K341型裸眼水平井壓裂封隔器研制

柴國興，姜國良，牛駿，李孟濤，劉金多

（1.中國石油化工股份有限公司石油勘探開發研究院，北京 100083；2.中國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 257000；3.勝利油田集興石化安裝有限公司，山東東營 257000）①

水平井多級分段壓裂技術是目前世界上最先進的壓裂技術之一，是開發非常規油氣藏的主要技術支撐手段［1］。雖然非常規油藏通過分段壓裂技術可以大幅提高油井產量，但是這類井的油層主要是以152.4mm 裸眼段為主，目前國內還沒有配套成熟的分段壓裂工具。針對這一問題，于2012年開發研制出K341－148型壓裂封隔器，用于水平井多級分段壓裂的層段分割。

1 結構

在參考國內外同類產品的基礎上，設計了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、關閉塞、滑動活塞、膠筒、短節、下接頭等部分組成。結構如圖1所示。

下井過程中，一般的壓裂封隔器［2－4］存在以下隱患，首先多級使用時存在中途坐封的可能性；另外，膨脹式封隔器［4］坐封時也不易承受太高的坐封壓力。針對以上存在的問題，對K341－148型壓裂封隔器進行了結構改進和性能優化。設計了坐封啟動塞和坐封關閉塞，分別安裝在閥套上，當封隔器下井時，啟動塞隔絕了液體進入膠筒內腔的通道，使其不能膨脹，只有達到一定壓力而運動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，保護了膠筒。當封隔器達到坐封壓力后，繼續增加壓力，此時關閉塞剪斷剪釘并將坐封通道關閉，避免壓裂時膠筒受到比較高的膨脹壓力而損壞。

圖1 K341－148型封隔器結構

2 工作原理

封隔器下至設計位置后，從油管加液壓，在一定壓差作用下，開啟閥剪銷被剪斷，膨脹流體通過啟動閥、關閉閥進入膠筒，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。隨著膠筒內壓力的不斷升高，當該壓力達到一定值后，關閉閥剪銷被剪斷，使關閉閥關閉，將進液孔堵死，實現可靠密封。井口放壓為零，打開閥回位自動鎖緊，實現永久性關閉，保證封隔器長久密封和可靠工作。

3 技術參數

4 創新技術

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

2）設計有防中途坐封機構，提高了封隔器的下井安全性和坐封可靠性。

3）設計有單流控制閥關閉機構，保證封隔器坐封免受高壓。

4）適用于井徑變化大、不規則的井眼。

5 試驗情況

5.1 室內試驗

為盡快投入現場應用，工具加工成功后對其進行了室內試驗，管柱如圖2所示。

圖2 K341－148型封隔器室內試驗管柱

首先從油管內加壓至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加壓驗證膠筒密封情況，試驗數據如表1。

表1 K341－148型封隔器室內試驗數據

從表1試驗數據可以看出：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，達到設計要求，能夠滿足現場試驗要求。

5.2 現場試驗

K341型壓裂封隔器于2012－01投入現場試驗，截至2012－12，現場應用共計5井次，其中直井2口，水平井3口；多級使用2井次，與Y445型懸掛封隔器配套使用2井次，單級使用1井次。現場施工成功率達100%，最高壓裂壓力達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。

6 結論

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）由于試驗井數較少，該封隔器的整體性能有待進一步通過現場試驗和改進來提高，并研制壓裂開關等其他壓裂配套工具。

3）作為水平井分段壓裂工藝技術的主要配套工具之一，市場應用前景廣闊。

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

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

［3］李宗田，蔣海軍，蘇建政.油田采油生產管柱技術手冊［K］.北京：中國石化出版社，2009：80－113，227－323.

［4］韓振華，曾久長.井下作業技術數據手冊［K］.北京：石油工業出版社，2000：371－408.