卡封工藝分析及完善措施

（中國石化勝利油田股份公司，山東 東營 257000）

1 前言

樁西油田現有油井3000 多口，隨著油田開發的深入，每一口油井從上到下館陶、東營、沙河街等油藏層系有條件的基本全部打開。由于開發需求不同，單井筒內除在井網的目的層需要生產開發外，非目的層不需要生產。每一個層系開發都存在水驅、注聚區等不同驅動類型，導致各油層生產壓差不同，因井筒的連通作用而形成了層間干擾，如果不采取分層卡封、丟封等完井工藝將嚴重影響油井目的層正常生產。伴隨井筒條件或開發工藝的需要提升，精細化管理對井筒工藝要求越來越高。油井卡封工藝在油田開發過程中所占比例逐年大幅度提升，卡封工藝由開始的Y211+Y111+防頂卡瓦的一代卡封工藝發展到Y211+Y445的二代卡封工藝，兩種卡封工藝的支撐方式都是加壓坐封,存在封隔器之間連接管柱丟封前受壓，丟封后有一個強大的恢復彈力，嚴重影響封隔器密閉的穩定效果。特別是如果卡封層油層地層壓力較高時，卡封之間的高壓液體產生上頂力加劇卡封失效，存在卡封周期短的情況，頻繁的換卡封作業即增加了油井生產成本又影響了油井生產。

創新研制新型卡封工藝，改善油井卡封效果，提高油井生產效益就是在這種井筒條件、開發工藝需求及低成本運行形勢下迫切的課題。

2 傳統卡封工藝失效分析

1.近幾年卡封失效79 井次，卡封失效主要存在兩個因素：主觀因素和客觀因素。

主觀方面存在三個情況：施工操作人員操作不平穩下鉆速度過快，導致封隔器膠皮刮創套管內壁形成破壞性損壞或形成輕微裂紋，影響卡封的密閉性；未按施工標準執行丟封穩壓時間，穩壓時間短導致Y445 鎖緊部分位移沒有足夠時間推動行程小，軸向壓縮膠皮力度不夠，膠皮徑向擴張不足與套管內壁貼合度低卡封密閉效果差；Y211 坐封加壓負荷過大，卡封之間油管彎曲變形嚴重，油管回彈位移大，上頂力破壞性強。

客觀方面存在三個方面：高壓卡封層油層壓力在Y445封隔器與套管內壁環空封隔器膠皮上產生的液壓上頂力認識不足，在卡封工藝中未考慮其破壞力，通過計算證明當卡封層地層壓強大于2.0MPa 將產生足夠的上頂破壞力；套管壁腐蝕影響了封隔器膠皮與套管內壁密閉效果；卡距設計過大，為油管提供了更大彎曲空間，油管彎曲回彈行程大破壞力大。

2.對卡封失效的79 口井從七個方面分析情況如下：

（1）不同套管型號內卡封失效情況：D177.8mm 套管井卡封失效70 口井，占89%；D139.7mm 套管井卡封失效9 口井，占11%；近幾年下入井內Y445-150 封總計610臺，Y445-115 封176 臺，Y445-150 封與Y445-115 封總數比是3.5:1，而卡封出現問題之比是8:1，由于套管與封隔器中心管環空的面積不同產生的上頂力不同，同等卡封層壓力值情況下對D177.8mm 套管內封隔器產生上頂力大于D139.7mm 套管（如下表1）；同時大的徑向空間導致卡封油管彎曲度更大產生的彈性回彈力更大，對卡封封隔器穩固性破壞能力大，問題相對出現的多高達3 倍以上。

在等徑油管情況下，油管在大直徑套管中發生的彎曲度越大，產生的彈性恢復力越大。

現場施工Y445 封隔器打撈解卡負荷240KN，一般減去原井管柱負荷120KN，Y445 封鎖定機構的解封負荷也就在100KN-150KN。如果我們坐封加壓80KN，注聚及水驅中心區域的地層壓力一般高于2.0MPa 產生大于27KN 的上頂力，坐封產生的恢復力和地層壓力產生上頂力之和，處于Y445 封隔器解封負荷的臨界狀態。如果套管內壁腐蝕凹凸不平，封隔器牙與套管內壁咬合效果差，卡封層油層壓力大于2.0Mpa 時，綜合因素作用下都加劇Y445 封經過一段時間后自我解封[1]。

（2）卡封之間油管刺孔16 口井占失效總數的20%；其中油管刺壞又出砂7 口井占油管刺壞比例的44%說明有些油管刺孔并不是出砂所致，而是卡封井井眼位于地層液體主流道處，液流對貼壁油管沖擊，形成刺孔。

（3）出砂42 口井占失效總數的53%，主要是卡封封隔器失效后，地層砂從失效封隔器與套管環空之間返到套管內，證明卡封層能量足。

（4）封隔器膠皮損壞57 口井占失效總數的72%，通過統計封隔器膠皮損壞明顯增多主要原因為：下鉆速度快造成的原始膠皮下部與套管內壁摩擦損壞；打撈卡封過程解卡及上提刮碰磨損造成膠皮上部損壞該情況屬于后期施工造成不是卡封失效的原因；封隔器膠皮質量的檢測存在不足。

