K341型裸眼水平井压裂封隔器研制

柴国兴，姜国良，牛骏，李孟涛，刘金多

（1.中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院，北京 100083；2.中国石油化工股份有限公司胜利油田采油工艺研究院，山东东营 257000；3.胜利油田集兴石化安装有限公司，山东东营 257000）①

水平井多级分段压裂技术是目前世界上最先进的压裂技术之一，是开发非常规油气藏的主要技术支撑手段［1］。虽然非常规油藏通过分段压裂技术可以大幅提高油井产量，但是这类井的油层主要是以152.4mm 裸眼段为主，目前国内还没有配套成熟的分段压裂工具。针对这一问题，于2012年开发研制出K341－148型压裂封隔器，用于水平井多级分段压裂的层段分割。

1 结构

在参考国内外同类产品的基础上，设计了K341型压裂封隔器，采用液压坐封、上提下放解封方式，主要由上接头、定位螺栓、定压塞、阀套、关闭塞、滑动活塞、胶筒、短节、下接头等部分组成。结构如图1所示。

下井过程中，一般的压裂封隔器［2－4］存在以下隐患，首先多级使用时存在中途坐封的可能性；另外，膨胀式封隔器［4］坐封时也不易承受太高的坐封压力。针对以上存在的问题，对K341－148型压裂封隔器进行了结构改进和性能优化。设计了坐封启动塞和坐封关闭塞，分别安装在阀套上，当封隔器下井时，启动塞隔绝了液体进入胶筒内腔的通道，使其不能膨胀，只有达到一定压力而运动后才能打开坐封通道坐封，从而防止K341型封隔器受水压中途坐封，保护了胶筒。当封隔器达到坐封压力后，继续增加压力，此时关闭塞剪断剪钉并将坐封通道关闭，避免压裂时胶筒受到比较高的膨胀压力而损坏。

图1 K341－148型封隔器结构

2 工作原理

封隔器下至设计位置后，从油管加液压，在一定压差作用下，开启阀剪销被剪断，膨胀流体通过启动阀、关闭阀进入胶筒，随着流体的不断增加胶筒逐渐被膨胀，在一定压力作用下胶筒变形与裸眼井壁紧密接触形成密封。随着胶筒内压力的不断升高，当该压力达到一定值后，关闭阀剪销被剪断，使关闭阀关闭，将进液孔堵死，实现可靠密封。井口放压为零，打开阀回位自动锁紧，实现永久性关闭，保证封隔器长久密封和可靠工作。

3 技术参数

4 创新技术

1）这种封隔器所配扩张式胶筒是由上护套、外胶层、弹性不锈钢带骨架层、内胶层、下护套所组成，用不同的固定方式组成一个完整的胶筒。

2）设计有防中途坐封机构，提高了封隔器的下井安全性和坐封可靠性。

3）设计有单流控制阀关闭机构，保证封隔器坐封免受高压。

4）适用于井径变化大、不规则的井眼。

5 试验情况

5.1 室内试验

为尽快投入现场应用，工具加工成功后对其进行了室内试验，管柱如图2所示。

图2 K341－148型封隔器室内试验管柱

首先从油管内加压至9MPa，压力突降，表明封隔器开始坐封，加压至21MPa，坐封完成，停泵。从试压孔1和试压孔2加压验证胶筒密封情况，试验数据如表1。

表1 K341－148型封隔器室内试验数据

从表1试验数据可以看出：K341－148型压裂封隔器坐封性能良好，坐封后双向承压65 MPa无渗漏，达到设计要求，能够满足现场试验要求。

5.2 现场试验

K341型压裂封隔器于2012－01投入现场试验，截至2012－12，现场应用共计5井次，其中直井2口，水平井3口；多级使用2井次，与Y445型悬挂封隔器配套使用2井次，单级使用1井次。现场施工成功率达100%，最高压裂压力达62 MPa，使用效果良好，为下一步大面积推广该类工具提供了理论依据。

6 结论

1）K341型裸眼封隔器提高了封隔器下入安全性和坐封密封可靠性。

2）由于试验井数较少，该封隔器的整体性能有待进一步通过现场试验和改进来提高，并研制压裂开关等其他压裂配套工具。

3）作为水平井分段压裂工艺技术的主要配套工具之一，市场应用前景广阔。

［1］朱正喜，李永革.水平井裸眼完井分段压裂技术研究［J］.石油矿场机械，2011，40（11）：44－47

［2］万仁溥，罗英俊.采油技术手册：压裂酸化工艺技术［K］.北京：石油工业出版社，1996：112－266.

［3］李宗田，蒋海军，苏建政.油田采油生产管柱技术手册［K］.北京：中国石化出版社，2009：80－113，227－323.

［4］韩振华，曾久长.井下作业技术数据手册［K］.北京：石油工业出版社，2000：371－408.