一種壓裂專用封隔套的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

胡忠太

中海石油（中國）有限公司 上海分公司 （上海 200030）

完井是銜接鉆井與油氣井投產(chǎn)之間的重要環(huán)節(jié)，即從鉆開油氣層到下油層套管、固井、射孔、下入生產(chǎn)管柱、排液，直至生產(chǎn)的一系列工作。海上油氣田的完井方式主要采用裸眼完井和套管完井2大類。其中套管完井是定向井中使用的最普遍完井方式，其完井管柱分為合采及分采2種方式[1]?；资欠植晒苤杏脕泶蜷_和關(guān)閉分層油氣通道的一種井下工具[2]?；淄ㄟ^移動內(nèi)套筒來關(guān)閉或連通油管與環(huán)空之間的通道。當(dāng)內(nèi)套筒的孔道對著滑套本體的通道時(shí)，滑套處于打開狀態(tài)，反之則滑套關(guān)閉。由于滑套可以方便的打開或關(guān)閉其控制的油氣層，使其在分采管柱中具有十分重要的作用[3]。

1 滑套封隔套的工作原理及存在問題

1.1 滑套封隔套的工作原理

在油氣井生產(chǎn)過程中，由于腐蝕、結(jié)垢等種種原因，往往導(dǎo)致滑套內(nèi)無法移動，從而使其處于失控狀態(tài)。滑套封隔套是用來解決滑套無法關(guān)閉問題的常用手段，其原理是在滑套封隔套頂部裝有與滑套頂部工作筒配套的鎖芯，使封隔套不會落井也不會被產(chǎn)出的流體頂出；封隔套上下各有一組密封盤根，分別與滑套上下密封筒配合，密封盤根間的連接管與其上下的密封盤根配合，能將無法關(guān)閉的滑套生產(chǎn)通道屏蔽，使滑套外的井液無法進(jìn)入油管，達(dá)到關(guān)閉該層的目的。該方法的優(yōu)點(diǎn)是成本低，施工簡便，不動管柱，避免了高昂的修井費(fèi)用。

以油氣井所使用的滑套貝克公司69.85mm(2.75″)CMU型滑套為例，其頂部集成有F型坐落接頭。與之對應(yīng)的封隔套有2種:一種是采用M型鎖芯的封隔套，另一種采用S型鎖芯的封隔套（圖1）。M型鎖芯封隔套屬于頂部止動結(jié)構(gòu)，無法通過滑套，只能用在最頂部的滑套，無法滿足壓裂作業(yè)中關(guān)閉上層的要求。S型鎖芯的封隔套能方便的投入任意位置的滑套上，鎖芯有2組各2塊分別為向上鎖塊和向下鎖塊，與F型坐落接頭配合，能防止鎖芯上移及掉落。鎖芯頂部有外打撈槽，可以使用與之配套的打撈工具進(jìn)行打撈。

1.2 壓裂施工中存在的問題

海上油田的采氣井通常采用套管完井方式，很少進(jìn)行防砂處理，生產(chǎn)管柱為分段開采管柱[4]。

如圖2所示，第1、2段分別由滑套控制生產(chǎn)，第3段由R工作筒及引鞋控制生產(chǎn)。第3段為低滲儲層，需采用壓裂措施對第3段儲層進(jìn)行改造。如果控制第2段的滑套因故障無法關(guān)閉，在此狀態(tài)下對第3段進(jìn)行壓裂作業(yè)，壓裂液只能進(jìn)入第2段，導(dǎo)致壓裂失敗。常規(guī)解決滑套無法關(guān)閉問題的方法一般有2種:一種是修井作業(yè)，起出故障滑套進(jìn)行更換，但海上進(jìn)行修井作業(yè)，更換壓裂管柱成本很高；另一種方法是采用滑套封隔套，利用鋼絲作業(yè)投放，作業(yè)成本相對低很多。

采用滑套封隔套的方式，考慮后期的壓裂作業(yè)，必須使用S型鎖芯的封隔套。在壓裂施工過程中 ，由于高排量打入壓裂液時(shí)將產(chǎn)生較大壓差，S型鎖芯內(nèi)徑偏小，造成一定的作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)；S型鎖芯向上的鎖塊，在壓裂作業(yè)中容易產(chǎn)生變形，使其無法通過打撈收回；同時(shí)，一旦S型鎖芯外打撈槽，被支撐劑填埋以后，將增加回收的難度。因此，有必要設(shè)計(jì)一種滿足壓裂施工需求的封隔套，可以增強(qiáng)內(nèi)孔流動面積，預(yù)防內(nèi)部沉砂的新型結(jié)構(gòu)。

2 壓裂專用封隔套的設(shè)計(jì)