圖1

圖2

表1 不同地層壓力值產生的上頂力對應表

（5）卡距與卡層厚度之比過大，最大之比 22，卡封之間油管長度過多導致油管彎曲度嚴重，產生彈性回彈力大造成封隔器解封隱患概率高。卡距與卡層厚度之比大于3的井占14 井次，占短周期井的64%，可見卡距越長絲扣連接處越多，失效隱患點越多；卡封之間油管油管加壓后蘊藏恢復力越大，卡封穩定性效果越差。

（6）打撈卡封層后使用比重大于1.22 大鹵水的34 口井占43%，卡封層為高壓層明顯偏多，地層油壓在封隔器橫截面上產生破壞上頂力，影響封隔器的穩定性。卡封有效期低于100 天的22 口井，占失效總數的28%。其中使用比重大于1.22 鹵水13 口井，占到有效期低于100 天口數的60%。可見卡封層高壓破壞封隔器穩定性卡封效果差，嚴重影響卡封效果。

（7） 因套變卡封失效6 口井占總數的8%，這個比例會隨著開發深入而提高，套管井壁完好度變差而增多，長時間生產在起下鉆磨損及產出液腐蝕下套管內壁完好度越差，提供給封隔器牙片的支撐點越弱，坐封穩定性下降。

3 卡封工藝的建議

卡距長度與卡層厚度之比建議1.5:1，盡量減少卡封之間有關長度，下部封隔器定位卡封層下界2.0 米處；卡封層為高壓層或下部生產層為高產油量層建議水泥封堵。避免因卡封層壓力高導致卡封失效，重復作業造成作業成本浪費；卡封坐封加壓建議取坐封加壓標準下值，降低油管彎曲后的彈性恢復力，Y211 封隔器下放坐封標準D139.7mm套管坐封加壓60-80KN，D177.8mm 套管坐封加壓80-100KN，結合實際工作建議統一坐封加取其下限減少油管恢復彈力對Y445 封產生的上頂破壞；Y445 封隔器丟封穩壓時間以及下封操作速度嚴格執行標準，由于坐封穩壓時間不標準活塞行程小導致鎖緊裝置不到位坐封不嚴，下鉆速度過快容易使封隔器膠皮損壞，在恢復力作用下容易在短時間內失效。

封隔器卡封短期失效或多次失效，解剖時要測40 臂井壁測井，利用監測技術落實套管完好程度，由于開發的中后期，套管內壁腐蝕損壞嚴重，影響與封隔器密閉效果；封隔器坐封位置嚴禁與上一次作業重復同一位置，卡封設計要注明封隔器附近套管接箍位置深度。

工具改進建議：Y445 封結構將馬齒扣鎖環加寬，增加接觸面提高解封負荷；Y211 封隔器增加自鎖功能，坐封膠皮壓縮后自動鎖定，上提恢復小于原井負荷后，對Y445 封投球丟手。來消除油管彎曲產生的上頂力。

對封隔器膠皮性能進一步提高，降低因膠皮損壞而導致卡封短期內失效。

4 創新研發Y445+Y341 組合

主要用Y445 封+Y341 封卡封管柱組合替代Y445 封+Y211 封卡封管柱組合。雙封隔器均為液壓坐封消除了加壓坐封造成油管受壓發生彎曲，避免了卡封之間油管的彎曲后的恢復力對Y445 封隔器上頂力的破壞，小直徑沖管可以通過卡封管柱及封隔器，同時滿足特殊油田的探沖需求。

將Y341 封隔器下部連接坐封密封管，把Y445 封坐封堵截通過內管相連接下到Y341 封下部密封管內，卡封外管柱與內管、坐封堵截一次下入打壓坐封，內管設計留有壓力傳遞通孔，在完成Y341 封隔器坐封的同時也完成Y445封隔器坐封，座封后倒扣丟手起出內管及坐封堵截卡封完成。傳統Y445+Y341 卡封組合是投球式，在Y341 封隔器下部有個接球欄，無法滿足小直徑沖管通過，探沖下部機械防砂體內腔的需求。

卡封方式根據卡封深度來確定：淺部卡封采取大通徑過泵封卡封組合；中部深度卡封，卡封層壓力低于靜水柱壓力時建議Y445+211 組合，卡封層地層壓力大于靜水柱壓力值時建議Y445+Y341 組合 ；深部卡封采取由于地溫較高建議使用耐高溫膠皮的FXY445+FXY341 組合。

5 卡封管住組配注意事項

施工前對管柱三丈量三核實，確保管柱組配無誤差，油管按每千米伸長十公分累計長度，如果卡封油層間距小于3 米，工具下到位后必須進行磁定位測試校正關注誤差；下卡封工序前進行通井刮管工序施工，驗證清理套管井筒完好套管壁無結垢無毛刺，卡封工具順利到位；對于采出液礦化度較大的，可以提前采取測40 臂井徑驗證電化學對套管壁的腐蝕程度，確保Y211 封隔器的支撐點及封隔器膠皮的接觸面完好。

卡封井段兩封隔器之間大于30 米，每三十米一個扶正器，降低油管彎曲度，消除油管彈性恢復力；卡封使用Y445+Y211 組合時，Y211 封下放坐封加壓取標準值下限；D177.8mm 套管加壓80KN，D139.7mm 套管加壓60KN，在標準范圍內降低油管受壓彎曲；卡封層地層壓力大于靜水柱壓力值時，卡封組合選用Y445+Y341 組合，這樣Y445只承受高壓液體的上頂了，避免了油管彎曲彈性恢復的破壞力；卡封層壓力小于靜水柱壓力值時，卡封組合選用Y445+Y211 組合，主要可以節約材料費用。