈｅｓｔｒｅｓｓｏｆｔｈｅｒｕｂｂｅｒｃｙｌｉｎｄｅｒｉｓｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄｏｎｔｈｅｓｈｏｕｌｄｅｒｏｆｔｈｅｒｕｂｂｅｒｃｙｌｉｎｄｅｒ；ｔｈｅｆｒｉｃｔｉｏｎｆｏｒｃｅａｎｄｃｏｎｔａｃｔｓｔｒｅｓｓｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｒｕｂ ｂｅｒｃｙｌｉｎｄｅｒａｎｄｔｈｅｃａｓｉｎｇｃａｎｍｅｅｔｔｈｅｄｅｓｉｇｎｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｌａｙｅｒｉｎｇｗａｔｅｒｉｎｊｅｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ，ａｎｄｔｈｅｉｎｔｅｒｌａｙｅｒｐｒｅｓｓｕｒｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｏｆ１５ＭＰａｃａｎｂｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｓｅａｌｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｘｐａｎｄａｂｌｅｐａｃｋｅｒ；ｓｅｔｔｉｎｇ；ｒｕｂｂｅｒｃｙｌｉｎｄｅｒ；ｃｏｎｔａｃｔｓｔｒｅｓｓ；ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔ彭冲，欧阳传湘，谭钲扬，等．扩张式封隔器接触力学行为及坐封效果评价［Ｊ］．西安石油大学学报（自然科学版），２０２１，３６（３）：９０ ９６，１０４．ＰＥＮＧＣｈｏｎｇ，ＯＵＹＡＮＧＣｈｕａｎｘｉａｎｇ，ＴＡＮＺｈｅｎｇｙａｎｇ，ｅｔａｌ．Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｃｏｎｔａｃｔｍｅｃｈａｎｉｃａｌｂｅｈａｖｉｏｒａｎｄｓｅｔｔｉｎｇｅｆｆｅｃｔｏｆｅｘｐａｎｄａｂｌｅｐａｃｋｅｒ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＸｉ＇ａｎＳｈｉｙｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ），２０２１，３６（３）：９０ ９６，１０４．彭冲等：扩张式封隔器接触力学行为及坐封效果评价引　言封隔器广泛应用于油田现场施工作业，具有操作方便，成本相对低廉，并且能满足多种工艺要求的特点。

封隔器胶筒结构改进及优势分析摘要：青海油田井采油一厂注水井用封隔器的关键部件为弹性密封元件（胶筒），其结构影响到封隔器的密封性能。

由于传统的封隔器结构为三胶筒，结构复杂，对胶筒结构进行改进，在不改变胶筒数量的基础上，增加了1层紫铜包络层。

采用非线性有限元分析方法，对传统胶筒结构和改进型胶筒结构的对比分析发现：改进型结构上胶筒起主要密封作用，解决了封隔器在座封时胶皮上翻的现象，接触应力比传统胶筒结构有明显提高，验证了改进型结构的可行性。

封隔器胶筒是通过轴向压缩力紧贴在封隔器套管壁上起密封作用，其密封性能直接制约使用性能。

胶筒与套管接触所产生的接触应力是胶筒承受工作压差的必要条件。

胶筒的形状优化设计影响着其密封性能，是设计者密切关注的问题。

不少学者已经对其实物的力学试验、有限元数值模拟、封隔器与管柱之间的力学关系等进行了大量研究，对封隔器的结构优化以及接触应力的分布关系得出了初步的结论。

研究接触应力与胶筒外形及结构参数之间的关系，对理论上认清胶筒的密封机理和胶筒密封的可靠性具有重要意义。

关键词：封隔器胶筒结构改进及优势分析1 有限元模型的建立常用的封隔器上串有3个胶筒，分为上、中、下3个胶筒结构尺寸相同和上下胶筒为长胶筒、中胶筒为短胶筒2种结构形式。

通过对传统三胶筒结构的研究发现，起主要密封作用的是上胶筒，解决封隔器在座封时胶皮上翻的现象，笔者对传统三胶筒结构进行改造，现对胶筒结构进行改进，在上胶筒上方和下胶桶下方各增加了1层紫铜包络层，由于封隔器的本体和胶筒为柱和筒结构形式，利用轴对称条件对其简化，胶筒的结构和有限元网格划分如图1所示。

