Y211型拖動壓裂封隔器研制與應(yīng)用

任國富1，2，徐自強(qiáng)1，2，王在強(qiáng)1，2，付鋼旦1，2，桂　捷1，2，邵　媛1，2，蒙　鑫1，2，胡相君1，2

（1．長慶油田分公司油氣工藝研究院西安710065；2．低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實驗室　西安710065）①

Y211型拖動壓裂封隔器研制與應(yīng)用

任國富1，2，徐自強(qiáng)1，2，王在強(qiáng)1，2，付鋼旦1，2，桂捷1，2，邵媛1，2，蒙鑫1，2，胡相君1，2

（1．長慶油田分公司油氣工藝研究院西安710065；2．低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實驗室西安710065）①

常規(guī)K344型封隔器用于大排量拖動壓裂時存在壽命短、管柱易被卡等問題。設(shè)計了一種Y211型拖動壓裂封隔器，采用卡瓦錨定、壓力平衡式解封、正反循環(huán)沖砂等技術(shù)。現(xiàn)場試驗表明：研制的封隔器一次下井平均可壓裂6．2段，較K344型封隔器大幅提高。

封隔器；壓裂封隔器；拖動壓裂

帶底封拖動分段壓裂是長慶油田水平井改造的主要技術(shù)之一。隨著體積壓裂理念的引入，壓裂規(guī)模不斷擴(kuò)大，施工排量、施工壓力不斷提高［1］，常規(guī)K344型封隔器存在壽命短、工具損壞后導(dǎo)致管柱遇卡、施工效率低等問題。分析認(rèn)為大排量壓裂引起管柱蠕動是導(dǎo)致其損壞的主要原因［24］。為此，針對拖動分段壓裂要求研發(fā)了Y211型拖動壓裂封隔器。

1　技術(shù)分析

1．1 結(jié)構(gòu)

Y211型壓裂封隔器結(jié)構(gòu)如圖1所示（左端為上，右端為下）。封隔器換向槽的展開圖如圖2。

圖1　Y211型拖動壓裂封隔器結(jié)構(gòu)

圖2　封隔器換向槽展開圖

1．2 工作原理

該封隔器的坐封方式為壓縮式，采用上提下放坐封，再上提解封。封隔器坐封、解封、正沖砂過程如圖3所示。

圖3　Y211型拖動壓裂封隔器坐封、解封、正沖砂過程示意（箭頭表示液流方向）

1） 坐封過程。

封隔器入井時，導(dǎo)向銷位于換向槽的短軌道（D點）處，此時錐體與卡瓦不接觸，封隔器不會錨定，當(dāng)下至預(yù)定坐封深度時，上提管柱0．4～0．5 m，再下放管柱，導(dǎo)向銷將位于換向槽的長軌道（A點）處，卡瓦被撐開并咬住套管壁，施加10～35 k N下壓力（管柱井口懸重減輕）使得封隔器內(nèi)中心桿向下壓縮內(nèi)膠筒，內(nèi)中心桿推著中心管繼續(xù)向下運動壓縮外膠筒，封隔油套環(huán)形空間。

2） 解封過程。

上提管柱，帶動封隔器內(nèi)中心桿上行，內(nèi)膠筒先解封，此時，高壓液體通過內(nèi)膠筒與中心管之間的間隙進(jìn)入到中心管內(nèi)，并通過導(dǎo)向中心管管壁上的沖砂通道進(jìn)入到封隔器下部，使封隔器上下壓力平衡，當(dāng)連接在內(nèi)中心桿上的壓帽接觸到中心管下端時，壓帽頂著中心管向上運動，外膠筒解封。繼續(xù)上提管柱，中心管繼續(xù)上行，錐體與卡瓦脫開，卡瓦回縮。

3） 沖砂過程。

如果封隔器上部有沉砂導(dǎo)致起鉆困難，那么先反循環(huán)，將液流通道上部的砂子反洗出井筒，之后對于外膠筒上方少量的沉砂，可以在關(guān)閉套管閥的條件下，從油管泵注流體，流體從內(nèi)膠筒與中心管之間的間隙進(jìn)入到中心管內(nèi)，并通過導(dǎo)向中心管管壁上的沖砂通道進(jìn)入到封隔器下部，進(jìn)而將沉砂攜帶到封隔器下方。

