基于KPI的裸眼封隔器應(yīng)用效能評(píng)價(jià)

摘"" 要：目前，在油氣田開(kāi)發(fā)過(guò)程中，尤其在直井或水平井的裸眼分段壓裂改造過(guò)程中，一般采用裸眼封隔器進(jìn)行分段完井和改造，因而裸眼封隔器是油氣田開(kāi)發(fā)過(guò)程中的重要設(shè)備。裸眼封隔器作為裸眼完井分段改造工藝中的重要工具之一，主要起到封隔裸眼儲(chǔ)層段的作用，裸眼封隔器的性能直接影響分段壓裂工藝的成敗。以擴(kuò)張式裸眼封隔器為例，從安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性3個(gè)角度出發(fā)，構(gòu)建擴(kuò)張式裸眼封隔器的效能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，設(shè)置整體安全系數(shù)，故障率，坐封成功率，解封成功率，故障處置時(shí)間，施工費(fèi)用率共6個(gè)效能評(píng)價(jià)指標(biāo)?；诓煌盗袛U(kuò)張式裸眼封隔器在塔河油田使用的歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，選用模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)裸眼封隔器進(jìn)行效能評(píng)價(jià)，得出K343型系列擴(kuò)張式裸眼封隔器為企業(yè)的最優(yōu)選擇。研究結(jié)果對(duì)于特深層油氣田高效開(kāi)發(fā)與降本增效、有效降低擴(kuò)張式裸眼封隔器使用故障率具有重要意義。此方法也可以類(lèi)推至其它企業(yè)對(duì)不同廠家和類(lèi)型封隔器的選型工作中。

關(guān)鍵詞：KPI;裸眼封隔器;效能評(píng)價(jià)

中圖分類(lèi)號(hào)：TE931.2"""""""" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A"""""" doi：10.3969/j.issn.1001-3482.2025.01.004

收稿日期： 2024-08-05

基金項(xiàng)目： 中國(guó)石化科技攻關(guān)項(xiàng)目“地?zé)峋鲎⒃霾膳c分層采灌技術(shù)研究”（P22088）。

作者簡(jiǎn)介： 劉承誠(chéng)（1991-），女，山東汶上人，博士，工程師，主要從事新能源技術(shù)與井下工具研發(fā)工作，E-mail：liucheng-

cheng2020@163.com。

Application Performance Evaluation of Open Hole Packer Based on KPI

LIU Chengcheng

（Sinopec Research Institute of Petroleum Engineering Co.，Ltd.， Beijing 102206， China）

Abstract：" In the current phase of oil and gas field development， the open-hole staged fracturing and reconstruction of both vertical or horizontal Wells is a prevalent process. Therefore，the open hole packer is an important equipment in the process of oil and gas field development. Open hole packer， as one of the important tools in open hole completion process， can mainly play a role in sealing open hole reservoir segments， and the performance of open hole packer directly affects the success or failure of the staged fracturing process. Taking the expansion open hole packer as an example， this paper constructs the efficiency evaluation index system of expansion open hole packer from three perspectives of safety， reliability ，and economy. It sets up six efficiency evaluation indexes including overall safety factor， failure rate， setting success rate， unsealing success rate， failure disposal time， and construction cost rate. Based on the historical statistical data of different series of expansion open hole packers used in Tahe oilfield， the fuzzy comprehensive evaluation method is used to evaluate the effectiveness of open hole packers， and it is concluded that K343 series expansion open hole packers are the best choice for enterprises. The research results are of great significance for the efficient development of ultra-deep oil and gas fields， the reduction of cost and efficiency， and the effective reduction of the failure rate of expansion open hole packers. This method can also be used by other companies in selecting different manufacturers and types of packers.