上、中、下3个胶筒长度均为50mm，橡胶材料，外层包络1层紫铜，紫铜厚度为2mm，胶筒采用50°倾角，直边长8mm，斜边长11mm，直边与斜边比为0.73。

封隔器在进行有限元分析时，有3种不同性能的材料：胶筒为橡胶材料，属高度非线性复合材料；外包络紫铜；隔环、中心管、套管为金属材料。

影响密封性能的几大因素活塞上一般必须装支承环，以保证油缸能承受较大的负载。

密封件和支承环起完全不同的作用，密封件不能代替支承环负载。

有侧向力的液压缸，必须加承载能力较强的支承环（重载时可用金属环），以防油封在偏心的条件下工作引起泄露和异样磨损。

6.液压冲击产生液压冲击的因素很多，如挖掘机挖斗突然碰到石头，吊机起吊或放下重物的瞬间。

除外在因素外，对于高压大流量液压系统，执行元件（液压缸或液压马达等）换向时，如果换向阀性能不太好，很容易产生液压冲击。

液压冲击产生的瞬间高压可能是系统工作压力的几倍，这样高的压力在极短时间内会将油封撕裂或将其局部挤入间隙之内，造成严重损坏。

一般有液压冲击的油缸应在活塞杆上安装缓冲环和挡圈。

缓冲环装在油封的前面吸收大部分冲击压力，挡圈防止油封在高压下挤入间隙，油缸设计、加工、安装注意事项1.油缸的加工精度实验证明，与油封接触的运动工作表面，表面粗糙度Ra超过0.8um时，油封的泄露量和磨损值将直线上升，故建议运动工作表面粗糙度为Ra0.1～0.8um。

为保证聚氨脂油封或橡塑的密封性能，应绝对避免在装配过程中损伤密封件。

2.缸筒材质：一般为碳钢，低压系统及摩擦条件较好的场合可用铝合金、青铜、不锈钢等。

内表面质量及粗糙度：内表面一般都需珩磨、抛光或滚压，要求达到Ra0.1～0.8um的粗糙度，且不得有纵横向刀纹。

3.活塞杆材质：一般为碳钢、镀铬钢，低压系统及摩擦条件较好的场合可用铝合金、青铜、不锈钢等。

表面质量及粗糙度：要求粗糙度为Ra0.2～0.4um，热处理后表面镀硬铬。

工程机械用液压缸的活塞杆有可能被砂石划伤，要求其表面硬度在HRC60以上。

4.油封安装沟槽结构形式：可分为整体式沟槽和分体式沟槽。

活塞杆密封沟槽快速导航关于我们相关证书人才招聘公司环境办公环境活塞杆密封活塞密封防尘封旋转密封导向环（带、套）开式沟槽闭式沟槽活塞密封沟槽开式沟槽闭式沟槽???????? 采用哪种沟槽形式决定于油封截面大小、液压缸结构要求和装拆的方便性。

井下封隔器的密封性能研究随着油田的不断开发，油田的勘探逐渐走向高温高压和深层油田开发方向，为了能够提高开采效率和这样复杂的开采环境，需要对井下封隔器进行不断创新和完善，因此井下封隔器逐渐向性能更高的方向发展，井下封隔器的密封性能非常关键，因此对井下封隔器的密封性能进行分析是非常重要的研究内容，随着新技术的不断发展，井下封隔器密封性能要求越来越高。

标签：井下封隔器;密封性能;研究随着石油资源的不断开采，能源危机已经成为世界各国所面临的一项重大挑战，社会经济的发展离不开能源的支持，石油资源是非常重要的能源，因此不断增加石油产量，降低油田开采成本一直是油田企业所研究的重点内容，近年来我国不断学习国外的先进技术并结合我国石油资源的实际情况，不断完善我国的开采技术，随着开采技术的不断进步，我国石油资源的开采量也在增加。

封隔器在石油开采过程中是非常重要的井下工具，封隔器主要应用于注水井、水平井以及分层采油等工艺中。

封隔器的密封性能是非常重要的评价标准，因此，随着油田开发深度的不断增加，对封隔器的密封性能要求也在不断提升，只有不断提高工艺要求和密封性能才能够满足油田开发需求。

1封隔器的分类世界各国对封隔器的研制有很多种类型，其中按密封方式主要可以分为以下几种：（1）自封式。

自封式封隔器的原理是依靠密封件外径与套管内径之间的压差来实现密封效果。

（2）压缩式。

压缩式封隔器的原理是依靠轴向力对封隔器进行压缩，从而使密封件外径增大实现密封效果。

（3）扩张式。

扩张式封隔器的原理是依靠封隔器内腔，使密封件外径增大从而实现密封效果。

（4）组合式。

通过利用自封式，压缩式和扩张式封隔器进行有效组合，从而实现密封效果。

2封隔器密封性能的力学性能分析2.1封隔器密封胶筒的工作状态及密封原理封隔器在工作过程中一般分为初封、密封和解封三个状态，因此胶筒在工作过程中，主要有自由变形、约束变形和稳定变形三个阶段。

