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摘 要：为适应文南油田复杂井况高压分注井卡封分注的需要，研制了双级密封封隔器，并对密封胶筒的密封高度、胶筒的材质及现场施工工艺进行了改进，取得了良好的现场应用效果。
关键词：双级密封 封隔器 研制 应用
文南油田注水开发已进入第29个年头，主力储层水淹严重，注水目的层逐渐向低渗透层转移。注水井在注水工艺配套方面，主要是通过下部打塞、上部卡封保护水淹层位等手段，进行小井段注水开发。截止到2010年底，全油田共有230口卡封分注井，其中卡封单注下层214口，占卡封分注总井数的93.0%。随着注水目的层的注水层数、厚度的下降，地层物性逐年变差，导致注水压力进一步升高。同时，由于封隔器以上的停注层地层压力低、甚至出现负压。对于卡封单注下层的注水井而言，井下封隔器及油管长期承受着高压差作用，最高超过了45.0MPa。另外由于井下套管内壁腐蚀产生沟槽坑点、腐蚀产物在套管内壁的附着、修井作业钻铣磨等工序对套管内壁的伤害、钻塞后卡封段的水泥、堵剂的残留物等都会影响封隔器胶筒的密封效果。以上这些因素的存在，都对封隔器的性能提出了更高的要求。2011-2012年通过试验研究，研制开发了双级密封封隔器，现场应用取得了良好的效果。
一、双级密封封隔器的研制
1.现有工具使用局限
常规Y221型高温高压封隔器只有一组胶筒，压缩后实际密封厚度只有100mm左右。由于井下卡封环境日渐恶劣，当卡封段套管存在变径、粗糙不平时，会影响到胶筒的密封性能，使封隔器卡封性能弱化，无法长期承受高压差注水，导致封隔器卡封有效期短。
2.研究思路
研究一种既继承了Y221型高温高压注水封隔器现有的各种优势，又能增加胶筒密封段长度、提高工具整件耐压性能的新型卡封工具。这种新型工具由Y221与Y111工具组合而成，在工具正常工作中，两组胶筒之间形成密封保压腔，保持一定的平衡压力，从高油压到低套压形成平稳的梯级过渡，实现两组胶筒分级承压，从而使封隔器耐单向压差性能提高15.0MPa以上。
3.保压原理
下图为双胶筒组分级承压原理图。从图可以看出，单胶筒组胶筒承受压差为：
P压差=P油-P套 ①
对于双胶筒组，下胶筒組承受压差为：
P压差=P油-P保 ②
上胶筒组承受压差为：
P压差=P保-P套 ③
式①、②、③中，在不考虑静水柱压力的情况下：
P油——胶筒下侧油套环空压力，近似于井口油压
P套——胶筒上侧油套环空压力，近似于井口套压
P保——保压腔压力
从图中三个胶筒组分别承受压差对比可以看出，在相同注水压力条件下，单胶筒组承受的压差要大于双胶筒组中任何一组胶筒所承受的压差。因此，如果在两组胶筒之间形成保压腔，使油、套压差分级承担，将大幅度提高工具的抗单向压差能力。
4.工具改进
双级密封封隔器除增加了一组密封胶筒外，还进行了如下改进。①增加胶筒高度。每个胶筒从原来的70mm增加至73mm，四个胶筒共增加12mm，通过延长密封面补偿套管变形量，从而达到有效期更长、成功率更高的目的。②对胶筒材质进行改进。一方面提高压缩后伸长率，由原来的120-150提高至150-160，另一方面提高密封胶筒硬度，达到抗压差能力更高的目的，③坐、验工艺改进。通过对封隔器胶筒高度、硬度、伸长率等方面进行改进，使密封性增强，适应能力更强，对卡封段套管变形严重井通过增加加压吨位，使胶筒与套管内壁贴合更紧，密封性能更好。
5.工具优点
主要体现在两方面：一是两组胶筒分级承压以后，提高了工具耐单向压差的能力；二是当其中一组胶筒出现异常时，另一组胶筒仍然发挥作用，可实现卡封双保险，增加了卡封成功率。因此，Y221/111双级密封封隔器非常适合文南高压低渗油田注水压力高、油套压差大、井况复杂的分注井卡封，对延长分注有效期、提高整体分注率具有十分重要的意义。
6.技术拓展
当卡封段套管内壁粗糙，且上部套管存在轻度弯曲，不允许太长的大直径工具通过时，可以采用Y221封隔器+油管短节+Y111封隔器组合成双级密封封隔器，将单件工具大径长度控制在1.2m以内，从而使双级密封技术的应用范围更广。另外，当卡封井斜超过30度时，为确保密封效果，可采用Y241封隔器+油管短节+Y111封隔器组合，延长大斜度井分注有效期。
