机械式封隔器分层压裂工艺试验及效果评价摘要长庆气田属低压、低渗透气田，上古气藏含有不同层系，如果要多层开采，须进行分层压裂改造才能投产。

本文通过对Y241封隔器机械式分层压裂工具在苏36-11井、苏38-16-2井；Y341封隔器机械式分层压裂工具在榆42-17井、G52-18井、大开27井进行的压裂改造试验的分析，认为该工艺具有施工操作简单、不压井、不动管柱、作业时间短、施工对气层几乎无伤害、节约成本等优点。

主题词：机械式封隔器分层压裂试验效果评价一、概述长庆气田含有多套产气层系，一般下古生界主要包括马五1、马五2、马五4；上古生界主要有太原组、山西组、石盒子组，上古砂岩气藏主要分布在靖边、榆林、乌审旗、苏里格气田，探明的地质储量占长庆气田的74%；砂岩气藏储层致密，表现为低丰度、低渗、低压、低产等特征，非均质性强，投产前须进行压裂改造；主要含气层系为上古石盒子组和山西组，气层段较多，2-4层的情况较为普遍。

例如，苏里格气田统计的67口气井中，多气层段同存的气井达58口，占总井数的86.56%。

为了高效开发气田，需要上下古分层压裂酸化改造后，合层生产；或者上古不同气层分层压裂后，合层生产。

目前应用的分层压裂方式主要有：投尼龙球选择性压裂、填砂打液体胶塞分层压裂、永久性桥塞封隔压裂、可捞式桥塞封隔压裂、机械式封隔器分层压裂。

长庆气田上古气层水锁性强，地层压力系数低，压井、冲砂等作业对储层的浸泡伤害较大，因此筛选出施工工序简单、对地层浸泡伤害小、成本低廉、施工周期短、封隔可靠等要求的分层压裂工艺，无疑具有重要意义。

二、开展机械分层压裂工具研制和试验的必要性表1是对几种分层压裂工艺优缺点的列表比较，从中可以看出：采用机械式分隔器分层压裂改造，现场操作简单、施工作业时间短，具有不压井、不动管柱、劳动强度小等特点，对气层几乎无伤害，能满足气井分层压裂改造工艺要求，是目前最理想的分层压裂改造工艺。

表1：气井几种分层压裂工艺优缺点对比三、Y241封隔器分层压裂工具（一）井下管串结构井下管串自上而下主要由油管、管柱伸缩补偿器、油管、压井洗井开关、安全接头、Y241封隔器、调整短节、喷砂滑套、Y241封隔器（带水力锚）、调整短节、球座等组成。

（二）主要部件的工作原理和技术性能参数1、管柱伸缩补偿器（1）用途：用于井下管柱因温度效应和压力效应等产生的管柱伸缩变形和位移的有效补偿，消除管柱的应力断裂，防止封隔器位移，达到提高井下管柱工作可靠性和延长工作时间的目的。

（2）工作原理：在施工中由液压推动活塞上行剪断简钉，解除弹性连接限位，管柱伸缩补偿器在管柱张力作用下内外管发生相对运动而工作，从而达到自动补偿作用。

主要技术指标如表2所示。

表2：管柱伸缩补偿器的主要技术指标2、压井洗井开关工作原理：投球或球杆，从油管内加液压煎断销钉，打开芯管，使封隔器之上油套连通并与下层连通，这样既可实现正反循环压井洗井，又可以在起管柱时使油管内残液泄入井里。

主要技术指标如表3所示。

表3：压井洗井开关的主要技术指标3、Y241封隔器工作原理：主要由封隔密封部分、坐封锁紧部分、卡瓦锚定部分、水力锚部分、坐封动力部分及连接部分组成。

封隔器采用液压坐封、上提管柱解封的工作方式，并且有重复坐封功能。

在油管内液体压力的作用下，水力锚锚爪向外伸出并与套管咬合，封隔器坐封活塞上行打开限位机构，推动卡瓦锚定部分上行并压缩胶筒，实现坐封和锚定，同时锁紧机构进入锁紧状态。

