劉金超 豆彬龍 柴崇軍 王 璐

(西安海智機電設(shè)備有限公司，陜西 西安 710018)

1 概述

隨著油田的開發(fā)時間的不斷推移,采油指數(shù)快速下降,原油產(chǎn)量急劇下降,極大地增加了油田的開發(fā)和開采難度。而油田各類復雜軌跡井、側(cè)鉆井的不斷開發(fā),給壓裂工藝技術(shù)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(xiàn)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(jié)流壓差大;三是膠筒的抗撕裂性能差,很難實現(xiàn)一趟管柱完成多段。為提高原油產(chǎn)量和油田采收率,急需開展重復改造工藝技術(shù)研究,提高重復改造技術(shù)水平和效果。

2 整體結(jié)構(gòu)設(shè)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(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 跨式封隔器結(jié)構(gòu)示意圖

密封部分:是在中心管加壓的情況下發(fā)生動作,最終密封環(huán)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(tài)。

3 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1 整體結(jié)構(gòu)及工作原理

整體結(jié)構(gòu)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(huán)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(gòu)的下邊環(huán)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(wǎng)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(jié)流壓差,大于6MPa坐封完成,實現(xiàn)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(shù)參數(shù),如表1所示。

表1 主要技術(shù)參數(shù)

3.3 性能特點:

3.3.1 單井連續(xù)改造層段數(shù)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(diào)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(guī)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(guī)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(xiàn)全通徑。

4 室內(nèi)實驗及現(xiàn)場測試

4.1 室內(nèi)實驗

4.1.1 在內(nèi)徑φ124.3 mm套管內(nèi),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(shù)30次以上。

4.1.2 在內(nèi)徑φ121.4 mm套管內(nèi),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(shù)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(jié)果可知,封隔器的密封性能穩(wěn)定,坐封、解封靈活(坐封力>6MPa),錨卡牢固?？缡椒飧羝鞯恼w性能遠超過國內(nèi)現(xiàn)有水平并已達到國外先進水平,完全可以滿足現(xiàn)場需要。

4.2 現(xiàn)場測試

選取某井開展了跨式封隔器現(xiàn)場試驗,該井采用水力噴砂壓裂技術(shù),采用環(huán)空攜砂,油管補液注入方式,設(shè)計壓裂段數(shù)為8段,施工完成段數(shù)為8段。管柱結(jié)構(gòu)組成:多功能丟手、液壓坐封式跨式封隔器、節(jié)流噴砂器、拖動式底封封隔器、接箍定位器組成。

圖2 連續(xù)分層壓裂管柱串

利用自主研發(fā)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(wěn)定,壓裂過程中解封、坐封順利,無砂卡現(xiàn)象發(fā)生。

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

圖3 作業(yè)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(jié)論

通過跨式封隔器研制、室內(nèi)實驗及現(xiàn)場試驗,得出以下結(jié)論:

5.1 整體結(jié)構(gòu)包括:密封部分、支撐錨定部分、坐封部分。

5.2 在內(nèi)徑φ124.3 mm套管內(nèi),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(shù)24次以上;在整個實驗過程中,錨定牢固,密封性能穩(wěn)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(wěn),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(wěn)定。壓裂過程中,解封、坐封順利,無砂卡現(xiàn)象發(fā)生。

通過室內(nèi)實驗和現(xiàn)場測試表明,跨式封隔器滿足現(xiàn)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(xiàn)了一趟管柱壓裂多段的目標。整體性能遠超過國內(nèi)現(xiàn)有水平并已達到國外先進水平,完全可以滿足現(xiàn)場需要。