Key words： KPI; open hole packer; effectiveness evaluation

文章編號(hào)：1001-3482（2025）01-0019-05

分段壓裂是提高單井產(chǎn)量，實(shí)現(xiàn)單井上產(chǎn)的有效工藝之一[1-3]。裸眼封隔器是進(jìn)行裸眼層間分段的關(guān)鍵工具。目前，多采用液壓驅(qū)動(dòng)壓縮膠筒的裸眼封隔器進(jìn)行環(huán)空封隔[4-7]。裸眼封隔器分為壓縮式裸眼封隔器和擴(kuò)張式裸眼封隔器。但針對(duì)碳酸鹽巖等破碎性?xún)?chǔ)層，其井徑不規(guī)則、井眼擴(kuò)大率普遍較大，此時(shí)，常規(guī)壓縮膠筒結(jié)構(gòu)的裸眼封隔器無(wú)法進(jìn)行可靠、有效的封隔[8-9]。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，現(xiàn)有技術(shù)中通常采用水力擴(kuò)張式的裸眼封隔器來(lái)滿(mǎn)足不規(guī)則井眼的可靠封隔需求。但在應(yīng)用于裸眼分段壓裂作業(yè)時(shí)，隨著壓裂液的泵入、環(huán)境溫度的降低，水力擴(kuò)張式封隔器膠筒內(nèi)部液體由于熱脹冷縮的作用將導(dǎo)致壓力降低，現(xiàn)有的封隔器在壓裂過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)二次進(jìn)液脹封的情況，導(dǎo)致封隔器存在脹破風(fēng)險(xiǎn);此外，由于裸眼井筒內(nèi)的固相沉淀或者井壁坍塌掉塊對(duì)封隔器容易造成封隔器的埋卡，導(dǎo)致裸眼封隔器解封困難，或者膠筒受地層流體或泥漿影響，導(dǎo)致無(wú)法實(shí)現(xiàn)預(yù)期密封性能[10-12]。

不同廠家和型號(hào)的擴(kuò)張式裸眼封封隔器各有優(yōu)缺點(diǎn)，本文以擴(kuò)張式裸眼封隔器為例，從安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性角度建立效能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系KPI，利用層次分析法對(duì)裸眼封隔器進(jìn)行效能評(píng)價(jià)，為生產(chǎn)企業(yè)在選用裸眼封隔器時(shí)提供理論依據(jù)。

1 工作原理

塔河油田進(jìn)行擴(kuò)張式裸眼封隔器的選擇過(guò)程中，在滿(mǎn)足封隔壓力、本體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、環(huán)境溫度和油井尺寸適配等使用性能要求的情況下，篩選出K341、K343和K344型系列的擴(kuò)張式裸眼封隔器。以三種系列裸眼封隔器的歷史使用數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)其進(jìn)行效能評(píng)價(jià)，以此得到最優(yōu)的選型。擴(kuò)張式裸眼封隔器在進(jìn)行編號(hào)時(shí)，以K作為首字母，首字母后面的數(shù)字則表示封隔器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。以K341、K343和K344型為例，對(duì)擴(kuò)張式裸眼封隔器的工作原理進(jìn)行介紹。

1.1 K341型裸眼封隔器

如圖1所示，K341型裸眼封隔器主要包含上接頭、解封剪釘、連接頭、中心管、閥座、密封圈、閥、彈簧、彈簧座、膠筒總成、浮動(dòng)頭和下街頭共12部分。

坐封原理：投球憋壓，液壓推動(dòng)滑塊機(jī)構(gòu)，膠筒受到液體壓力而膨脹至完全坐封;卸壓后，液壓通道關(guān)閉，封隔器不會(huì)因卸壓而解封。

解封原理：上提油管，剪斷解封剪釘、釋放膠筒內(nèi)囊壓力，膠筒回收解封。

1.2 K343型裸眼封隔器

K343型裸眼封隔器主要包含注液機(jī)構(gòu)、上浮動(dòng)接頭、高溫高壓膠筒和下浮動(dòng)接頭，如圖2所示。

坐封原理：坐封前投入憋壓球，從油管內(nèi)泵入液體并憋壓剪斷開(kāi)啟剪釘，打開(kāi)注液閥進(jìn)行封隔器膠筒注液脹封，油管內(nèi)繼續(xù)憋壓，剪斷關(guān)閉剪釘，永久關(guān)閉注液閥，使封隔器形成永久密封。

