水平井裸眼封隔器密封結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究

　　針對水平井壓縮式裸眼封隔器存在的密封性差、坐封力低、膠筒與井壁間存在間隙等問題，對其密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)與優(yōu)化，設(shè)計出一種凸球形隔環(huán)和凹球形膠筒組相結(jié)合的新型密封結(jié)構(gòu)。運用ABAQUS 軟件模擬密封結(jié)構(gòu)封隔器膠筒的坐封情況，獲得膠筒組軸向接觸壓力的分布規(guī)律，并分析膠筒硬度和摩擦因數(shù)對接觸壓力的影響。結(jié)果表明：新型密封結(jié)構(gòu)凸球形隔環(huán)在軸向壓縮膠筒的同時也起徑向壓縮作用，提高了膠筒與井壁和中心管間的接觸壓力，增強(qiáng)了封隔器的密封性能；膠筒與井壁間的接觸壓力隨著膠筒硬度和摩擦因數(shù)的增大而增大，但過大的摩擦因數(shù)會導(dǎo)致下膠筒接觸壓力明顯減小，應(yīng)選擇硬度和摩擦因數(shù)合適的膠筒，從而保證封隔器的密封可靠性。

　　水平井裸眼完井分段壓裂技術(shù)是一項先進(jìn)的完井技術(shù)，不僅能增加油氣井產(chǎn)量，而且大大降低固井、射孔作業(yè)所帶來的成本和風(fēng)險，同時還能減少對地層的污染。中石油渤海鉆探工程技術(shù)研究院研發(fā)的水平井裸眼完井分段壓裂配套工具在蘇里格氣田的成功應(yīng)用，預(yù)示著國產(chǎn)水平井分段壓裂工具及壓裂工藝進(jìn)入了一個嶄新的時期。壓縮式裸眼封隔器作為水平井分段壓裂配套工具的重要組成部分，在多段壓裂過程中的作用至關(guān)重要，其性能直接影響著壓裂施工的效果。

　　隨著鉆井深度的不斷提高，在越來越復(fù)雜的井底情況和高溫高壓環(huán)境的影響下，常規(guī)壓縮式裸眼封隔器常常出現(xiàn)密封性差、坐封力低、膠筒與井壁間存在間隙等問題，導(dǎo)致密封性能不能完全滿足施工需要。本文作者對常規(guī)封隔器密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，設(shè)計出一種凸球形隔環(huán)和凹球形膠筒相結(jié)合的水平井壓縮式裸眼封隔器新型密封結(jié)構(gòu)，提高了封隔器的密封性能。

　　結(jié)論

　　(1) 新型密封結(jié)構(gòu)凸球形隔環(huán)在軸向壓縮膠筒的同時也起徑向壓縮作用，不僅將膠筒向右擠向井壁，而且也將膠筒向左擠向中心管，從而提高了膠筒與井壁和中心管間的接觸壓力。

　　(2) 新型密封結(jié)構(gòu)的凹球形膠筒組與井壁、中心管間的最大接觸壓力和平均接觸壓力均提高了50%左右，大大增強(qiáng)了膠筒組的密封性能; 各凹球形膠筒與中心管間的平均接觸壓力分別是常規(guī)密封結(jié)構(gòu)的1.63、1.83、1.64 倍，在一定程度上能避免膠筒組與中心管之間出現(xiàn)間隙。

　　(3) 膠筒與井壁間的接觸壓力隨著膠筒硬度的增大而增大，新型密封結(jié)構(gòu)密封性更好，選擇硬度合適的膠筒能為封隔器的密封可靠性提供保障。

　　(4) 2 種密封結(jié)構(gòu)的上膠筒與井壁間的接觸壓力均隨著摩擦因數(shù)的增大而增大，中膠筒上半段逐漸增大而下半段減小，下膠筒顯著減小，故摩擦因數(shù)并不是越大越好，采用相關(guān)工具清理井眼，減少摩擦因數(shù)，更有利于封隔器密封性能的提升。