随着能源需求增长，封隔器在井下作业中应用广泛，但传统封隔器在长期运行中因塑性变形易失去弹性，导致密封失效。在高压高温（HPHT）深水和超深水钻井完井项目中，封隔器等密封组件对油井完整性至关重要。套管外封隔器技术的突破可实现多层永久可靠隔离，防油气层互窜，避免水泥浆污染储层，提高产量，对解决综合储层开发和井筒完整性水泥环气窜及环空带压难题具有关键意义。

封隔器橡胶圈的工作机理
方法一：
水泥浆膨胀式套管外封隔器（CSIECP）技术使用水泥浆作为充气介质，水泥浆凝固成为水泥石后，整个封隔器变成了层间永久可靠的隔离体。与传统的液压充气封隔器技术相比，其隔离压力更高，寿命更长（He，2004）。

水泥密封与机械密封能力对比相关测试

高压腔内压力变化曲线
CSIECP技术将水泥封固变为机械密封，避免了水泥封固受多种因素影响而导致的密封失效，能为小跨度层提供永久可靠的密封，防止油气水层间窜流，避免了层间窜流和储层损害，降低了生产压降损失，有利于增产作业，工艺简单安全可靠，缩短施工周期，节约成本。
方法二：
传统封隔器密封时，压头下压使橡胶环变形与井壁或套管密封，但接触部分易发生塑性变形失去弹性。自膨胀封隔器是一种新型封隔器，其橡胶内部聚合物结构遇液膨胀，可密封不规则井眼和水平井段，替代固井作业，能有效降低机械坐封压力影响，保持密封功能，延长封隔器使用寿命，为压裂作业提供可靠密封（Huang，2023）。

现场封隔器橡胶失效情况
温度升高对橡胶膨胀影响显著，70℃、120℃和140℃实验表明温度越高橡胶膨胀率越大，120℃柴油中遇油橡胶膨胀比达4.55倍，70℃时仅2倍。不同温度实验显示盐浓度越高膨胀率越低，清水中膨胀率越高且最大膨胀体积增加。

封隔器橡胶膨胀率测试设备。（A）预热滚子加热炉（B）滚子加热炉。（C）放入橡胶样品（D）拧紧盖子
热耦合分析表明一定长度充气封隔器橡胶内部温度场分布均匀无热量积累，散热性能好，温度差异随地层温度升高而减小，对封隔器可靠性影响小，有助于提高性能和延长使用寿命。

12.5mm间隙和70MPa下橡胶筒参数图。（A）Von-Mises应力等值线，（B）剪切应力等值线，（C）接触压力等值线，（D）位移等值线
方法三：
研发基于固体金属膨胀系统的新型井眼环空屏障，新型封隔器通过液压扩张钢体支撑密封，钢体受压膨胀并紧贴井眼形成密封。膨胀密封安装在管段上，作为套管或衬管的串联组件。可用于套管和衬管，具有更高压差承载能力和膨胀比，不影响内径和流动条件，便于后续井维护（Plessing，2011）。

安装过程中和安装后的井眼环空屏障
与传统技术对比，克服了弹性体兼容性、膨胀时间不确定和长期性能降解等问题，安装时，封隔器分段下入井中，到位后加压使其膨胀至与井眼接触。若使用水泥，在水泥凝固前几分钟施加额外压力扩张封隔器，可确保在湿水泥中贴合井眼，消除水泥窜槽风险，在水泥固井的套管或衬管中，可消除套管与水泥间微环空风险。

屏障上下的最大性能包络线
 

翻译：苏超
编辑：苏超
参考文献：