跨式封隔器的現場應用

劉金超 豆彬龍 柴崇軍 王 璐

(西安海智機電設備有限公司，陜西 西安 710018)

1 概述

隨著油田的開發時間的不斷推移,采油指數快速下降,原油產量急劇下降,極大地增加了油田的開發和開采難度。而油田各類復雜軌跡井、側鉆井的不斷開發,給壓裂工藝技術提出了新的課題。尤其是油氣井的后期改造更是困難,目前現有的工具:一是因錨卡不牢固、雙封單卡,導致壓裂過程中封隔器解封和膠筒失效;二是需求坐封節流壓差大;三是膠筒的抗撕裂性能差,很難實現一趟管柱完成多段。為提高原油產量和油田采收率,急需開展重復改造工藝技術研究,提高重復改造技術水平和效果。

2 整體結構設計思路

跨式封隔器主要由:密封部分、支撐錨定部分、平衡裝置、防砂裝置組成,基本結構見圖1。

圖1 跨式封隔器結構示意圖

密封部分:是在中心管加壓的情況下發生動作,最終密封環形間隙,防止流體通過。其中膠筒一體組合式膠筒,既能滿足密封要求,又能抵抗一定的壓力,防止膠筒破損。

支撐錨定部分:將封隔器支撐在套管壁上,防止封隔器由于縱向移動而影響密封性能。所采用的卡瓦解封后自動收回。

坐封部分:為活塞式,當中心管壓力升高時,活塞會推動膠筒慢慢壓縮,直至膠筒完全貼合在套管壁上,達到密封效果;當中心管壓力降低后,上提管柱解封,膠筒回復原狀態。

3 整體結構設計

3.1 整體結構及工作原理

整體結構包括四部分:密封部分、支撐錨定部分、坐封部分。密封部分:膠筒、下接頭、中心管組成。是整個封隔器的核心部分,起封隔環空作用。

支撐錨定部分:卡瓦、卡瓦盒、上接頭組成。卡瓦盒與活塞連接,卡瓦和卡瓦彈簧裝在卡瓦盒上,上接頭與密封機構的下邊環相連,當下放時錐體把卡瓦錐開,其作用是在封隔器坐封時對膠筒起支撐作用。

坐封部分:活塞、氣缸、彈簧、防砂網等組成,主要作用是對膠筒進行壓縮坐封,解封后靠彈簧力自動收回。

工作原理:①坐封,靠節流壓差,大于6MPa坐封完成,實現無限極壓裂;②解封,完成對目的層的壓裂施工后停泵,泄壓上提管柱,跨式封隔器自動解封。

3.2 主要技術參數,如表1所示。

表1 主要技術參數

3.3 性能特點:

3.3.1 單井連續改造層段數不小于30段。

3.3.2 上提管柱,跨式封隔器自動解錨、解封。

3.3.3 跨式封隔器間距自由調整,最小封隔間距0.8 m。

3.3.4 工具串采用雙封雙卡,防止了壓力波動導致的管柱蠕動。

3.3.5 可選任意壓裂層段,控制各層段處理規模,改造針對性強。

3.3.6 適合薄互層精細分層壓裂,改造常規壓裂容易遺漏的儲層。

3.3.7 對每一個射開的層位可進行選擇性壓裂。

3.3.8 不需要其他輔助工具,壓裂后實現全通徑。

4 室內實驗及現場測試

4.1 室內實驗

4.1.1 在內徑φ124.3 mm套管內,溫度120℃、承壓70MPa,坐封解封載荷20-35kN條件下,封隔器重復坐封解封次數30次以上。

4.1.2 在內徑φ121.4 mm套管內,溫度120℃、承壓70MPa,坐封解封載荷20-35kN條件下,封隔器重復坐封解封次數35次以上。

4.1.3 在整個實驗過程中,從對跨式封隔器的多次測試結果可知,封隔器的密封性能穩定,坐封、解封靈活(坐封力>6MPa),錨卡牢固。跨式封隔器的整體性能遠超過國內現有水平并已達到國外先進水平,完全可以滿足現場需要。

4.2 現場測試

選取某井開展了跨式封隔器現場試驗,該井采用水力噴砂壓裂技術,采用環空攜砂,油管補液注入方式,設計壓裂段數為8段,施工完成段數為8段。管柱結構組成:多功能丟手、液壓坐封式跨式封隔器、節流噴砂器、拖動式底封封隔器、接箍定位器組成。

圖2 連續分層壓裂管柱串

利用自主研發的拖動式底封封隔器順利完成8段施工。由每段的壓裂曲線可知,工作壓力40-50MPa,破裂壓力29-50MPa。說明封隔器封隔可靠,工具性能穩定,壓裂過程中解封、坐封順利,無砂卡現象發生。

跨式封隔器起出情況：起出后,整體結構完好,檢測無明顯變形。各個部件動作靈活。

圖3 作業完成后跨式封隔器實物圖

工具起出后膠筒尺寸φ119.2 mm×136mm,膠筒縮短18mm,直徑方向增大5.2 mm,膠筒兩端都有輕微破損,不影響其密封性能（圖4）。

5 結論

通過跨式封隔器研制、室內實驗及現場試驗,得出以下結論:

5.1 整體結構包括:密封部分、支撐錨定部分、坐封部分。

5.2 在內徑φ124.3 mm套管內,溫度120℃、承壓70MPa,坐封壓力6MPa的條件下,封隔器重復坐封解封次數24次以上;在整個實驗過程中,錨定牢固,密封性能穩定,坐封、解封靈活可靠。

5.3 跨式封隔器一次下井,順利完成8段施工,由每一段的施工曲線可知,驗封階段的壓力曲線平穩,射孔壓力40-50MPa,破裂壓力29-50MPa,說明封隔器封隔可靠,工具性能穩定。壓裂過程中,解封、坐封順利,無砂卡現象發生。

通過室內實驗和現場測試表明,跨式封隔器滿足現場施工要求,解決了此類封隔器密封困難、無法承受高溫高壓以及錨定部分錨卡困難且容易砂卡等問題,實現了一趟管柱壓裂多段的目標。整體性能遠超過國內現有水平并已達到國外先進水平,完全可以滿足現場需要。