在油管内液体压力消失后，水力锚锚爪在弹簧作用下收回，上提管柱，封隔器中心管与外层各部分发生错动解除锁紧状态，其它各部分在摩擦力和弹性力作用下恢复原位，实现封隔器的解封。

主要技术指标如表4所示。

表4：Y241封隔器的主要技术指标整体管柱主要技术性能指标1整体管柱主要技术性能指标2三）分层压裂管柱的操作步骤1、分层压裂管柱的下入（1）工具运到井场后，将工具做全面检查，各个工具应保持完好，压井洗井开关应处在关闭位臵。

（2）按分层压裂管柱设计组合连接好井下工具，每根油管必须用Φ59mm通径规通径，油管上扣力矩必须达到丝扣规定的上扣力矩，否则，工具不得入井。

（3）封隔器及水力锚卡点位臵必须避开套管接箍，油管螺纹必须涂抹密封脂，丝扣密封脂一律涂抹在公扣上。

（4）严禁井下落物，下分层压裂管柱时，要求匀速下钻，操作平稳，严禁猛顿猛放。

2、封隔器座封：工具下入设计位臵时观察指重表，并记录管柱自由悬重。

正循环洗井替液，进出液体水质相同后，从油管内投放Φ35mm钢球，待球到达座封位臵后，油管内缓慢加压5-10-15-25 MPa，每升高5MPa稳压5min,座封封隔器，当达到30MPa后，剪切座封球座，同时打开下喷砂滑套。

3、下层压裂：下层压裂完成注入顶替液后，即可按压裂施工设计通过油管对下部气层进行压裂。

4、打开上喷砂滑套：下层压裂后，从油管内投放Φ38mm钢球，待钢球坐入上喷砂滑套后，油管打压15 MPa左右打开上喷砂滑套，打开上层压裂通道，同时钢球下落关闭下喷砂滑套，封堵下层。

5、上层压裂：按压裂施工设计要求，压裂上部气层。

6、排液测试求产：根据压裂施工设计要求进行合排、合求，并打捞钢球，气井投入生产。

7、注意事项：压裂完上层后，应倒管线反洗干净；上提管柱解封封隔器时，若解封困难，可继续进行冲砂解卡，但上提负荷不得超过50吨。

四）现场应用情况2003年在苏36-11井、苏38-16-2井分别进行了Y241封隔器分层压裂工具分层压裂工艺试验。

1、苏36-11井试验情况苏36-11井为分层压裂工具的第一口试验井，套管内径121.36m。

射孔段自下而上为山1：3369.0—3373.0m；盒8：3329.0—3335.0m。

2003年9月17日分层压裂钻具下入，9月18日16：35封隔器座封，17：36按照设计对下层山1压完停泵。

紧接着从油管内投放Φ38mm钢球一个。

17：44再次开泵，油压上升至40.3Mpa时（17：47）开始压裂上层盒8，18：53施工结束，两层的分层压裂施工按设计顺利完成。

9月18日—21日该井共油放排液4次，井内液体排完。

两层的详细施工数据如表5所示，施工曲线如图1所示。

表5：苏36-11井机械分层压裂施工数据表图1：苏36-11井机械分层压裂施工曲线图2、苏38-16-2井试验情况该井自下而上射孔段为山1：3357.0—3359.0m、3375.0—3380.0m；盒8：3330.0—3338.0m。

2003年10月20日下分层压裂钻具。

10月21日，封隔器座封并压裂山1。

按设计前臵液中加粉陶600㎏，加陶粒32.6m3后，顶替中途压力突升停泵，反冲出陶粒3.6m3。

之后油放排出液体60 m3。

10月22日从油管内投放φ38mm钢球一个，待钢球坐入上喷砂滑套后，油管打压15 MPa左右打开上喷砂滑套，打开上层压裂通道，同时钢球下落关闭下喷砂滑套，封堵下层。

