周怡君

（中國石化西南油氣分公司石油工程技術研究院，四川 德陽 618000）

0 引言

川西地區中淺層侏羅系氣藏普遍具有產層多、滲透率低、產能低、非均質性強的特點，而馬井、新場地區部分井還具有高破裂壓力的特點。因此，封隔器工具單層多層壓裂技術、分層多層壓裂技術、水平井多層壓裂技術就成了提高單井產量、高效開發氣田的關鍵技術和重要手段。近年來，針對Y241型封隔器在使用過程中存在解封困難、工具取出不便等方面的問題，筆者通過開展Y241型封隔器結構和作用機理研究，提出了封隔器結構改進思路，優化了工具結構設計，在實際應用中取得了良好的效果。

1 Y241型封隔器結構及作用機理分析

1.1 Y241型封隔器結構

Y241型封隔器主要由密封部分、坐封部分、鎖緊部分、解封部分和錨定部分組成（圖1），這套Y241型封隔器的特色是3個有機結合的活塞系統。

圖1 Y241型封隔器結構示意圖

Y241型封隔器采用的是活塞系統實現密封，見圖2。

圖2 Y241型封隔器上部活塞系統圖

Y241型封隔器的坐封系統又是一套活塞系統，主要由下膠筒座、芯管、上活塞、上缸套、上缸座體和錐體組成（圖3）。

圖3 坐封系統示意圖

Y241型封隔器的錨定部分也是一套活塞系統，同時集成鎖緊和解封部分［1］。主要由卡瓦、卡瓦座、下缸套、下缸座體、棘齒卡簧、棘齒卡簧套、止退環、鎖定剪銷、尾座等組成（圖4）。

圖4 下活塞系統示意圖

1.2 Y241型封隔器作用機理

1）坐封。從油管內加壓，3個液缸同時獨立工作：液壓經傳壓孔進入中部液缸推動活塞和缸套上行壓縮膠筒組封隔襯套與套管環空；液壓經傳壓孔進入上部液缸推動活塞下行與上膠筒座配合密封襯套與中心管之間環形通道［1］123；液壓經傳壓孔進入下部液缸推動卡瓦座和卡瓦組上行與錐體配合實現坐卡，同時帶動棘鎖裝置上行邁過帶鎖銷的止退環與棘齒卡簧配合共同阻止中部和下部活塞復位，實現鎖緊。

2）解封。上提管柱，芯管上行，強行剪斷止退環上的鎖銷，此時在膠筒的恢復彈力下，推動中部和下部液缸活塞復位，封隔器解封。

1.3 Y241型封隔器優缺點分析

1）優點。Y241型封隔器屬于液壓式封隔器，依靠油管內加壓坐封，因此不論直井或是斜井、水平井都適用。由于設計了鎖緊機構，坐封可靠，同時卡瓦機構的設計可提高管柱的穩定性。

2）缺點。錐體和卡瓦分體設計，有助于脫卡，但對其約束效果不佳，卡瓦往往處于半開狀態，易中途阻卡；解封僅僅膠筒的彈性恢復，缺少恢復助力裝置，膠筒難以恢復原狀，工具取出性差，解封力大。

2 Y241型封隔器結構改進

2.1 存在問題分析

1）Y241型封隔器的解封力大。造成這一問題的原因是上活塞系統只能保障正注時循環通道密封的可靠性，一旦關閉將不會打開，也就是說解封上提時不會打開。解封時，中部活塞要依靠膠筒的恢復力實現復位，但是膠筒長期處于受擠壓狀態并處在高溫環境中，恢復力極為有限。這就導致解封時，即使卡瓦已經脫卡，膠筒仍處于鼓脹狀態，提管柱就像拔塞子，這就是其解封力大的主要原因。

2）錐體和卡瓦分體設計，有助于脫卡，但對其約束效果不佳，卡瓦座往往不能回位，也就導致卡瓦往往處于半開狀態，易中途阻卡。比如：X11井。

X11井取出的封隔器照片見圖5，從圖5中可以清晰地看出卡瓦處于張開狀態，經測量最大外徑為118 mm，而工具的正常外徑是110 mm。X11井尾管段用的?139.7×10.54 mm的套管，內徑118.6 mm。在進行這趟提封隔器作業時遇阻卡，最大上提懸重超過管柱自重43 t，提出后膠筒僅剩余一個，而且有明顯磨損印跡，鋼制隔環也缺少了一個。綜上，改善Y241型封隔器的取出性是結構改進的出發點。

圖5 X11井取出的封隔器照片圖

2.2 改進結構

1）針對前期使用的Y241型封隔器上活塞系統存在缺陷，改進了上活塞系統（圖6），取消上活塞系統的密封結構，設置襯套密封，將襯套的位置進行調整，依靠封隔器液缸推動力在壓縮膠筒的同時，實現襯套的端部密封。襯套和中心管之間的通道上下連通，不存在密封結構，便于壓力傳遞，解封上提時，能夠使膠筒更好的恢復［2］，上提過程中，襯套和中心管之間的通道能夠保證封隔器膠筒上下壓力平衡，減少活塞阻力，便于封隔器提出。

圖6 上活塞系統改進前后對比圖

2）針對Y241型封隔器取出性的問題，改進了下活塞系統（圖7）。調整活塞缸位置，將封隔器的卡瓦座下部增加了彈簧套管和彈簧，當座封時，彈簧處于壓縮狀態；當解封時，壓縮的彈簧可以為封隔器上提解封時提供下活塞及缸套的復位動力，同時還可給卡瓦提供回復力，幫助卡瓦復位，從而避免卡瓦阻卡管柱的順利起出。

圖7 下活塞系統改進前后對比圖

3 現場應用

MJ14井采用改進后的Y241型封隔器進行分段改造施工，施工管柱結構為：錐管掛+調整短節+N80?73 mm×5.51 mm油管+安全接頭+循環滑套+調整短節+水力錨+Y241型封隔器+N80?73 mm×5.51 mm油管及調整短節+坐封球座。從油管投球、候球入座后憋壓逐級座封封隔器，打壓至20 MPa打掉球座驗封，確認封隔器座封成功后從油管注入對下層進行加砂壓裂，施工排量為2.0～4.0 m3／min，施工泵壓為28～30 MPa，累計注入陶粒18 m3；從環空泵注對上層進行加砂壓裂，施工排量為4.1 m3／min，施工壓力為27.6～30.5 MPa，累計注入陶粒30 m3。排液測試結束后，上提管串至17 t，封隔器順利解封，提出井筒中全部油管，驗證了結構改進后的封隔器密封及解封的可靠性。此后，該結構改進后的封隔器在MP51D井成功實施三層分層加砂壓裂施工，在JS3-1H水平井實施9段分段改造，各段改造儲層破裂特征明顯，未發現環空異常起壓、封隔器竄漏等異常情況，表明結構改進后的封隔器密封及解封性能可靠。

4 結論

1）Y241型封隔器結構簡單，適用范圍廣，通過對Y241型封隔器活塞結構的改進與優化，提高了Y241型封隔器的取出成功率。

2）采用結構改進后的Y241型封隔器井下工具組合實施分層壓裂工藝具有良好的應用效果，可以進一步推廣應用。