Y511压裂封隔器使用中存在的问题及原因分析

蒋庆(中石油长城钻探工程有限公司压裂公司压裂酸化技术研究所， 辽宁 盘锦 124010)

Y511压裂封隔器使用中存在的问题及原因分析

蒋庆(中石油长城钻探工程有限公司压裂公司压裂酸化技术研究所， 辽宁 盘锦 124010)

目前，中石油长城钻探压裂公司研制的Y511封隔器在油田得到了广泛的应用。该封隔器具有耐压耐温高、承压时间长、易解封的优点。通过近千井次的现场应用，出现过下入遇卡、封隔器胶筒损坏、反洗阀施工中意外打开的问题。为了有效解决上述问题，使用质量管理PDCA方法，改进优化原有的Y511封隔器，提高工具的可靠性和一次成功率。

封隔器；使用；存在问题；原因

1 工作原理

(1)Y511封隔器结构 Y511封隔器主要由水力锚组件、反洗阀组件、密封组件、换向机构、坐卡机构组成。

(2) Y511封隔器工作原理 该封隔器的工作原理是工具下到设计位置时，上提工具至一定高度，顺时针旋转3～5圈，下放封隔器并压重8-12t，完成坐封。压裂施工后，只需要上提一定高度即可解封。

2 存在问题

采用全面质量管理的统计技术，对从2003年以来施工的862口井进行统计，下入过程中途坐封6井次，0.7频次%；坐不住37井次，4.3频次%；封不严28井次，3.3频次%；反洗阀异常15井次，1.8频次%；压后提不动23井次，2.7频次%；其它异常5井次，0.6频次%；施工正常748井次，86.8频次%。

从以上表述可以看出，该封隔器现场施工一次成功率较高，达到86.8%，但也出现了一些出现频次较高的问题，主要表现在：①封隔器一次坐封成功率及验封成功率有待提高，失败率占现场应用井次的8%。②压裂施工结束后，工具不能提出的频次占现场应用井次的2.7%。③压裂施工结束后，反洗阀打不开的频次占现场应用井次的1.8%。

这些问题的出现，导致单位需要投入大量的人力去分析改进及返工作业，影响施工效率和质量，提高了施工费用，耽误开采进度。

3 原因分析

针对上述存在的问题，从产品设计的角度，结合流体力学知识对问题进行原因分析。

(1)中途坐封 封隔器下入过程中，井内液体受到瞬间阻挡截断，导致对工具产生水击效应。水击压力促使封隔器上的零部件移动并压缩胶筒，使封隔器中途坐封。由流体力学理论可知，管柱内井液对封隔器产生的瞬时最大水击压差公式为[1]：

式中， ρ为井内液体密度，kg/m3；C为压力传播速度，m/s；v0max为管柱内井液上行的速度，m/s；E0为井液弹性模量，MPa；D为管柱外径，mm； δ为管柱平均厚度，mm；E为管柱弹性模量，MPa。

从式(1)可知，水击压差和下管速度正相关。计算下管速度为4m/s时，水击压差为10.68MPa，推动胶筒坐封。应该予以控制下速，推荐1m/s为宜。

(2)坐封及验封失败 对坐封失败的封隔器起出分析，卡瓦破碎13井次，20频次%；无法换向29井次，45频次%；胶筒损伤17井次，26频次%；本体损伤6井次，9频次%。

通过组装及检修发现，造成卡瓦破碎的原因是分瓣式的卡瓦太长，造成归位弹簧的疲劳，当然，应该通过优化卡瓦的结构参数予以消除隐患[2]。造成本体损伤的原因有卡瓦不归位导致的损坏，套管有台阶导致的硬碰变形，也有工具本身设计强度太薄弱导致的压裂时高压变形。胶筒损坏的原因很多，有操作方面的问题，如下速过快或者猛提猛放，管柱在井内剧烈震动，导致胶筒刮坏；也有井筒方面的问题，如7挂5的井身结构，封隔器在过悬挂器时有可能刮蹭损坏胶筒。无法换向为工具设计的问题，外换向槽的换向机构容易进入异物，尤其发生在一些严重结蜡或者未洗井就下工具的施工中，还有可能是外换向槽下入时的变形，都可能造成无法换向。

(3)压后提不动 造成压后提不动的原有有很多，有工具本身的问题，如本体损伤、变形；也有作业施工的问题，如防喷结束后未及时反洗，造成管柱沉砂，或者解封后未及时起管，地层出砂导致封隔器砂埋的情况。

(4)反洗阀异常 反洗井时，从油套环空加高压液体，高压液体推动反洗活塞，打开反洗井通道，高压液体由套管通过进液孔进入油管，最后高压洗井液经套管从油管返出，完成反洗井工艺。

原有反洗阀打开时，活塞向下运动，时常造成意外打开(如异物、砂桥等)，或者压后打不开的情况下，打开后无法关闭，造成返工作业或者大修。

4 工具结构改进及优化

针对Y511封隔器存在的上述问题， 我们可以考虑在以下几方面进行优化：①工具组合及结构优化。②可开关式反洗阀部件。③卡瓦结构优化。④研制专用检修工具。⑤用于复合套管井的下入保护装置研制。

5 结语

①Y511封隔器具有耐压耐温高、承压时间长、易解封的优点，在油田得到了广泛的应用。②针对Y511封隔器在使用时，出现的中途坐封、封隔器胶筒损坏、反洗阀施工中意外打开的问题，优化工具卡瓦等部件的结构，并且给出了施工操作的建议，应用流体力学计算表明控制下速(以1M/S为宜)可以有效避免中途坐封，设计专用的维修工具-锚牙起拔器，以提高工具维修效率和减少封隔器损坏。

[1]杨志涛，何祖清，刘斌，等.管柱入井时管内液体引起水击现象力学模型[J].石油机械，2007，35(9)：46-47.

[2]腻红梅，徐国英，王维刚，等.可取桥塞卡瓦结构优化设计[J].石油机械，2009，37(2)：32-34.