自由变形是指胶筒在出风荷载的作用下发生压缩形变，胶筒和套管内壁没有接触并不产生的接触应力时所发生的变形。

超高压扩张式封隔器简介
石油开发、钻井完井的井下施工与完井工艺中，扩张式封隔器在压裂、注水、堵水、验窜、钻井完井等方面是最主要的井下工具。

目前中国国内使用的这类封隔器，主要是以线帘式结构和钢丝式结构为主，在承压、胶筒扩张量上有一定的局限性，而具有高承压与大扩张量的钢片式扩张封隔器，其加工工艺相对复杂，加工成本较高，推广应用受到限制。

尤其在压裂施工中，承压高、外径小、扩张量大、抗疲劳性强的封隔器是保证每一次有效压裂施工的关键。

因此，开发研究了一种新型超高压扩张式封隔器。

为了验证该封隔器的胶筒性能，进行了与线帘式胶筒封隔器、钢丝式胶筒封隔器的对比实验，实验封隔器胶筒外径110mm，套管内径124mm，温度120℃，承载压力以胶筒击穿为上限，残余变形量为实测数值（表1）。

表1 封隔器胶筒性能对比检测结果
通过在封隔器检验中心的对比测试，这种新型复合式扩张式封隔器的性能指标远远高于线帘式胶筒封隔器与钢丝式胶筒封隔器，该技术代表了扩张式封隔器的发展方向，未来的扩张式封隔器胶筒将全部采用该技术来加工。

目前已经定型的产品型号有3种，同时可以根据用户的要求设计生产加工任何型号的封隔器。

表2 超高压扩张式系列封隔器技术参数。

132四川油气田威远等区块在老井试修作业时，遇到一些技术难题：一是有些老井上层已射开，全井筒试压不合格；二是井口及上部套管渗漏甚至破损。

为了确保试修和完井生产的安全，通过技术论证，采取了在原7″套管上部破损处固5″套管封固的技术方案。

由于这种井身结构无法下入常规的封隔器进行高压酸化改造。

因此，公司先后在V66井和T17井引进试用了贝克—ISP封隔器和国产HXK342扩张式封隔器，取得了一定的效果和经验。

1 封隔器结构、原理及技术参数1.1 基本结构贝克—ISP封隔器和HXK342封隔器的结构、原理基本相同。

结构如图1所示，主要由坐封球座（堵头）、坐封密封机构、膨胀（扩张）胶筒、旋转解封机构等组成。

1—坐封球座；2—浮动接头；3—钢片筋条；4—胶筒；5—内囊；6—中心管；7—单向阀；8—脱手接头；9—上部伸缩套；10—提升短节图1 封隔器结构示意图坐封密封系统由胶筒及内囊、钢片筋条、单向阀、浮动接头等部件组成。

采用针形单流阀坐封并保压结构，纲片筋条能够提供足够的膨胀强度和套管锚定作用。

旋转解封系统由中心管、上部伸缩套、脱手接头、提升短节等部件组成。

脱手接头采用左旋螺纹，正转可释放连接[1-2]。

1.2 工作原理坐封：封隔器下入井内预定位置后，投球后待球入座，从油管内缓慢打压，液体从中心管小孔进入胶筒的内囊腔，靠液压撑开膨胀胶筒，使其外表紧贴井筒内壁，从而密封油套环形空间。

解封：措施作业完后，缓慢上提管柱，使封隔器受一定的拉力，顺时针旋转管柱，使封隔器中心管与胶筒本体相对转动一定圈数，然后上提管柱，封隔器解封，胶筒恢复原状[3]。

1.3 技术性能参数贝克33/8″—ISP封隔器技术性能参数为：工具长度3430 mm；最大外径86 mm；最小内径32 mm；抗内压48 MPa；适用套管41/2″ ～7″；耐温149℃。

华北HXK—342封隔器技术性能参数为：工具长度2600 mm；最大外径100 mm；最小内径340mm；抗内压50 MPa；适用套管51/2″ ～7″；耐温120℃。

