基于KPI的裸眼封隔器應(yīng)用效能評價

摘"" 要：目前，在油氣田開發(fā)過程中，尤其在直井或水平井的裸眼分段壓裂改造過程中，一般采用裸眼封隔器進行分段完井和改造，因而裸眼封隔器是油氣田開發(fā)過程中的重要設(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。以擴張式裸眼封隔器為例，從安全性、可靠性和經(jīng)濟性3個角度出發(fā)，構(gòu)建擴張式裸眼封隔器的效能評價指標(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，故障處置時間，施工費用率共6個效能評價指標(biāo)?；诓煌盗袛U張式裸眼封隔器在塔河油田使用的歷史統(tǒng)計數(shù)據(jù)，選用模糊綜合評價法對裸眼封隔器進行效能評價，得出K343型系列擴張式裸眼封隔器為企業(yè)的最優(yōu)選擇。研究結(jié)果對于特深層油氣田高效開發(fā)與降本增效、有效降低擴張式裸眼封隔器使用故障率具有重要意義。此方法也可以類推至其它企業(yè)對不同廠家和類型封隔器的選型工作中。

關(guān)鍵詞：KPI;裸眼封隔器;效能評價

中圖分類號：TE931.2"""""""" 文獻標(biāo)志碼：A"""""" doi：10.3969/j.issn.1001-3482.2025.01.004

收稿日期： 2024-08-05

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

作者簡介： 劉承誠（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：1001-3482（2025）01-0019-05

分段壓裂是提高單井產(chǎn)量，實現(xiàn)單井上產(chǎn)的有效工藝之一[1-3]。裸眼封隔器是進行裸眼層間分段的關(guān)鍵工具。目前，多采用液壓驅(qū)動壓縮膠筒的裸眼封隔器進行環(huán)空封隔[4-7]。裸眼封隔器分為壓縮式裸眼封隔器和擴張式裸眼封隔器。但針對碳酸鹽巖等破碎性儲層，其井徑不規(guī)則、井眼擴大率普遍較大，此時，常規(guī)壓縮膠筒結(jié)構(gòu)的裸眼封隔器無法進行可靠、有效的封隔[8-9]。為解決上述技術(shù)問題，現(xiàn)有技術(shù)中通常采用水力擴張式的裸眼封隔器來滿足不規(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，隨著壓裂液的泵入、環(huán)境溫度的降低，水力擴張式封隔器膠筒內(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程中會出現(xiàn)二次進液脹封的情況，導(dǎo)致封隔器存在脹破風(fēng)險;此外，由于裸眼井筒內(nèi)的固相沉淀或者井壁坍塌掉塊對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)致無法實現(xiàn)預(yù)期密封性能[10-12]。

不同廠家和型號的擴張式裸眼封封隔器各有優(yōu)缺點，本文以擴張式裸眼封隔器為例，從安全性、可靠性和經(jīng)濟性角度建立效能評價指標(biāo)體系KPI，利用層次分析法對裸眼封隔器進行效能評價，為生產(chǎn)企業(yè)在選用裸眼封隔器時提供理論依據(jù)。

1 工作原理

塔河油田進行擴張式裸眼封隔器的選擇過程中，在滿足封隔壓力、本體結(jié)構(gòu)強度、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)，利用模糊綜合評價法對其進行效能評價，以此得到最優(yōu)的選型。擴張式裸眼封隔器在進行編號時，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。以K341、K343和K344型為例，對擴張式裸眼封隔器的工作原理進行介紹。

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、浮動頭和下街頭共12部分。

坐封原理：投球憋壓，液壓推動滑塊機構(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構(gòu)、上浮動接頭、高溫高壓膠筒和下浮動接頭，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啟剪釘，打開注液閥進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，排量達到一定數(shù)值，節(jié)流器產(chǎn)生的壓差將封隔器進行液壓膨脹座封;當(dāng)停止泵入液體和油管內(nèi)無壓差時，封隔器自動解封。

