一种压裂专用封隔套的设计与应用

胡忠太

中海石油（中国）有限公司 上海分公司 （上海 200030）

完井是衔接钻井与油气井投产之间的重要环节，即从钻开油气层到下油层套管、固井、射孔、下入生产管柱、排液，直至生产的一系列工作。海上油气田的完井方式主要采用裸眼完井和套管完井2大类。其中套管完井是定向井中使用的最普遍完井方式，其完井管柱分为合采及分采2种方式[1]。滑套是分采管柱中用来打开和关闭分层油气通道的一种井下工具[2]。滑套通过移动内套筒来关闭或连通油管与环空之间的通道。当内套筒的孔道对着滑套本体的通道时，滑套处于打开状态，反之则滑套关闭。由于滑套可以方便的打开或关闭其控制的油气层，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问题

1.1 滑套封隔套的工作原理

在油气井生产过程中，由于腐蚀、结垢等种种原因，往往导致滑套内无法移动，从而使其处于失控状态。滑套封隔套是用来解决滑套无法关闭问题的常用手段，其原理是在滑套封隔套顶部装有与滑套顶部工作筒配套的锁芯，使封隔套不会落井也不会被产出的流体顶出；封隔套上下各有一组密封盘根，分别与滑套上下密封筒配合，密封盘根间的连接管与其上下的密封盘根配合，能将无法关闭的滑套生产通道屏蔽，使滑套外的井液无法进入油管，达到关闭该层的目的。该方法的优点是成本低，施工简便，不动管柱，避免了高昂的修井费用。

以油气井所使用的滑套贝克公司69.85mm(2.75″)CMU型滑套为例，其顶部集成有F型坐落接头。与之对应的封隔套有2种:一种是采用M型锁芯的封隔套，另一种采用S型锁芯的封隔套（图1）。M型锁芯封隔套属于顶部止动结构，无法通过滑套，只能用在最顶部的滑套，无法满足压裂作业中关闭上层的要求。S型锁芯的封隔套能方便的投入任意位置的滑套上，锁芯有2组各2块分别为向上锁块和向下锁块，与F型坐落接头配合，能防止锁芯上移及掉落。锁芯顶部有外打捞槽，可以使用与之配套的打捞工具进行打捞。

1.2 压裂施工中存在的问题

海上油田的采气井通常采用套管完井方式，很少进行防砂处理，生产管柱为分段开采管柱[4]。

如图2所示，第1、2段分别由滑套控制生产，第3段由R工作筒及引鞋控制生产。第3段为低渗储层，需采用压裂措施对第3段储层进行改造。如果控制第2段的滑套因故障无法关闭，在此状态下对第3段进行压裂作业，压裂液只能进入第2段，导致压裂失败。常规解决滑套无法关闭问题的方法一般有2种:一种是修井作业，起出故障滑套进行更换，但海上进行修井作业，更换压裂管柱成本很高；另一种方法是采用滑套封隔套，利用钢丝作业投放，作业成本相对低很多。

采用滑套封隔套的方式，考虑后期的压裂作业，必须使用S型锁芯的封隔套。在压裂施工过程中 ，由于高排量打入压裂液时将产生较大压差，S型锁芯内径偏小，造成一定的作业风险；S型锁芯向上的锁块，在压裂作业中容易产生变形，使其无法通过打捞收回；同时，一旦S型锁芯外打捞槽，被支撑剂填埋以后，将增加回收的难度。因此，有必要设计一种满足压裂施工需求的封隔套，可以增强内孔流动面积，预防内部沉砂的新型结构。

2 压裂专用封隔套的设计

为压裂施工专门设计的滑套封隔套，设计重点是顶部锁芯部分，锁芯本体顶部采用内打捞槽，可是使用配套的GS型投捞工具进行投放及打捞。在锁芯本体壁上有2个沿轴向对称分布的连通长孔，其作用有2个:一是增加流动面积，二是防止封隔套外部过多沉砂。锁芯本体壁上还有2个沿轴向的锁块孔。在锁块孔内有向下的锁块通过一个销轴固定在锁块孔内。在锁块的一侧并在固定锁块的销轴上套有一个扭转弹簧。扭转弹簧使锁块下端向外张开状态。封隔套其余部分与常规封隔套相同（图3）。