待油升至43.94Mpa开始压裂上层盒8，前臵液中粉陶600㎏，由于混砂车出现故障加陶粒5.6m3后停泵。

油放排液两天，出液172.2 m3，火焰长度3-4m。

10月24日，对盒8重新压裂，施工顺利完成。

10月24日—31日，该井共油放排液7次，中间用连续油管冲砂1次，井内液体排完。

详细的施工参数如表6所示，施工曲线如图2所示。

图2：苏38-16-2井机械分层压裂施工曲线图表6：苏38-16-2井机械分层压裂施工数据表四、Y341封隔器分层压裂工具一）主要技术参数：型号Y341—114 Y341—148最大外径（mm）φ114 φ148内通径（mm）φ50 φ62总长（mm）1250 1250工作压差（MPa）80 80工作温度（℃）150 150坐封压力（MPa）15 15反洗排量（m3/h）30 30解封力（kN）15 15两端连接螺纹 2 7/8 UPTBG 2 7/8 UPTBG二）结构原理：1、结构：该封隔器主要由坐封部分、密封部分、锁紧部分、反洗井部分、解封部分、防撞部分等六部分组成。

2、工作原理：当流体从油管进入封隔器传压孔后，推动双级活塞上行剪断坐封销钉，双级活塞继续上行压缩胶筒密封油套环空，此时锁紧机构锁紧使得胶筒不能回收。

需要反洗井时，套管内泵入洗井液推开洗井活塞经过内外中心管环空到达封隔器的下部完成反洗井。

解封时，直接上提管柱解封封隔器。

三）使用方法：1、下压裂管柱前用通井管柱通井至于封隔器卡点以下20m；2、下井油管用蒸汽刺净，并用油管规逐根通过；3、按设计要求配好管柱，下至设计深度；4、连接管线，装好井口，循环泵（该管柱正反循环均可）。

5、投球（ф35mm）至坐封球座处，油管内蹩压15 Mpa坐封封隔器，然后加压替前臵液，按照压裂设计要求进行压裂施工。

6、如果是分层压裂，再投球杆（ф45mm）至滑套喷砂器处，油管内蹩压10-15 Mpa坐封封隔器并将滑套喷砂器的芯子和球打到底部球座处，然后加压替前臵液，按照压裂设计要求进行压裂施工。

7、如果是任意层压裂，第5步只进行投球坐封施工，不得进行压裂施工。

然后进行第6步施工。

8、压裂施工完成以后，如果需要反洗井，可由套管泵入洗井液进行反洗井。

9、解封时，直接上提管柱解封封隔器，起出压裂管柱。

四）现场试验情况2004年在榆42-17井、G52-18井、大开27井分别进行了Y341封隔器分层压裂工具分层压裂工艺试验。

1）榆42-17井7月5日榆42-17井采用机械分层压裂钻具压裂上古，钻具结构自下而上：割缝喷砂器+球座+油管+滑套开关+下封隔器+水力锚+中封隔器+滑套喷砂器+油管+上封隔器+水力锚+油管至井口。

先投球座封隔器压裂山2，加陶粒18.34 m3（其中前臵液段塞0.34 m3），破裂压力56MPa，工作压力39.6MPa，排量2400L/min，砂浓度435.9Kg/m3，砂比25%，入地总液量132.2m3/d；投入球杆打滑套，泵压67Mpa未打掉，油放5分钟，关井憋压打掉滑套后压裂盒6，加陶粒20.0m3，破裂压力38.0MPa，工作压力35.8-38.3MPa，排量2400L/min，砂浓度496.0 Kg/m3，砂比29%，入地总液量124.4m3。

压后关井1h30min，油压19.5Mpa，套压13.9-17.8Mpa。

同时用Φ58mm打捞筒捞球杆，由于井口钻杆短节外径为55mm，未下去，后用4mm油嘴控制放喷，油压突然由12.0Mpa降为0，同时不出液（油管正在吐砂），为防止钻具卡，放掉套压后，活动钻具，上提钻具悬重无明显变化，上提3根后，由于套管出液增大，安装下悬挂井口的悬挂器和油管旋塞，然后活动钻具，发现钻具卡，上下活动，最后提至67KN 解卡，起钻后发现滑套和球杆上移，堵至滑套喷砂器处，其上沉砂67.34m，另发现上水力锚锚爪未收缩，封隔器胶皮筒破损严重，对封隔器进行解剖后发现是由于沉砂造成的上述异常。