1.3 K344型裸眼封隔器

以K344型自解封封隔器為例，如圖3所示，K344型自解封封隔器主要包含上接頭、坐封機(jī)構(gòu)、內(nèi)膠筒、肋板、外膠筒、中心管和下接頭共7部分。

坐封原理是從油管內(nèi)泵入液體，排量達(dá)到一定數(shù)值，節(jié)流器產(chǎn)生的壓差將封隔器進(jìn)行液壓膨脹座封;當(dāng)停止泵入液體和油管內(nèi)無(wú)壓差時(shí)，封隔器自動(dòng)解封。

2 效能評(píng)價(jià)

2.1 構(gòu)建效能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)KPI廣泛應(yīng)用于企業(yè)的效能評(píng)價(jià)工作中，結(jié)合擴(kuò)張式裸眼封隔器的工作原理和結(jié)構(gòu)形式，提取影響擴(kuò)張式裸眼封隔器應(yīng)用效果的關(guān)鍵因素，從而找出效能評(píng)價(jià)的關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)，最終建立基于KPI的效能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。本文從安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性3個(gè)角度出發(fā)，構(gòu)建擴(kuò)張式裸眼封隔器的效能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

擴(kuò)張式裸眼封隔器的效能評(píng)價(jià)指標(biāo)共設(shè)置了8個(gè)指標(biāo)，并對(duì)指標(biāo)進(jìn)行解釋?zhuān)_定了指標(biāo)的單位、達(dá)標(biāo)值、標(biāo)準(zhǔn)分、評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，如表1所示。

由于K341、K343和K344型擴(kuò)張式裸眼封隔器的施工環(huán)境不能保證完全一致，在進(jìn)行效能評(píng)價(jià)時(shí)應(yīng)考慮根據(jù)施工環(huán)境和油氣田狀況等因素對(duì)指標(biāo)得分值的影響。對(duì)國(guó)內(nèi)外對(duì)工具應(yīng)用的效能評(píng)價(jià)方法的調(diào)研，結(jié)合擴(kuò)張式裸眼封隔器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和施工方式，選用模糊層次分析法進(jìn)行效能評(píng)價(jià)計(jì)算。模糊層次分析法的主要思路是將層次分析法結(jié)合模糊數(shù)學(xué)理論，構(gòu)建的模糊互補(bǔ)判斷矩陣，結(jié)合專(zhuān)家打分法計(jì)算指標(biāo)權(quán)重，最后進(jìn)行模糊綜合評(píng)價(jià)[13-15]。

2.2 構(gòu)建裸眼封隔器階梯層次結(jié)構(gòu)

根據(jù)構(gòu)建的擴(kuò)張式裸眼封隔器效能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，建立階梯層次結(jié)構(gòu)，并對(duì)K341、K343和K344型封隔器的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，分別計(jì)算指標(biāo)得分值，如表2所示。

2.3 構(gòu)建裸眼封隔器模糊互補(bǔ)判斷矩陣

根據(jù)模糊層次分析法中構(gòu)建模糊互補(bǔ)判斷矩陣的要求，制定K341、K343和K344型封隔器的專(zhuān)家打分表，邀請(qǐng)行業(yè)內(nèi)的專(zhuān)家進(jìn)行效能評(píng)價(jià)指標(biāo)間關(guān)于重要程度的打分，如表3所示。

2.4 計(jì)算裸眼封隔器指標(biāo)權(quán)重

將打分表下發(fā)至專(zhuān)家進(jìn)行打分，對(duì)專(zhuān)家打分表進(jìn)行有效性分析，最后選取7位專(zhuān)家的打分結(jié)果作為權(quán)重計(jì)算數(shù)據(jù)，進(jìn)行擴(kuò)張式裸眼封隔器效能評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重計(jì)算，如表4所示。

根據(jù)K341、K343和K344型封隔器的效能評(píng)價(jià)指標(biāo)得分值，結(jié)合本節(jié)計(jì)算得出的各指標(biāo)的權(quán)重值，可以分別得出三種擴(kuò)張式裸眼封隔器的效能評(píng)價(jià)分值，如表5所示。