该封隔套投放时分2个步骤:首先，在GS型投捞工具底部接上探杆后插入到封隔套顶部，探杆将2个向下的锁块回收，使其与封隔套外径一致，不会妨碍其下入。GS的卡瓦抓住锁芯的内打捞槽，防止其脱落。工具下到生产管柱底部的R工作筒后，向下震击脱手，将封隔套留在R工作筒处。第二步，将GS更换销钉并将其下部的探杆卸掉后下入井内，将封隔套捞住后上提到需要封隔的滑套顶部以上1～2m左右，下放工具，此时由于锁块处于张开状态，就会将封隔套坐落在滑套顶部的F工作筒内，此时向下震击脱手，起出工具即完成投放作业。打捞封隔套比较简单，直接使用GS打捞即可。

3 压裂专用封隔套的现场应用情况

2010年5月初在海上某井进行压裂专用封隔套的投放作业,其作业过程如下:拆该井采油树树帽,立升高管、组装井口防喷装置,采油树地面安全阀戴可熔性备帽，井下安全阀转接手压泵控制，控制压力31MPa，作业区用警示带隔离。组装通井工具串:绳帽+加重杆+万向节+机械震击器+快速接头+万向节+加重杆+69.08mm(2.72″)通井规（总长:6.72m），防喷系统试压31MPa×15min，合格，泄压。工具串在模块钻机转盘面时将深度计调零，每下入500m测上提拉力，下放工具串至3605m处遇阻 （上部CMU滑套），测上提拉力3.7kN,快速下放尝试通过遇阻位置，快速下放10余次后通过。至3878m处遇阻（下部CMU滑套），测上提拉力4.2kN，来回活动30余次后顺利通过，上下轻刮井壁20余次，继续通井至69.85mm(2.75″)R 座落接头(3965m)后起到井口，更换投封隔套工具串:绳帽+加重杆+万向节+机械震击器+快速接头+万向节+带探杆GS+封隔套，工具串在模块钻机转盘面时将深度计调零，每下入500m测上提拉力，下放过程中在2个CMU滑套处均有轻微显示，经上下活动几次后均顺利通过。顺利下放封隔套至69.85mm(2.75″)R座落接头(3965m)，测上提拉力4.2kN，在R座落接头处向下震击脱手封隔套，工具串起到井口。更换打捞封隔套工具串（采用钢丝绳打捞），下放至3950m处测上提拉力为8.9kN，继续下放至3965m处捞住封隔套，上提工具串至拉力15.7kN时弹簧震击器震击，捞出封隔套，之后测上提悬重9.6kN，上提至3878m上提拉力9.5kN，下放遇阻，向下震击脱手，脱手后上提拉力8.8kN，座封隔套成功。投放后全井筒试压20MPa，证明该封隔套工作良好（图4）。

4 结 论

压裂专用滑套封隔套是针对分层开采的海上低渗油气田，需要采取压裂增产措施的特殊需求而设计的，一种用于解决压裂施工作业中，被压裂储层顶部的产层滑套无法关闭，影响下部储层压裂施工的工具，通过现场应用证明该工具设计比较合理，且完全满足压裂作业的需要，作业结束后，打捞回收安全可靠。同时，由于该封隔套流通通道的面积较大，节流效果相对较小，也可以作为普通封隔套来使用。

[1]张钧.海上油气田完井手册[M].北京:石油工业出版社，1998.

[2]万仁溥.现代完井工程[M].2版.北京:石油工业出版社，2000.

[3]张春阳,黄焕阁,安文忠.渤海稠油油田水平井分支井钻井完井技术[J].石油钻探技术,2004,32(5):16-19.

[4]郭士生,付豪,谢仁军,等.海上完井管柱作业过程力学性能分析[J].石油机械,2011,39（2）:38-40.