Y511壓裂封隔器使用中存在的問題及原因分析

蔣慶(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)

Y511壓裂封隔器使用中存在的問題及原因分析

蔣慶(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)

目前，中石油長城鉆探壓裂公司研制的Y511封隔器在油田得到了廣泛的應用。該封隔器具有耐壓耐溫高、承壓時間長、易解封的優點。通過近千井次的現場應用，出現過下入遇卡、封隔器膠筒損壞、反洗閥施工中意外打開的問題。為了有效解決上述問題，使用質量管理PDCA方法，改進優化原有的Y511封隔器，提高工具的可靠性和一次成功率。

封隔器；使用；存在問題；原因

1 工作原理

(1)Y511封隔器結構 Y511封隔器主要由水力錨組件、反洗閥組件、密封組件、換向機構、坐卡機構組成。

(2) Y511封隔器工作原理 該封隔器的工作原理是工具下到設計位置時，上提工具至一定高度，順時針旋轉3～5圈，下放封隔器并壓重8-12t，完成坐封。壓裂施工后，只需要上提一定高度即可解封。

2 存在問題

采用全面質量管理的統計技術，對從2003年以來施工的862口井進行統計，下入過程中途坐封6井次，0.7頻次%；坐不住37井次，4.3頻次%；封不嚴28井次，3.3頻次%；反洗閥異常15井次，1.8頻次%；壓后提不動23井次，2.7頻次%；其它異常5井次，0.6頻次%；施工正常748井次，86.8頻次%。

從以上表述可以看出，該封隔器現場施工一次成功率較高，達到86.8%，但也出現了一些出現頻次較高的問題，主要表現在：①封隔器一次坐封成功率及驗封成功率有待提高，失敗率占現場應用井次的8%。②壓裂施工結束后，工具不能提出的頻次占現場應用井次的2.7%。③壓裂施工結束后，反洗閥打不開的頻次占現場應用井次的1.8%。

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。

3 原因分析

針對上述存在的問題，從產品設計的角度，結合流體力學知識對問題進行原因分析。

(1)中途坐封 封隔器下入過程中，井內液體受到瞬間阻擋截斷，導致對工具產生水擊效應。水擊壓力促使封隔器上的零部件移動并壓縮膠筒，使封隔器中途坐封。由流體力學理論可知，管柱內井液對封隔器產生的瞬時最大水擊壓差公式為[1]：

式中， ρ為井內液體密度，kg/m3；C為壓力傳播速度，m/s；v0max為管柱內井液上行的速度，m/s；E0為井液彈性模量，MPa；D為管柱外徑，mm； δ為管柱平均厚度，mm；E為管柱彈性模量，MPa。

從式(1)可知，水擊壓差和下管速度正相關。計算下管速度為4m/s時，水擊壓差為10.68MPa，推動膠筒坐封。應該予以控制下速，推薦1m/s為宜。

(2)坐封及驗封失敗 對坐封失敗的封隔器起出分析，卡瓦破碎13井次，20頻次%；無法換向29井次，45頻次%；膠筒損傷17井次，26頻次%；本體損傷6井次，9頻次%。

通過組裝及檢修發現，造成卡瓦破碎的原因是分瓣式的卡瓦太長，造成歸位彈簧的疲勞，當然，應該通過優化卡瓦的結構參數予以消除隱患[2]。造成本體損傷的原因有卡瓦不歸位導致的損壞，套管有臺階導致的硬碰變形，也有工具本身設計強度太薄弱導致的壓裂時高壓變形。膠筒損壞的原因很多，有操作方面的問題，如下速過快或者猛提猛放，管柱在井內劇烈震動，導致膠筒刮壞；也有井筒方面的問題，如7掛5的井身結構，封隔器在過懸掛器時有可能刮蹭損壞膠筒。無法換向為工具設計的問題，外換向槽的換向機構容易進入異物，尤其發生在一些嚴重結蠟或者未洗井就下工具的施工中，還有可能是外換向槽下入時的變形，都可能造成無法換向。

(3)壓后提不動 造成壓后提不動的原有有很多，有工具本身的問題，如本體損傷、變形；也有作業施工的問題，如防噴結束后未及時反洗，造成管柱沉砂，或者解封后未及時起管，地層出砂導致封隔器砂埋的情況。

(4)反洗閥異常 反洗井時，從油套環空加高壓液體，高壓液體推動反洗活塞，打開反洗井通道，高壓液體由套管通過進液孔進入油管，最后高壓洗井液經套管從油管返出，完成反洗井工藝。

原有反洗閥打開時，活塞向下運動，時常造成意外打開(如異物、砂橋等)，或者壓后打不開的情況下，打開后無法關閉，造成返工作業或者大修。

4 工具結構改進及優化

針對Y511封隔器存在的上述問題， 我們可以考慮在以下幾方面進行優化：①工具組合及結構優化。②可開關式反洗閥部件。③卡瓦結構優化。④研制專用檢修工具。⑤用于復合套管井的下入保護裝置研制。

5 結語

①Y511封隔器具有耐壓耐溫高、承壓時間長、易解封的優點，在油田得到了廣泛的應用。②針對Y511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，優化工具卡瓦等部件的結構，并且給出了施工操作的建議，應用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。

[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.