2.5 裸眼封隔器模糊綜合評(píng)價(jià)

根據(jù)模糊綜合評(píng)價(jià)的要求，首先需要確定評(píng)價(jià)因素集，本案例計(jì)算中的評(píng)價(jià)因素集評(píng)價(jià)因素集A=（整體安全系數(shù)，故障率，坐封成功率，解封成功率，故障處置時(shí)間，施工費(fèi)用率）。評(píng)語(yǔ)等級(jí)即可以為文字描述，也可以用分值界定，等級(jí)個(gè)數(shù)則是根據(jù)需求進(jìn)行確定，本案例計(jì)算時(shí)選取評(píng)語(yǔ)集合P=（優(yōu)，良，中，劣，差），共設(shè)置5個(gè)評(píng)語(yǔ)等級(jí)。由此，可以制定擴(kuò)張式裸眼封隔器模糊綜合評(píng)價(jià)評(píng)判表。

將擴(kuò)張式裸眼封隔器模糊綜合評(píng)價(jià)評(píng)判表下發(fā)至業(yè)內(nèi)專(zhuān)家，以各型號(hào)擴(kuò)張式裸眼封隔器的效能評(píng)價(jià)分值為基礎(chǔ)，考慮各封隔器在施工過(guò)程中的環(huán)境和油氣田狀況等因素分別對(duì)K341、K343和K344型封隔器進(jìn)行評(píng)判，選取7位專(zhuān)家的評(píng)判結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如表6所示。

將表6進(jìn)行歸一化處理，可以分別得到K341、K343和K344型封隔器的隸屬度矩陣：

RK341=0.57 0.43" 0" 0 0

0"""" 0.71 0.27 0 0

0"""" 0.29 0.71 0 0

0.29 0.71" 0" 0 0

0.43 0.43 0.14" 0 0

0.86 0.14" 0" 0 0

RK343=0.86 0.14" 0" 0 0

0.57"" 0.43" 0" 0 0

0.57"" 0.43" 0" 0 0

0.43 0.57" 0" 0 0

0" 0.57" 0.43" 0 0

0.71 0.29" 0" 0 0

RK344=0.29 0.57" 0" 0 0

0.14"" 0.43 0.27" 0 0

0""" "0.29 0.71" 0 0

0.14 0.86" 0" 0 0

0.29 0.71 0.14" 0 0

0.86" 0""" 0" 0 0

將計(jì)算得到的擴(kuò)張式裸眼封隔器6個(gè)指標(biāo)的權(quán)重值組成的列向量為W：

W=0.27

0.21

0.18

0.11

0.15

0.08

根據(jù)模糊綜合評(píng)價(jià)法，運(yùn)用隸屬度函數(shù)T=WT×R，可以得到K341、K343和K344型封隔器的評(píng)語(yǔ)集：TK341=（0.319 1，0.471 2，0.209 7，0，0）、 TK343=（0.558 6，

0.376 9，0.064 5，0，0）、TK344=（0.235 4，0.497 5，0.241 9，

0.025 2，0）。根據(jù)最大隸屬度原則，K341、K343和K344型擴(kuò)張式裸眼封隔器評(píng)價(jià)等級(jí)分別為：良、優(yōu)、良。因此，根據(jù)案例計(jì)算結(jié)果，K343型擴(kuò)張式裸眼封隔器進(jìn)行分段完井作業(yè)是最優(yōu)的選擇。

3 結(jié)論

以擴(kuò)張式裸眼封隔器為案例，通過(guò)模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)滿(mǎn)足使用性能要求的封隔器進(jìn)行效能評(píng)價(jià)，達(dá)到效益最大化的目的。

1） 對(duì)常用的K341、K343和K344型系列裸眼封隔器的工作原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行分析，從安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性3個(gè)角度出發(fā)，構(gòu)建擴(kuò)張式裸眼封隔器的效能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，設(shè)置整體安全系數(shù)，故障率，坐封成功率，解封成功率，故障處置時(shí)間，施工費(fèi)用率共6個(gè)效能評(píng)價(jià)指標(biāo)。

