橡胶制品在石油钻采工程中的应用研究

张薇

摘要：随着我国经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，石油、天然气的使用量不断加大。因此，国家也加大了石油天然气的开采量，与之对应地是石油钻采工程量随之加大。在石油钻采的整个过程中，经常用到弹性好、耐磨损的橡胶制品，例如封隔器、扶正器、○型密封圈和固井胶塞等，它们是石油天然气钻采过程中必不可少的物料。本文将通过简要介绍橡胶制品在石油钻采工程中几个方面的应用，以达到推进石油钻采所涉及橡胶制品的技术、工艺进步。

关键词：橡胶制品;石油钻采工程;封隔器;○型密封圈;固井胶塞

在各大油田石油钻采工程中，橡胶制品以其良好的性能得到了较为广泛地使用。本文根据橡胶制品在石油钻采工程中的应用领域不同，主要介绍在钻井过程中常使用的固井胶塞、旋转密封总成，在作业过程中常使用的封隔器、扶正器以及在采油过程中常用的○型密封圈等。

1、橡胶制品简介

1.1 橡胶制品分类

橡胶制品是利用天然或合成橡胶为原材料，加以其他辅助材料加工而成的各种产品。橡胶制品分为2种，即天然橡胶制品和合成橡胶制品。天然橡胶制品是采用天然橡胶加工而成的橡胶制品;合成橡胶制品是采用人工合成的橡胶加工而成的橡胶制品。

1.2 橡胶制品特点

橡胶制品在加工过程中，都需要经过加温、加压在模具中成型。因此，橡胶制品具有以下几个特点：一是橡胶具有高弹性，在模具中成型后，橡胶制品伸缩性较强能够减震，而且耐磨性强，比如日常车辆所使用的轮胎等;二是橡胶具有绝缘性，它可以用在电气设备上，起到绝缘作用，也可以起到密封作用;三是橡胶在压力、温度发生变化时，橡胶制品的稳定性存在适应范围[1]。

2、橡胶制品在石油钻采工程中的应用

2.1 橡胶制品在钻井过程中的应用

防喷装置是各大油气田钻井过程中必备的井口控压设备，它主要是通过打压实现密封。旋转密封总成所涉及的橡胶制品主要是轴承里面的2个密封胶芯，通过内外筒体的旋转实施密封，保证钻井实施过程的安全、可控;闸板防喷器中所用到的橡胶制品主要是密封胶芯，在井筒内有管柱时，可以密封环套空间，在井筒内无管柱时，可以密封整个井口。

完井固井是对下入的套管与地层之间的空隙注入水泥浆，使套管与地层紧密贴合。固井过程中所使用的橡胶制品主要是固井胶塞，它根据固井方式的不同分为普通固井胶塞、固井双胶塞、双级注水泥胶塞、钻杆胶塞和空胶塞等。完井固井一般分为套管固井和尾管固井。套管固井主要使用常规固井胶塞和防旋转固井胶塞，防旋转固井胶塞是在常规固井胶塞的基础上改进而来，它主要是能减少钻除时间，缩短钻井实施周期，降低了钻井作业成本。目前，防旋转固井胶塞在日常套管固井施工过程中应用比较广泛。尾管固井主要用于三开井和侧钻井，尾管通过挂在悬挂器上，然后对尾管进行固井，水泥返高到悬挂器位置。尾管固井的优点是节省管柱，降低钻井成本;缺点是尾管尺寸较小，随着尾管总长度的变化，水泥浆在环空中受地层、井筒内流体的影响加大，这时候需要使用钻杆胶塞加以控制，最终保证尾管固井顺利完成。

2.2 橡胶制品在作业过程中的应用

封隔器是分层采油、堵水和注水等作业过程中最常见、且必不可少的一种工具，它的使用贯穿了油气田勘探开发全过程。封隔器的主要部分是密封胶筒，胶筒是由橡胶制成，弹性较好，通过打压等方式坐封于套管、油管环形空间，主要用于分隔不同层位的油层、封堵出水的层位以及分层注水等方面。由于封隔器应用在不同的井型、井别的油井中，封隔器在井筒内面对着高温、高压、不同性质的混合流体以及气体，常常发生封隔器胶筒老化、破损、撕裂等现象。因此，胶筒的质量好坏、承受高温高压、耐腐蚀性的能力直接决定了封隔器的密封效果[2]。

封隔器的胶筒使用材料主要是橡胶，橡胶质量的好坏决定了胶筒的好与坏，橡胶质量好，胶筒的弹性好，在坐封过程中封隔器的伸缩性就比较好，即在小的作用力下就可以完成坐封。

封隔器的主要坐封方式有挤压式和液压式。不论哪种坐封方式，封隔器的耐高温、耐高压性能决定着坐封效果。由于油井井筒内的封隔器一直处于高温、高压的环境，而且长时间接触油、气、水混合物，胶筒材质容易老化，其弹性、伸缩性、强度逐渐变弱，封隔器承压能力减弱，封隔器容易失效。特别随着油田进入开发的中后期，井况、地下流体都发生了很大变化，对封隔器性能要求越来越高。

封隔器在在设计时需要重点考虑胶筒的压缩量、尺寸精度、公差和表面粗糙程度等。同时，需要考虑到所使用油气田的环境以及油井的井筒情况等。

2.3 橡胶制品在采油过程中的应用

在油田抽油井日常生产过程中，油井井口的盘根盒里面有若干○型密封圈，它们主要是起到密封作用，防止抽油井光杆在上下运动过程中带出原油，从而导致井场的环境污染。○型密封圈是一种材质为橡胶、横截面为圆形的密封圈，它是井口采油树上最常见的一种密封件。○型密封圈安放在盘根盒内，它一方面紧贴上下运动的光杆，另一方面牢牢固定在盘根盒内部空间里，为了保证密封圈的使用寿命以及整个密封效果，一般往盘根盒里加入一定量的黄油，这样既能减小光杆和密封圈的相互摩擦，也能起到辅助封堵的作用。虽然○型密封圈的密封效果很好，但由于它在日常采油過程中长期接触原油以及天然气等，再加之有一部分油井压力较高，密封圈会出现变形、空隙等现象，使用寿命会受到这些因素的影响。基于此，在日常采油的过程中，单位、员工都会采用质量过硬的○型密封圈，并且会在盘根盒里放入若干个密封圈以保证密封性。

3、结束语

随着国家经济的发展和社会的不断进步，橡胶制品的应用范围越来越广、作用越来越重要，特别是在石油钻井、作业、采油等过程中，橡胶制品的使用不仅广泛，而且由于涉及高温高压，橡胶制品质量要求严格。因此，我国橡胶制品行业应该根据石油钻采工程的行业特点，加快原材料的研发，加强新技术、新工艺的引进，推动相关橡胶产品的改进、革新，从源头上推进石油钻采工程相关行业的发展，为国家的油气资源开采贡献力量。

参考文献：

[1] 梁新国.橡胶制品在石油钻采工程中的运用[J].中国石油和化工标准与质量，2012，5：79.

[2] 韩旭，李锐，勒宝军，等.膨胀橡胶封隔器在油气井固井中的应用现状[J].科技创新与应用，2011，34（2）：15-17.