Page 97 - 《橡塑技术与装备》2024年5期

材料与配方 陈同骁·超高温高压完井组块密封的研制

超高温高压完井组块密封的研制

陈同骁
( 中海油能源发展股份有限公司，天津 300450)

摘要 ： 组块密封作为完井工程中的保持井筒完整性、实现井下资源分层开采的重要工具，其工作的可靠性与稳定性不言而喻。
在超高温高压油气田中，对于组块密封的耐温性、耐压性要求更高，该方面研究在国内少有涉及。本文通过新型耐高温气密材料
的开发、组块密封结构设计，结合结构仿真与试验，研制形成多个尺寸系列耐温 204 ℃、耐压 10 000 psi 的完井组块密封工具，
为我国超高温高压油气田开发提供了国产化工具支持。
关键词 ： 超高温高压 ；油气田 ；完井工具 ；组块密封
中图分类号 ： TQ336.42 文章编号 ： 1009-797X(2024)05-0041-06
文献标识码 ： B DOI:10.13520/j.cnki.rpte.2024.05.010

0 绪论
组块密封结构作为油气田分层开采的重要工具，
其工作可靠性和稳定性对井下高效生产至关重要，组
块密封结构在井下依靠外侧橡胶件与密封筒内壁相配
合形成轴向密封，起到隔绝产层、分层开采或维持井
筒完整性的作用，其工作原理如图 1 所示。车家琪 [1]
等人针对预置管柱气动式排水采气工艺，设计了一种
用于封隔井底积液和产期通道的插入组块密封方案，
但其主要着重于组块密封的结构优化，密封材料采用 图 1 组块密封工作原理
HNBR 材料，不适用于超高温高压油气井的开发 ；吴
赛赛 [2] 等人设计了 4 种组块密封结构，实现了常温和 1 耐高温密封材料的开发
油气井的密封材料因井况不同，常常需要满足耐
高温下 45 MPa 的压差密封，但是相较于 10 000 psi
高温、耐高压、耐腐蚀等工况要求，对其性能要求较高。
[3]
（68.9 MPa）的高压密封还尚有差距 ；程文佳 等人
在目前油气行业内，橡胶材料通常作为密封材料使用，
设计了一种带有 1 mm 退让槽的组块密封，并采用了
材质主要有丁腈橡胶、氢化丁腈橡胶、氟橡胶、全氟
4 道矩形密封圈粘接结构，解决了组块密封在密封筒
醚橡胶和四丙氟橡胶。其中，四丙氟橡胶的耐高温性
内反复拖动带来的磨损问题，但不涉及超高温高压 ；
能较好，性能稳定，原因在于其采用了氟原子屏蔽 C—
[4]
左凯 等人基于参数化建模方法，利用有限元分析进
C 主链的形式，保证了主链的稳定性 ；同时 C—F 键
行了组块密封关键影响因素分析，并基于分析结果自
键能较大，稳定性高。因此本研究拟采用四丙氟橡胶
主设计了组块密封工具，但受于材料所限，工具并未
作为主要组块密封弹性材料，通过配方增强技术进行
应用于超高温高压油气田开发。
补强，形成耐高温高压气密的新型特种橡胶材料。
综上所述，国内对完井组块密封的研究多关注在
碳纳米管（图 2）是一种准一维纳米材料，具有
其结构设计、密封影响参数研究、失效分析方面，在
适用于超高温高压的组块密封方面研究较少，因此本
文针对超高温高压油气开采井况，通过解决耐高温密 作者简介 ：陈同骁（1990-），男，现主要从事海上完井工
程监督及管理工作。
封材料限制，开展超高温高压组块密封的研制。
收稿日期 ：2024-01-22

年
2024 第 50 卷 ·41·