2） 基于不同系列封隔器的歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，選用模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)封隔器進(jìn)行效能評(píng)價(jià)，為企業(yè)對(duì)封隔器的選型提供理論依據(jù)，實(shí)現(xiàn)效益最大化。

3） 以K341、K343和K344型系列擴(kuò)張式裸眼封隔器為案例進(jìn)行效能評(píng)價(jià)計(jì)算，得出K343型系列擴(kuò)張式裸眼封隔器為企業(yè)的最優(yōu)選擇，此種方法可以類(lèi)推至其它企業(yè)對(duì)不同廠家和類(lèi)型封隔器的選型工作中。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張雄， 耿宇迪， 焦克波，等. 塔河油田碳酸鹽巖油藏水平井暫堵分段酸壓技術(shù)[J]. 石油鉆探技術(shù)， 2016， 44（4）：82-87.

[2] 陳作， 王振鐸， 曾華國(guó). 水平井分段壓裂工藝技術(shù)現(xiàn)狀及展望[J].天然氣工業(yè)， 2007， 27（9）： 78-80.

[3] 陶碧娥， 王輝輝， 龍武，等. 塔河油田奧陶系儲(chǔ)層水平井分段技術(shù)探討[J]. 油氣井測(cè)試， 2014， 23（2）：53-55.

[4] 周鵬遙， 程遠(yuǎn)方， 楊向同，等.全通徑裸眼封隔器水平井分段改造工藝在塔里木油田的應(yīng)用[J].油氣井測(cè)試， 2016，

25（2）：57-60.

[5] 張永春， 狄偉， 何青，等. 水平井分段酸壓工藝在大牛地氣田的研究與應(yīng)用[J]. 石油天然氣學(xué)報(bào)， 2013， 35（9）：109-112.

[6] 馬健， 楊永華， 何頌根，等. 川西超深海相碳酸鹽巖超高壓分段酸壓技術(shù)實(shí)踐[J].鉆采工藝， 2021， 44（1）： 57-60.

[7] 李映濤， 漆立新， 張哨楠，等. 塔里木盆地順北地區(qū)中—下奧陶統(tǒng)斷溶體儲(chǔ)層特征及發(fā)育模式[J]. 石油學(xué)報(bào)， 2019， 40（12）：1470-1484.

[8] 李新勇， 李驍， 趙兵，等. 順北油氣田S井超深超高溫碳酸鹽巖斷溶體油藏大型酸壓關(guān)鍵技術(shù)[J]. 石油鉆探技術(shù)， 2022， 50（2）：92-98.

[9] 蔣廷學(xué)， 周珺， 賈文峰，等. 順北油氣田超深碳酸鹽巖儲(chǔ)層深穿透酸壓技術(shù)[J]. 石油鉆探技術(shù)， 2019， 47（3）：140-147.

[10] 劉陽(yáng).高溫深層碳酸鹽巖裸眼酸壓完井封隔器研制與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)[J]. 石油鉆探技術(shù)，2020，48（6）：76-81.

[11] 林付利.高性能裸眼封隔器關(guān)鍵結(jié)構(gòu)優(yōu)化路徑[J].石化技術(shù)，2021，28（5）：102-103.

[12] 丁士東，龐偉，周珺，等. 順北油氣田超深井分段完井技術(shù)[J]. 石油鉆探技術(shù)，2024， 52（2）：66-71.

[13] 梁惠惠. 基于模糊層次分析法的社區(qū)型商業(yè)綜合體選址研究[D]. 青島：青島理工大學(xué)， 2019.

[14] 胡嘉怡， 雷銳， 劉海霞，等. 基于PSR模型和模糊層次綜合評(píng)價(jià)模型的河流健康評(píng)價(jià)研究[J].水利發(fā)展研究， 2024，24（8）：95-105.

[15] 梁裕如， 何鵬， 韓建紅，等. YQ2井區(qū)增壓集輸方案多層次模糊評(píng)價(jià)優(yōu)選[J].油氣儲(chǔ)運(yùn)， 2022，41（12）：1430-1437.

（編輯：韓睿超）