两级两段压裂工艺技术研究与应用

刘自强（中原油田采油四厂工艺研究所，河南　濮阳　457073）

两级两段压裂工艺技术研究与应用

刘自强（中原油田采油四厂工艺研究所，河南濮阳457073）

针对传统的Y221/Y111两级两段分层压裂管柱中两级封隔器一次坐封、笼统验封存在的弊端，制定了逐级坐封验封、逐段平衡压裂的研究思路，研发了Y221/ZY541逐级坐封、逐段平衡压裂管柱。经过现场多次应用证明，该管柱工艺及操作简单、性能可靠，较好地规避了压裂过程中封隔器失效、砂卡管柱等风险，具有在全油田推广应用的价值。

两级两段；逐级坐封；逐段平衡；压裂

1　概况

两级两段分层压裂管柱采用Y221/Y111封隔器组合，由于两级封隔器均属于重力压缩坐封封隔器，作业过程中一次全部坐封、笼统验封，因而存在以下两方面缺点：⑴笼统验封合格只能证明两级封隔器至少有一级封隔器合格，而无法确保两级封隔器同时合格。⑵压裂下段时无法通过油套环空对Y221封隔器打平衡，使该封隔器的失效风险大幅度增加。

2　技术措施

2.1设计思路

针对目前两级封隔器同时坐封工艺管柱的不足，决定研制逐级坐封、逐段平衡压裂工艺管柱。设计思路是：机械坐封封隔器与液压坐封封隔器配套使用。机械坐封封隔器居下先坐封，验封合格后即对下段实施压裂，压裂过程中可通过油套环形空间对该封隔器进行压力平衡；第一段压裂施工结束后，通过投球打压，使上部的第二级封隔器坐封，并打开喷砂滑套，验封合格后继续对第二段实施压裂，同时可通过油套环形空间对第二级封隔器进行压力平衡。

2.2封隔器优选

结合近几年来使用的压裂封隔器性能以及我厂复杂的井下技术状况，决定以Y221封隔器为基础，配套不同类型的液压坐封封隔器，实现设计目的。经过对Y241、Y341、ZY541封隔器进行性能对比，最终选择ZY541封隔器与Y221封隔器进行配套，组合成逐级坐封、逐段平衡压裂管柱。

2.3配套工具

除了两级封隔器和滑套喷砂器、水力锚之外，逐级坐封、逐段平衡压裂管柱还配套了以下工具及特殊油管，功能如下：

（1）验管器+φ73mm油管：当验封失败以后，投球验管验证油管密封性；配套部分φ73mm油管一是便于压裂后带压转抽时油管投堵，二是管柱砂卡后便于套铣。

（2）安全丢手：一旦无法正常解封时，通过投球打压释放锁套，然后正向旋转丢手，将工具丢在井下，提出上部管柱。

（3）油管伸缩补偿器：解封过程中实现逐级解封。

（4）反循环洗井阀：一是压裂过程中如出现砂堵情况，可以立即反洗，防止沉砂形成砂桥、砂柱而增加后续作业困难；二是压裂后由于油套压力不平衡造成解封困难时，通过打开反洗循环阀来平衡油套压力，有利于解封作业。三是压裂后有溢流时可以循环压井，避免环境污染。

2.4管柱组合

管柱组合自上而下依次为：N80～Φ89mm外加厚油管+校深短节+N80～Φ73mm外加厚油管+验管器+安全丢手+反循环洗井阀+ZY541型封隔器+油管伸缩补偿器+N80～Φ73mm外加厚油管+水力锚+滑套喷砂器+Y221型封隔器+Φ89mm喇叭口（图2）。

2.5管柱工作原理

工具下至设计位置后，通过上提、旋转、下放加压使Y221封隔器坐封，验封合格后即对Y221封隔器以下层位（第一段）进行压裂。压裂过程中上部的ZY541封隔器水力锚工作，但胶筒处于非工作状态。通过油套环形空间打压直接作用到Y221封隔器胶筒上表面，起到压力平衡作用。第一段压裂施工完成后投球打压（压差5～8MPa）打掉ZY541封隔器皮碗护套，使皮碗撑开，继续打压（压差15～20MPa）打开滑套喷砂器使油套连通，同时密封下层通道。高压液体进入两级封隔器之间的环形空间以后，推动自封皮碗上行，由于封隔器上端水力锚始终处于工作状态，皮碗胶筒产生的上推力使压缩式胶筒组受压坐封，验封合格后即可对第二层实施压裂。施工中同样采取油套环形空间打压对ZY541封隔器进行压力平衡。

3　现场应用效果

3.1现场应用

2013年6月20日，两级两段逐级坐封、逐段平衡压裂工艺技术首次在W72～424井现场应用成功。该井破裂压力72.2/ 77.6MPa、停泵压力41.6/48.6MPa、加砂11.5/17.4m3。在ZY541封隔器坐封和打滑套过程中，初始油压38.0MPa，后压力快速上升，达到45.5MPa时出现瞬间停顿，此时封隔器坐封滑套被打掉、皮碗胶筒被释放，坐封压差7.5MPa，接着油压再次直线上升至53.5MPa后突降到36.5MPa，此时喷砂器滑套被打开，打开滑套压差15.5MPa。套压在滑套打掉瞬间出现短暂波动后，继续呈缓慢下降趋势，说明封隔器一次坐封成功，即按设计对第二段进行压裂。6月24日转抽上提55t顺利解封。

3.2效果

3.2.1投入费用：

13口井合计投入费用：1257.62万元

3.2.2经济效益

13口井年累计增油6500t，年累计增气475×104m3，折算油气当量，年累计增油8875t。每吨油按4653元计算，按吨油价格4653元，吨油提升成本1023元计算：（4653～1023）×8875=3221.6万元

3.2.3投入产出比：1257.62：3221.6=1：2.56

4　结语

两级两段压裂工艺技术首次在中原油田应用并获得了成功，解决了困扰多年的卡管柱的难题，值得在全油田进行大面积的推广应用。

刘自强(1985-)，女,本科,湖南省常宁县,技术助理，助理工程师,从事压裂工艺技术研究方面的工作。