1．3 主要技術(shù)參數(shù)

封隔器總長1 414 mm

最大外徑116 mm

軌道行程300 mm

坐封力20～35 k N

最高工作溫度120℃

最大工作壓差70 MPa

重復(fù)坐封次數(shù)≥15次

適用套管139．7 mm API套管

錨定方式機(jī)械卡瓦

1．4 技術(shù)特點

1） 壓力平衡式解封。在解封時通過上提管柱，使內(nèi)膠筒解封后，流體可以通過內(nèi)中心桿與中心管的環(huán)形空間進(jìn)入到封隔器下方，從而使得封隔器上下壓力平衡，利于解封。

2） 正反循環(huán)沖砂。當(dāng)遇到砂卡，反循環(huán)不能解封時，可以在關(guān)閉套管閥的條件下，從油管注入沖砂液，沖砂液會從中心管上的進(jìn)液孔進(jìn)入到其與內(nèi)中心桿的環(huán)空，再從中心管的沖砂通道出來，從而將封隔器上的沉砂沖洗到封隔器下方，解除封隔器砂卡。

2　現(xiàn)場試驗

2014年，在油田水平井開展壓裂試驗85口井（708段），平均單趟管柱壓裂6．2段，比現(xiàn)有管柱施工能力高3段／趟，最大壓裂排量可達(dá)10 m3／min。

表1　Y211型拖動壓裂封隔器應(yīng)用對比數(shù)據(jù)

3　結(jié)論

通過結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計，使Y211型拖動壓裂封隔器適用于油田拖動分段壓裂作業(yè)。現(xiàn)場試驗表明，工具壽命長、重復(fù)坐封解封可靠性高，可滿足大排量體積壓裂的要求。

［1］ 聶玲，周德勝，郭向東，等．利用灰色關(guān)聯(lián)法分析低滲氣藏壓裂影響因素［J］．?dāng)鄩K油氣田，2013（1）：133－136．

［2］ 王尊策，張辰，溫后珍，等．壓裂管柱力學(xué)分析及應(yīng)用［J］．石油礦場機(jī)械，2014，43（9）：30－33．

［3］ 張海力，張俊．管柱結(jié)構(gòu)造成油井封層失效原因分析［J］．石油礦場機(jī)械，2008，37（1）：48－50．

［4］ 童廣巖，楊清榮，李原記，等．封隔器蠕動消除器的研制與應(yīng)用［J］．石油機(jī)械，2001，29（8）：44－45．

Development and Application of Y211 Dragging Fracturing Packer

REN Guofu1，2，XU Ziqiang1，2，WANG Zaiqiang1，2，F(xiàn)UGangdan1，2，GUI Jie1，2，
SHAOYuan1，2，MENGXin1，2，H UXiangjun1，2
（1．Oil and Gas Technology Research Institute，Changqing Oilfield Company，Xi’an 710018，China；2．National Engineering
Laboratory for Exploration and Development of LowPermeability Oil&Gas Fields，Xi’an 710018，China）

Aiming at the problem that current K344 packer has low working life，pipesticking，etc．when used in high displacement dragging fracturing，a Y211 dragging fracturing packer is developed，slip anchor mechanism，pressure balance unset mechanism，direct and reversed circulation sand washing mechanism are used in the Y211 packer．Field tests demonstrate that the Y211 packer can fracture 6．2 stages one trip，which is improved than K344 packer．

packer；fracturing packer；dragging fracturing

TE931．2

B

10．3969／j．issn．1001－3842．2015．09．014

1001-3482（2015）09-0060-02

①2015－03－06

中石油集團(tuán)公司科技項目“油氣藏儲層改造技術(shù)重大現(xiàn)場攻關(guān)試驗”（2012FCGYLGZ002）

任國富（1981－），男，陜西定邊人，碩士，現(xiàn)從事油氣田開發(fā)工藝和井下壓裂工具的研究，E－mail：rgf＿cq＠petrochina．com．cn。