2 效能評價

2.1 構(gòu)建效能評價指標(biāo)體系

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

擴張式裸眼封隔器的效能評價指標(biāo)共設(shè)置了8個指標(biāo)，并對指標(biāo)進行解釋，確定了指標(biāo)的單位、達標(biāo)值、標(biāo)準(zhǔn)分、評分標(biāo)準(zhǔn)，如表1所示。

由于K341、K343和K344型擴張式裸眼封隔器的施工環(huán)境不能保證完全一致，在進行效能評價時應(yīng)考慮根據(jù)施工環(huán)境和油氣田狀況等因素對指標(biāo)得分值的影響。對國內(nèi)外對工具應(yīng)用的效能評價方法的調(diào)研，結(jié)合擴張式裸眼封隔器的結(jié)構(gòu)特點和施工方式，選用模糊層次分析法進行效能評價計算。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)建的模糊互補判斷矩陣，結(jié)合專家打分法計算指標(biāo)權(quán)重，最后進行模糊綜合評價[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)建的擴張式裸眼封隔器效能評價指標(biāo)體系，建立階梯層次結(jié)構(gòu)，并對K341、K343和K344型封隔器的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，分別計算指標(biāo)得分值，如表2所示。

2.3 構(gòu)建裸眼封隔器模糊互補判斷矩陣

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

2.4 計算裸眼封隔器指標(biāo)權(quán)重

將打分表下發(fā)至專家進行打分，對專家打分表進行有效性分析，最后選取7位專家的打分結(jié)果作為權(quán)重計算數(shù)據(jù)，進行擴張式裸眼封隔器效能評價指標(biāo)權(quán)重計算，如表4所示。

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

2.5 裸眼封隔器模糊綜合評價

根據(jù)模糊綜合評價的要求，首先需要確定評價因素集，本案例計算中的評價因素集評價因素集A=（整體安全系數(shù)，故障率，坐封成功率，解封成功率，故障處置時間，施工費用率）。評語等級即可以為文字描述，也可以用分值界定，等級個數(shù)則是根據(jù)需求進行確定，本案例計算時選取評語集合P=（優(yōu)，良，中，劣，差），共設(shè)置5個評語等級。由此，可以制定擴張式裸眼封隔器模糊綜合評價評判表。

將擴張式裸眼封隔器模糊綜合評價評判表下發(fā)至業(yè)內(nèi)專家，以各型號擴張式裸眼封隔器的效能評價分值為基礎(chǔ)，考慮各封隔器在施工過程中的環(huán)境和油氣田狀況等因素分別對K341、K343和K344型封隔器進行評判，選取7位專家的評判結(jié)果進行統(tǒng)計，如表6所示。

將表6進行歸一化處理，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

將計算得到的擴張式裸眼封隔器6個指標(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)模糊綜合評價法，運用隸屬度函數(shù)T=WT×R，可以得到K341、K343和K344型封隔器的評語集：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型擴張式裸眼封隔器評價等級分別為：良、優(yōu)、良。因此，根據(jù)案例計算結(jié)果，K343型擴張式裸眼封隔器進行分段完井作業(yè)是最優(yōu)的選擇。

3 結(jié)論

以擴張式裸眼封隔器為案例，通過模糊綜合評價法對滿足使用性能要求的封隔器進行效能評價，達到效益最大化的目的。

1） 對常用的K341、K343和K344型系列裸眼封隔器的工作原理和結(jié)構(gòu)特點進行分析，從安全性、可靠性和經(jīng)濟性3個角度出發(fā)，構(gòu)建擴張式裸眼封隔器的效能評價指標(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，故障處置時間，施工費用率共6個效能評價指標(biāo)。

2） 基于不同系列封隔器的歷史統(tǒng)計數(shù)據(jù)，選用模糊綜合評價法對封隔器進行效能評價，為企業(yè)對封隔器的選型提供理論依據(jù)，實現(xiàn)效益最大化。

3） 以K341、K343和K344型系列擴張式裸眼封隔器為案例進行效能評價計算，得出K343型系列擴張式裸眼封隔器為企業(yè)的最優(yōu)選擇，此種方法可以類推至其它企業(yè)對不同廠家和類型封隔器的選型工作中。

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（編輯：韓睿超）