Y241型封隔器在川西地區(qū)的改進(jìn)與應(yīng)用

周怡君

（中國石化西南油氣分公司石油工程技術(shù)研究院，四川 德陽 618000）

0 引言

川西地區(qū)中淺層侏羅系氣藏普遍具有產(chǎn)層多、滲透率低、產(chǎn)能低、非均質(zhì)性強的特點，而馬井、新場地區(qū)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(shù)、分層多層壓裂技術(shù)、水平井多層壓裂技術(shù)就成了提高單井產(chǎn)量、高效開發(fā)氣田的關(guān)鍵技術(shù)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(jié)構(gòu)和作用機理研究，提出了封隔器結(jié)構(gòu)改進(jìn)思路，優(yōu)化了工具結(jié)構(gòu)設(shè)計，在實際應(yīng)用中取得了良好的效果。

1 Y241型封隔器結(jié)構(gòu)及作用機理分析

1.1 Y241型封隔器結(jié)構(gòu)

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(jié)合的活塞系統(tǒng)。

圖1 Y241型封隔器結(jié)構(gòu)示意圖

Y241型封隔器采用的是活塞系統(tǒng)實現(xiàn)密封，見圖2。

圖2 Y241型封隔器上部活塞系統(tǒng)圖

Y241型封隔器的坐封系統(tǒng)又是一套活塞系統(tǒng)，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(tǒng)示意圖

Y241型封隔器的錨定部分也是一套活塞系統(tǒng)，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(huán)、鎖定剪銷、尾座等組成（圖4）。

圖4 下活塞系統(tǒng)示意圖

1.2 Y241型封隔器作用機理

1）坐封。從油管內(nèi)加壓，3個液缸同時獨立工作：液壓經(jīng)傳壓孔進(jìn)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(huán)空；液壓經(jīng)傳壓孔進(jìn)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(huán)形通道［1］123；液壓經(jīng)傳壓孔進(jìn)入下部液缸推動卡瓦座和卡瓦組上行與錐體配合實現(xiàn)坐卡，同時帶動棘鎖裝置上行邁過帶鎖銷的止退環(huán)與棘齒卡簧配合共同阻止中部和下部活塞復(fù)位，實現(xiàn)鎖緊。

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

1.3 Y241型封隔器優(yōu)缺點分析

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

2）缺點。錐體和卡瓦分體設(shè)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(tài)，易中途阻卡；解封僅僅膠筒的彈性恢復(fù)，缺少恢復(fù)助力裝置，膠筒難以恢復(fù)原狀，工具取出性差，解封力大。

2 Y241型封隔器結(jié)構(gòu)改進(jìn)

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(tǒng)只能保障正注時循環(huán)通道密封的可靠性，一旦關(guān)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(fù)力實現(xiàn)復(fù)位，但是膠筒長期處于受擠壓狀態(tài)并處在高溫環(huán)境中，恢復(fù)力極為有限。這就導(dǎo)致解封時，即使卡瓦已經(jīng)脫卡，膠筒仍處于鼓脹狀態(tài)，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(shè)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(dǎo)致卡瓦往往處于半開狀態(tài)，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(tài)，經(jīng)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(nèi)徑118.6 mm。在進(jìn)行這趟提封隔器作業(yè)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(huán)也缺少了一個。綜上，改善Y241型封隔器的取出性是結(jié)構(gòu)改進(jìn)的出發(fā)點。

圖5 X11井取出的封隔器照片圖

2.2 改進(jìn)結(jié)構(gòu)

1）針對前期使用的Y241型封隔器上活塞系統(tǒng)存在缺陷，改進(jìn)了上活塞系統(tǒng)（圖6），取消上活塞系統(tǒng)的密封結(jié)構(gòu)，設(shè)置襯套密封，將襯套的位置進(jìn)行調(diào)整，依靠封隔器液缸推動力在壓縮膠筒的同時，實現(xiàn)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(jié)構(gòu)，便于壓力傳遞，解封上提時，能夠使膠筒更好的恢復(fù)［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(tǒng)改進(jìn)前后對比圖

2）針對Y241型封隔器取出性的問題，改進(jìn)了下活塞系統(tǒng)（圖7）。調(diào)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(dāng)座封時，彈簧處于壓縮狀態(tài)；當(dāng)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(fù)位動力，同時還可給卡瓦提供回復(fù)力，幫助卡瓦復(fù)位，從而避免卡瓦阻卡管柱的順利起出。

圖7 下活塞系統(tǒng)改進(jìn)前后對比圖

3 現(xiàn)場應(yīng)用

MJ14井采用改進(jìn)后的Y241型封隔器進(jìn)行分段改造施工，施工管柱結(jié)構(gòu)為：錐管掛+調(diào)整短節(jié)+N80?73 mm×5.51 mm油管+安全接頭+循環(huán)滑套+調(diào)整短節(jié)+水力錨+Y241型封隔器+N80?73 mm×5.51 mm油管及調(diào)整短節(jié)+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(rèn)封隔器座封成功后從油管注入對下層進(jìn)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(huán)空泵注對上層進(jìn)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(jié)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(jié)構(gòu)改進(jìn)后的封隔器密封及解封的可靠性。此后，該結(jié)構(gòu)改進(jìn)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(fā)現(xiàn)環(huán)空異常起壓、封隔器竄漏等異常情況，表明結(jié)構(gòu)改進(jìn)后的封隔器密封及解封性能可靠。

4 結(jié)論

1）Y241型封隔器結(jié)構(gòu)簡單，適用范圍廣，通過對Y241型封隔器活塞結(jié)構(gòu)的改進(jìn)與優(yōu)化，提高了Y241型封隔器的取出成功率。

2）采用結(jié)構(gòu)改進(jìn)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(yīng)用效果，可以進(jìn)一步推廣應(yīng)用。