
通井作业是油田修井、完井中的关键工序,用于清理井筒、检测套管状况。通井设备(如通井规、刮管器)上的密封圈直接与套管壁接触,承受复杂井下载荷与腐蚀介质的双重考验。合理选择密封圈材料,是保障作业安全与效率的技术前提。
通井设备密封圈面临的核心工况挑战包括:
接触载荷:密封圈外径须大于套管内径一定值(过盈量通常为直径的1%~3%),产生足够的径向接触力以刮除套管内壁附着物。过盈量过小清洁效果差,过大则摩擦阻力剧增,存在工具遇卡风险
磨粒磨损:套管内壁常附有水泥块、硬蜡、垢层等硬质附着物,密封圈在起下过程中受到强烈的磨粒磨损
化学腐蚀:接触介质包括钻井液、原油、酸化液等,对橡胶材料具有不同程度腐蚀性
井下温度:随井深增加而升高,常规井温度可达120~150℃,深井甚至更高
聚氨酯(PU) :目前通井设备密封圈应用最广泛的材料。聚氨酯具有出色的耐磨性和抗撕裂强度,硬度可在邵氏A 70~95范围内调节,既能有效刮除附着物,又具备良好弹性以保护套管不被划伤。其不足之处在于耐高温性能有限(通常不超120℃),且对强酸强碱耐受性不如氟橡胶。
丁腈橡胶(NBR) :具有优良的耐油性,在中低温油基井液中表现稳定。但耐磨性不及聚氨酯,抗磨粒磨损能力较弱,适用于清洁井筒、较低载荷的通井作业。
氢化丁腈橡胶(HNBR) :在丁腈橡胶基础上经氢化处理,耐温性提升至150~165℃,且耐硫化氢和酸性介质能力显著增强,适用于含硫井或略高温井况。
填充改性复合材料:为提高密封圈的耐磨寿命,部分高性能产品在聚氨酯基体中添加耐磨填料,如尼龙颗粒、陶瓷微粉等。这类复合材料在保持弹性的同时显著提升了抗刮擦能力,适用于硬垢较多的套管清理作业。
选型应遵循以下步骤:第一步,依据最新套管通径测井报告确定套管实际内径,结合推荐过盈量选择密封圈外径规格;第二步,根据井深和地温梯度估算井下工作温度,据此确定材料耐温等级;第三步,分析井筒流体性质(油基/水基、含硫与否、pH值)筛选耐化学介质牌号;第四步,根据预期清除物类型(软蜡、硬水泥垢、结盐等)权衡材料硬度与韧性。
通井作业现场还需遵循“由小到大”原则,先下入过盈量小的工具安全探明井筒状况,再逐步增大到设计尺寸。下放速度不宜过快,防止产生过大激动压力;上提时密切观察指重表读数,判断是否遇阻。随着深层油气和复杂井况的开发需求增长,具备实时监测密封圈磨损状态能力的智能化通井工具,正成为行业研发方向。
