柴國(guó)興，姜國(guó)良，牛駿，李孟濤，劉金多

（1.中國(guó)石油化工股份有限公司石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083；2.中國(guó)石油化工股份有限公司勝利油田采油工藝研究院，山東東營(yíng) 257000；3.勝利油田集興石化安裝有限公司，山東東營(yíng) 257000）①

水平井多級(jí)分段壓裂技術(shù)是目前世界上最先進(jìn)的壓裂技術(shù)之一，是開發(fā)非常規(guī)油氣藏的主要技術(shù)支撐手段［1］。雖然非常規(guī)油藏通過分段壓裂技術(shù)可以大幅提高油井產(chǎn)量，但是這類井的油層主要是以152.4mm 裸眼段為主，目前國(guó)內(nèi)還沒有配套成熟的分段壓裂工具。針對(duì)這一問題，于2012年開發(fā)研制出K341－148型壓裂封隔器，用于水平井多級(jí)分段壓裂的層段分割。

1 結(jié)構(gòu)

在參考國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了K341型壓裂封隔器，采用液壓坐封、上提下放解封方式，主要由上接頭、定位螺栓、定壓塞、閥套、關(guān)閉塞、滑動(dòng)活塞、膠筒、短節(jié)、下接頭等部分組成。結(jié)構(gòu)如圖1所示。

下井過程中，一般的壓裂封隔器［2－4］存在以下隱患，首先多級(jí)使用時(shí)存在中途坐封的可能性；另外，膨脹式封隔器［4］坐封時(shí)也不易承受太高的坐封壓力。針對(duì)以上存在的問題，對(duì)K341－148型壓裂封隔器進(jìn)行了結(jié)構(gòu)改進(jìn)和性能優(yōu)化。設(shè)計(jì)了坐封啟動(dòng)塞和坐封關(guān)閉塞，分別安裝在閥套上，當(dāng)封隔器下井時(shí)，啟動(dòng)塞隔絕了液體進(jìn)入膠筒內(nèi)腔的通道，使其不能膨脹，只有達(dá)到一定壓力而運(yùn)動(dòng)后才能打開坐封通道坐封，從而防止K341型封隔器受水壓中途坐封，保護(hù)了膠筒。當(dāng)封隔器達(dá)到坐封壓力后，繼續(xù)增加壓力，此時(shí)關(guān)閉塞剪斷剪釘并將坐封通道關(guān)閉，避免壓裂時(shí)膠筒受到比較高的膨脹壓力而損壞。

圖1 K341－148型封隔器結(jié)構(gòu)

2 工作原理

封隔器下至設(shè)計(jì)位置后，從油管加液壓，在一定壓差作用下，開啟閥剪銷被剪斷，膨脹流體通過啟動(dòng)閥、關(guān)閉閥進(jìn)入膠筒，隨著流體的不斷增加膠筒逐漸被膨脹，在一定壓力作用下膠筒變形與裸眼井壁緊密接觸形成密封。隨著膠筒內(nèi)壓力的不斷升高，當(dāng)該壓力達(dá)到一定值后，關(guān)閉閥剪銷被剪斷，使關(guān)閉閥關(guān)閉，將進(jìn)液孔堵死，實(shí)現(xiàn)可靠密封。井口放壓為零，打開閥回位自動(dòng)鎖緊，實(shí)現(xiàn)永久性關(guān)閉，保證封隔器長(zhǎng)久密封和可靠工作。

3 技術(shù)參數(shù)

4 創(chuàng)新技術(shù)

1）這種封隔器所配擴(kuò)張式膠筒是由上護(hù)套、外膠層、彈性不銹鋼帶骨架層、內(nèi)膠層、下護(hù)套所組成，用不同的固定方式組成一個(gè)完整的膠筒。

2）設(shè)計(jì)有防中途坐封機(jī)構(gòu)，提高了封隔器的下井安全性和坐封可靠性。

3）設(shè)計(jì)有單流控制閥關(guān)閉機(jī)構(gòu)，保證封隔器坐封免受高壓。

4）適用于井徑變化大、不規(guī)則的井眼。

5 試驗(yàn)情況

5.1 室內(nèi)試驗(yàn)

為盡快投入現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，工具加工成功后對(duì)其進(jìn)行了室內(nèi)試驗(yàn)，管柱如圖2所示。

圖2 K341－148型封隔器室內(nèi)試驗(yàn)管柱

首先從油管內(nèi)加壓至9MPa，壓力突降，表明封隔器開始坐封，加壓至21MPa，坐封完成，停泵。從試壓孔1和試壓孔2加壓驗(yàn)證膠筒密封情況，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1。

表1 K341－148型封隔器室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

從表1試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出：K341－148型壓裂封隔器坐封性能良好，坐封后雙向承壓65 MPa無滲漏，達(dá)到設(shè)計(jì)要求，能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)要求。

5.2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

K341型壓裂封隔器于2012－01投入現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，截至2012－12，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用共計(jì)5井次，其中直井2口，水平井3口；多級(jí)使用2井次，與Y445型懸掛封隔器配套使用2井次，單級(jí)使用1井次。現(xiàn)場(chǎng)施工成功率達(dá)100%，最高壓裂壓力達(dá)62 MPa，使用效果良好，為下一步大面積推廣該類工具提供了理論依據(jù)。

6 結(jié)論

1）K341型裸眼封隔器提高了封隔器下入安全性和坐封密封可靠性。

2）由于試驗(yàn)井?dāng)?shù)較少，該封隔器的整體性能有待進(jìn)一步通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和改進(jìn)來提高，并研制壓裂開關(guān)等其他壓裂配套工具。

3）作為水平井分段壓裂工藝技術(shù)的主要配套工具之一，市場(chǎng)應(yīng)用前景廣闊。

［1］朱正喜，李永革.水平井裸眼完井分段壓裂技術(shù)研究［J］.石油礦場(chǎng)機(jī)械，2011，40（11）：44－47

［2］萬仁溥，羅英俊.采油技術(shù)手冊(cè)：壓裂酸化工藝技術(shù)［K］.北京：石油工業(yè)出版社，1996：112－266.

［3］李宗田，蔣海軍，蘇建政.油田采油生產(chǎn)管柱技術(shù)手冊(cè)［K］.北京：中國(guó)石化出版社，2009：80－113，227－323.

［4］韓振華，曾久長(zhǎng).井下作業(yè)技術(shù)數(shù)據(jù)手冊(cè)［K］.北京：石油工業(yè)出版社，2000：371－408.