扩张式封隔器胶筒的研究现状综述马力【摘要】石油工业的发展,带动了石油机械装备的发展,在钻井或完井后对油气层进行测试时,为了获得动态条件下地层和液体的参数,封隔器作为主要的井下工具被大量的运用到测试中.而使其安全有效的工作是保证油气井作业的关键,其工作性能的好坏直接影响着油田的生产成本和企业的经济效益.已有大量学者采用有限元方法对封隔器胶筒的力学性能做了研究,为封隔器的结构优化、坐封方式、胶筒材料的选择等提供了理论和建议.所谓"封隔器",指的是具有弹性密封元件,并借此封隔与套管间的环形空间,实现各种作业的堵封要求,以控制产业柱的井下工具.【期刊名称】《信息记录材料》【年(卷),期】2016(017)005【总页数】2页(P6-7)【关键词】扩张式封隔器;胶筒;研究现状【作者】马力【作者单位】西安石油大学机械工程学院陕西西安 710065【正文语种】中文【中图分类】TP205封隔器作为一个关键井下工具广泛应用于油气井作业过程中，但目前国产封隔器的性能还存在以下一些问题：封隔器承压能力低，坐封复杂，密封性能差，胶筒不耐高温，使用寿命短，维护投资过大。

扩张式封隔器，其特点为悬挂式固定，液压坐封，液压解封，靠胶筒向外扩张来封隔油和套管的环形空间。

其工作原理是中心管憋压，当压力到达一定值后，在液压的作用下活塞上行，剪断坐封启动销钉。

进入锁簧入锁后，坐封进液通道被开启，液体进入扩张式胶筒与中心管的密封空间内使胶筒膨胀坐封。

中心管卸压后，胶筒在自身的弹力的作用下回收，完成解封。

封隔器坐封后所能承受的压差和温度关键取决于胶筒材质、结构及其肩部保护机构。

胶筒压裂、扯断、掉落、肩部损毁是造成封隔器密封失效的很大一部分原因，尤其在高温、高压井中，封隔器工作环境恶劣，受力复杂，胶筒很容易失效。

随着我国油气田开发不断向深井超深井方向发展，油井产层分布越来越复杂，这样使得石油开采条件日渐复杂，以致钻采和生产工艺不断向耐高温耐高压方向发展，对封隔器性能提出了更高的要求，这也给国内研究工作者对以后封隔器的研发指定了新的方向，即在结构方面设计更简单，密封材料具有更好的弹性；在性能方面更优良，针对各种复杂的井下工况，使用更广泛，工作寿命得到更大的提高。

封隔器金属密封元件设计及密封特性研究李纯金;张同善;周宏根;陆浩;王杰;朱钰萍【摘要】采用NiTi合金材料设计一种用于压缩扩张式的封隔器的新型金属密封元件,建立密封元件及其组件的数值模型;提出采用最大应力、坐封力和接触应力对密封元件密封性能进行评价,并分析结构参数变化对其密封性能的影响规律.结果表明:最大应力随膨胀环半径和拱形半径单调增加,随承压环宽度、拱形厚度和卸载槽半径先减小再增大;坐封力随承压环宽度、膨胀环半径、拱形半径和拱形厚度单调增加,随卸载槽半径单调减小;接触应力随承压环宽度、膨胀环半径和拱形厚度非线性增大,随拱形半径和卸载槽半径非线性减小.拱形半径和拱形厚度对密封元件密封性能影响较为显著,且适当减小拱形半径或增大拱形厚度可提高其密封性能.【期刊名称】《润滑与密封》【年(卷),期】2019(044)008【总页数】5页(P133-137)【关键词】金属密封;密封元件;密封性能;封隔器【作者】李纯金;张同善;周宏根;陆浩;王杰;朱钰萍【作者单位】江苏科技大学机械工程学院江苏镇江212003;江苏科技大学机械工程学院江苏镇江212003;江苏科技大学机械工程学院江苏镇江212003;江苏科技大学机械工程学院江苏镇江212003;江苏科技大学机械工程学院江苏镇江212003;江苏科技大学机械工程学院江苏镇江212003【正文语种】中文【中图分类】TE931.2随着石油勘探和油田开采产业的持续发展，油田的开采对象逐渐转向高温高压并伴有腐蚀的深井，在这种工况下，传统封隔器的密封胶筒易受到破坏，导致密封失效,十分影响油田的生产效益[1]。

