Y521壓裂封隔器的優化改進

王伏(中石油長城鉆探工程有限公司壓裂公司壓裂酸化技術研究所，遼寧 盤錦 124010)

Y521壓裂封隔器的優化改進

王伏(中石油長城鉆探工程有限公司壓裂公司壓裂酸化技術研究所，遼寧 盤錦 124010)

本文針對目前Y521封隔器在壓裂施工中存在的質量問題，將PDCA質量管理方法應用于Y521封隔器質量改進過程。在運用統計方法對現場問題歸類的基礎上，從設計角度進行原因分析，并對其結構進行優化設計，通過試驗研究方法驗證。經過現場百余口井的應用，表明改進后的封隔器質量有較大提升，有效地滿足了現場施工要求，并取得了較好的經濟效益。

Y521封隔器；質量改進；PDCA；坐封失敗；開關式反洗閥

1 存在問題

在我們日常使用過程中，發現Y521封隔器存在以下問題：

(1)中途坐封。(2)坐封及驗封失敗。(3)壓后提不動。(4)反洗閥異常。這些問題的出現，導致單位需要投入大量的人力去分析改進及返工作業，影響施工效率和質量，提高了施工費用，耽誤開采進度。

2 工具結構改進及優化

針對Y521封隔器存在的上述問題，依據PDCA質量管理方法擬定改進措施，在封隔器設計上采用預防手段，對其從結構上進行改進優化，以期提高封隔器質量，降低質量成本。

2.1 工具組合及結構優化

前期現場施工發現，該封隔器配置水力錨、反洗閥工具，能夠提升工具的一次施工成功率，取得了不錯的改造效果，并形成了某些區塊的固定改造管柱。但管柱較長，不同廠家的工具配伍性設計不好，如水力錨漏失、反洗閥打不開等情況時有發生，為此，對該工具串結構進行了精簡，設計了一種組合式的Y521封隔器。相比較原有管串長度2.1m，優化改進的Y521封隔器工具長度僅為1.2m，現場施工時一次成功率達到97%以上。

2.2 可開關式反洗閥部件

設計了一種可開關式的反洗閥部件，環空壓力大于管柱內部壓力10MPa以上時，活塞向上運動打開反洗通道，反洗閥工作。降低壓力時，活塞在彈簧力的作用下歸位，反洗閥關閉。

2.3 卡瓦結構優化

根據倪紅英等人對卡瓦的研究成果，修改了卡瓦結構設計，計算優化后的卡瓦套管間接觸力增加了81.8%。

優化了卡瓦材質，采用40CrMnMo，調質后表面高頻淬火，提高齒牙硬度至HRC50-55，低溫回火消除應力，保障卡瓦的力學強度。

2.4 研制專用檢修工具

錨牙的錨牙塊上加工有中心槽，其中心槽沿深度方向較為光滑，無任何可以借力的結構特征。經檢索發現，國內未有專用的工具用于水力錨上的錨牙起拔。一直以來，起出錨牙是個費時費力的事情，現場通常采用錨牙上的壓條來左右晃動錨牙，并嘗試起出錨牙。由于壓條和錨牙不能相對固定，所以需要不停的轉動、晃動，甚至使用錘子砸，常發現起出的錨牙或者錨牙配合面有磨損，試壓不合格，導致水力錨工具本體損傷而報廢。針對現場水力錨工具上的錨牙難以起出，且無專用工具的情況下，設計了一款錨牙起拔器。

2.5 用于復合套管井的下入保護裝置研制

在一些復合套管井中，如7掛5的套管井中，工具過懸掛器時會出現刮碰、遇阻等現象，甚至無法通過，而不得不將全部管柱從井內起出來；有的雖然經過多次提放、旋轉管柱等方法，使得入井工藝管柱通過了懸掛器，但也可能被刮傷，如膠筒被刮壞后坐封不嚴，或者壓裂施工時可能造成油套間的突然竄通，使得施工無法進行。

針對該問題，研制了復合式套管井的井下作業的輔助工具——過管扶正器。這種工具與入井工具相連接，在工具通過懸掛器之前可以保證工具在井眼內居中，以便入井工具順利經過懸掛器，且不影響工具與入井管柱進入下一級套管，增加了井下施工的成功率。

3 優化后的Y521封隔器室內試驗及現場應用情況

為檢查Y521封隔器改進計劃的執行情況和實施效果，需要對設計結果進行驗證，并記錄驗證結果。對優化后的Y521封隔器通過開展一系列的室內試驗和現場試驗以試驗研究方法驗證改進后的封隔器性能指標是否滿足現場使用要求。

3.1 室內模擬試驗

對優化后Y521型封隔器的各項性能進行了室內試驗，按照國家標準，試壓至70MPa后，穩壓15min后測取壓力值。

室內試驗表明，優化后Y521型封隔器的耐壓試驗的壓降均在1%以內，符合國家標準，工作參數滿足設計要求。

3.2 現場應用情況

2014年以來，優化改進后的Y521封隔器在遼河油田、大港油田、吉林油田等現場累計使用102井次，一次成功率達到98.04%，且起出工具狀況良好，膠筒無明顯破損。表明改進后的Y521封隔器能夠有效滿足壓裂封隔的要求。

4 結語

(1)針對Y521封隔器在使用時出現的中途坐封、封隔器膠筒損壞、反洗閥施工中意外打開的問題，優化了工具卡瓦等部件的結構，并且給出了施工操作的建議，如流體力學計算表明控制下速(以1M/S為宜)可以有效避免中途坐封，設計了專用的維修工具-錨牙起拔器，以提高工具維修效率和減少封隔器損壞。

(2)研制了復合式套管井的井下作業的輔助工具過管扶正器，提高了Y521封隔器工具施工的成功率。

[1]楊志濤，何祖清，劉斌,等.管柱入井時管內液體引起水擊現象力學模型[J].石油機械，2007，35(9)：46-47.

[2]膩紅梅，徐國英，王維剛,等.可取橋塞卡瓦結構優化設計[J].石油機械，2009，37(2)：32-34.