為壓裂施工專門設(shè)計(jì)的滑套封隔套，設(shè)計(jì)重點(diǎn)是頂部鎖芯部分，鎖芯本體頂部采用內(nèi)打撈槽，可是使用配套的GS型投撈工具進(jìn)行投放及打撈。在鎖芯本體壁上有2個(gè)沿軸向?qū)ΨQ分布的連通長孔，其作用有2個(gè):一是增加流動面積，二是防止封隔套外部過多沉砂。鎖芯本體壁上還有2個(gè)沿軸向的鎖塊孔。在鎖塊孔內(nèi)有向下的鎖塊通過一個(gè)銷軸固定在鎖塊孔內(nèi)。在鎖塊的一側(cè)并在固定鎖塊的銷軸上套有一個(gè)扭轉(zhuǎn)彈簧。扭轉(zhuǎn)彈簧使鎖塊下端向外張開狀態(tài)。封隔套其余部分與常規(guī)封隔套相同（圖3）。

該封隔套投放時(shí)分2個(gè)步驟:首先，在GS型投撈工具底部接上探桿后插入到封隔套頂部，探桿將2個(gè)向下的鎖塊回收，使其與封隔套外徑一致，不會妨礙其下入。GS的卡瓦抓住鎖芯的內(nèi)打撈槽，防止其脫落。工具下到生產(chǎn)管柱底部的R工作筒后，向下震擊脫手，將封隔套留在R工作筒處。第二步，將GS更換銷釘并將其下部的探桿卸掉后下入井內(nèi)，將封隔套撈住后上提到需要封隔的滑套頂部以上1～2m左右，下放工具，此時(shí)由于鎖塊處于張開狀態(tài)，就會將封隔套坐落在滑套頂部的F工作筒內(nèi)，此時(shí)向下震擊脫手，起出工具即完成投放作業(yè)。打撈封隔套比較簡單，直接使用GS打撈即可。

3 壓裂專用封隔套的現(xiàn)場應(yīng)用情況

2010年5月初在海上某井進(jìn)行壓裂專用封隔套的投放作業(yè),其作業(yè)過程如下:拆該井采油樹樹帽,立升高管、組裝井口防噴裝置,采油樹地面安全閥戴可熔性備帽，井下安全閥轉(zhuǎn)接手壓泵控制，控制壓力31MPa，作業(yè)區(qū)用警示帶隔離。組裝通井工具串:繩帽+加重桿+萬向節(jié)+機(jī)械震擊器+快速接頭+萬向節(jié)+加重桿+69.08mm(2.72″)通井規(guī)（總長:6.72m），防噴系統(tǒng)試壓31MPa×15min，合格，泄壓。工具串在模塊鉆機(jī)轉(zhuǎn)盤面時(shí)將深度計(jì)調(diào)零，每下入500m測上提拉力，下放工具串至3605m處遇阻 （上部CMU滑套），測上提拉力3.7kN,快速下放嘗試通過遇阻位置，快速下放10余次后通過。至3878m處遇阻（下部CMU滑套），測上提拉力4.2kN，來回活動30余次后順利通過，上下輕刮井壁20余次，繼續(xù)通井至69.85mm(2.75″)R 座落接頭(3965m)后起到井口，更換投封隔套工具串:繩帽+加重桿+萬向節(jié)+機(jī)械震擊器+快速接頭+萬向節(jié)+帶探桿GS+封隔套，工具串在模塊鉆機(jī)轉(zhuǎn)盤面時(shí)將深度計(jì)調(diào)零，每下入500m測上提拉力，下放過程中在2個(gè)CMU滑套處均有輕微顯示，經(jīng)上下活動幾次后均順利通過。順利下放封隔套至69.85mm(2.75″)R座落接頭(3965m)，測上提拉力4.2kN，在R座落接頭處向下震擊脫手封隔套，工具串起到井口。更換打撈封隔套工具串（采用鋼絲繩打撈），下放至3950m處測上提拉力為8.9kN，繼續(xù)下放至3965m處撈住封隔套，上提工具串至拉力15.7kN時(shí)彈簧震擊器震擊，撈出封隔套，之后測上提懸重9.6kN，上提至3878m上提拉力9.5kN，下放遇阻，向下震擊脫手，脫手后上提拉力8.8kN，座封隔套成功。投放后全井筒試壓20MPa，證明該封隔套工作良好（圖4）。

4 結(jié) 論

壓裂專用滑套封隔套是針對分層開采的海上低滲油氣田，需要采取壓裂增產(chǎn)措施的特殊需求而設(shè)計(jì)的，一種用于解決壓裂施工作業(yè)中，被壓裂儲層頂部的產(chǎn)層滑套無法關(guān)閉，影響下部儲層壓裂施工的工具，通過現(xiàn)場應(yīng)用證明該工具設(shè)計(jì)比較合理，且完全滿足壓裂作業(yè)的需要，作業(yè)結(jié)束后，打撈回收安全可靠。同時(shí)，由于該封隔套流通通道的面積較大，節(jié)流效果相對較小，也可以作為普通封隔套來使用。

[1]張鈞.海上油氣田完井手冊[M].北京:石油工業(yè)出版社，1998.

[2]萬仁溥.現(xiàn)代完井工程[M].2版.北京:石油工業(yè)出版社，2000.

[3]張春陽,黃煥閣,安文忠.渤海稠油油田水平井分支井鉆井完井技術(shù)[J].石油鉆探技術(shù),2004,32(5):16-19.

[4]郭士生,付豪,謝仁軍,等.海上完井管柱作業(yè)過程力學(xué)性能分析[J].石油機(jī)械,2011,39（2）:38-40.