21世纪初，金属密封技术被首次应用于井下管柱环空密封，后续国内外学者都进行了相关的研究。

在国外，Baker Hughes、Caledyne和Owen等公司对井下金属密封技术的研究起步较早,且研究较为深入，但对于密封元件结构的描述不甚清楚。

相比于国外，国内在这方面的研究较少，且不够深入。

油田井下封隔器密封性能影响因素研究张峰【摘要】国内现场应用的各类液压封隔器大都是针对液体密封研制的,不具有密封高压气体的能力.为满足CO2驱安全注气技术需求,开展了封隔器胶筒密封原理实验研究,指出了影响封隔器密封性能的关键因素,揭示了胶筒受力与坐封距的动态变化规律,发现并阐释了封隔器胶筒在高压差注气条件下的"气爆"现象,为新型注气封隔器的设计提供了理论依据.所研制的高压气密封封隔器实现了35 MPa可靠密封,在现场推广应用.【期刊名称】《钻采工艺》【年(卷),期】2018(041)004【总页数】3页(P77-79)【关键词】CO2驱;封隔器;胶筒;密封【作者】张峰【作者单位】中石化胜利油田石油工程技术研究院;中国石油大学·华东【正文语种】中文封隔器是油田实现井下分层注采的重要工具，大多是针对液体介质的密封而研制。

常用的压缩式液压封隔器由于本身结构的局限，使其在承受上下交变压差作用时对液体的密封能力明显不足，更无法满足对高压气体进行可靠密封的要求。

随着国内外CO2驱油技术的广泛应用，高压气密封管柱技术日益引发关注。

国内关于具备长期耐高压气密封能力的封隔器的研究应用较少。

塔里木、川东北等油气田，应用了高压气密封封隔器用于气井采气，但其封隔器等主要工具依赖国外引进，且部分井依然存在密封效果不好的问题。

为解决这一难题，需要从剖析封隔器的密封原理入手，找出影响其密封性能的关键因素及其作用规律，从而创新封隔器的结构设计理念，指导新型封隔器的研制。

一、封隔器胶筒密封性能影响因素研究实验研究表明，封隔器胶筒受力、胶筒材料及形状、封隔器结构等在不同程度上，对封隔器的密封性能产生影响，特别是封隔器坐封时胶筒坐封力的加载方式是决定封隔器整体气密封能力的关键因素。

1.坐封力加载方式对密封性能的影响坐封力加载方式决定了胶筒与套管径向接触应力的分布[1]，而接触应力与胶筒的密封性能密切相关，在一定范围内，胶筒的密封能力与接触应力近似成正比[2]，胶筒与套管的接触应力越大、越均匀，封隔器密封油套环空压差的作用就越强。

封隔器封层失效原因分析钱玉东;张海力;王勇【摘要】油井生产中的封层失效问题普遍存在,通过管柱结构对封层的影响进行分析,提出了蠕动效应、压差效应、液击效应观点,基于理论和生产实际中的经验,提出丢手、锚定、小直径封隔器等技术观点,该系列技术若广泛应用于生产中,必将极大促进原油生产工作.【期刊名称】《内江科技》【年(卷),期】2010(031)002【总页数】2页(P76-77)【关键词】封隔器;封层;压差;液击;锚定;丢手【作者】钱玉东;张海力;王勇【作者单位】胜利油田河口采油厂;胜利油田河口采油厂;胜利油田河口采油厂【正文语种】中文随着油田开发进入后期，射开的层位不断增加，封隔器分层生产井比例在逐步增高，实际生产中，封层失效问题非常突出：主要表现为封隔器胶皮失效、层间串等。

据统计，每年因管柱结构和座封质量问题导致的高含水失效井约占作业施工油井数的8%左右，影响原油产量近万吨。

因此，分析封隔器失效问题，具有重要的现实意义。

分析发现，目前封隔器失效原因基本可分为四大类：人为因素、井况因素、工具质量因素和管柱结构因素。

从影响程度上讲，管柱结构因素是引起封隔器失效的主要因素，占失效率的80%左右，下面重点分析该因素的影响。

带封管柱在生产过程中，随着泵的抽汲作用，管柱会出现伸缩变化，为此应考虑以下一些问题。

（1）座封中性点。

油井封层生产中，机械式封隔器座封负荷要求60～100KN，座封后就会使封隔器以上油管受压缩，若管柱自身负荷大于座封负荷（实际生产均满足此条件），管柱中就会出现中性点——该点管柱既不受压、也不受拉。

中性点的计算公式为：式中：座封负荷，kg；q-每米管柱在液体中的重量，kg/m。

（2）管柱伸长量计算[2]。

油管柱是金属，伸长应符合虎克定律：式中：λ-管柱伸长量，ml-卡点位置，此处为Y2**封隔器固定位置，m；P-管柱所受复合力，N；E-钢的弹性模数；F-油管截面积，m2;从上式中可以看出，E、F为定值，伸长量与L、P成正比。