二、现场应用效果
2012年现场应用双级密封管柱43井次，其中Y221/111管柱7口， Y221+Y111管柱36口，分别治理短期卡封一次不合格井3口和短期失效井10口，同时为了确保复杂井况井卡封一次合格和延长有效期，直接应用30口，均取得一次性治理成功。
典型井例：文33-192井是文33块老井，曾多次挤堵钻塞、修套处理井筒，卡封难度极大。2012年4月3日-11日该井上修后，通过对井筒进行刮削酸浸，对卡封段反复处理后，下Y221-114封隔器座封4次，验封32MPa均微渗，分析卡封位置套管内壁异常，起出井内卡封管柱，未发现明显异常。选用改进后的Y221/111-114双级密封封隔器，增加座封吨位由正常的12t增加至18t，现场坐验封一次合格。目前油压 37.5MPa，套管18MPa，日注49m3/d。
三、结论
1.Y221/111双级密封封隔器和Y221+Y111双级密封管柱在文南油田卡封短期失效井的治理过程中，效果十分明显，说明这类封隔器能适应文南深井、高温、套管内壁粗糙等环境恶劣井的卡封，具有较强的推广价值。
2.Y241+Y111双级密封管柱解决了井斜较大井的卡封难题，可在井斜大、卡封环境更恶劣的井上推广使用。
参考文献
[1]万仁溥，采油工程手册（下册），石油工业出版社，2000.8.
[2]吴奇，井下作业工程师手册，石油工业出版社，2002.9.
作者简介：刘淑梅，女，1973年12月出生，大庆石油学院采油工程专业本科毕业，在中原油田采油四厂工艺研究所从事注采工艺配套及注采新技术研究及推广应用工作。
关键词：双级密封 封隔器 研制 应用
文南油田注水开发已进入第29个年头，主力储层水淹严重，注水目的层逐渐向低渗透层转移。注水井在注水工艺配套方面，主要是通过下部打塞、上部卡封保护水淹层位等手段，进行小井段注水开发。截止到2010年底，全油田共有230口卡封分注井，其中卡封单注下层214口，占卡封分注总井数的93.0%。随着注水目的层的注水层数、厚度的下降，地层物性逐年变差，导致注水压力进一步升高。同时，由于封隔器以上的停注层地层压力低、甚至出现负压。对于卡封单注下层的注水井而言，井下封隔器及油管长期承受着高压差作用，最高超过了45.0MPa。另外由于井下套管内壁腐蚀产生沟槽坑点、腐蚀产物在套管内壁的附着、修井作业钻铣磨等工序对套管内壁的伤害、钻塞后卡封段的水泥、堵剂的残留物等都会影响封隔器胶筒的密封效果。以上这些因素的存在，都对封隔器的性能提出了更高的要求。2011-2012年通过试验研究，研制开发了双级密封封隔器，现场应用取得了良好的效果。
一、双级密封封隔器的研制
1.现有工具使用局限
常规Y221型高温高压封隔器只有一组胶筒，压缩后实际密封厚度只有100mm左右。由于井下卡封环境日渐恶劣，当卡封段套管存在变径、粗糙不平时，会影响到胶筒的密封性能，使封隔器卡封性能弱化，无法长期承受高压差注水，导致封隔器卡封有效期短。
2.研究思路
研究一种既继承了Y221型高温高压注水封隔器现有的各种优势，又能增加胶筒密封段长度、提高工具整件耐压性能的新型卡封工具。这种新型工具由Y221与Y111工具组合而成，在工具正常工作中，两组胶筒之间形成密封保压腔，保持一定的平衡压力，从高油压到低套压形成平稳的梯级过渡，实现两组胶筒分级承压，从而使封隔器耐单向压差性能提高15.0MPa以上。
3.保压原理
下图为双胶筒组分级承压原理图。从图可以看出，单胶筒组胶筒承受压差为：
P压差=P油-P套 ①
对于双胶筒组，下胶筒組承受压差为：
P压差=P油-P保 ②
上胶筒组承受压差为：
P压差=P保-P套 ③
式①、②、③中，在不考虑静水柱压力的情况下：
P油——胶筒下侧油套环空压力，近似于井口油压
P套——胶筒上侧油套环空压力，近似于井口套压
P保——保压腔压力
从图中三个胶筒组分别承受压差对比可以看出，在相同注水压力条件下，单胶筒组承受的压差要大于双胶筒组中任何一组胶筒所承受的压差。因此，如果在两组胶筒之间形成保压腔，使油、套压差分级承担，将大幅度提高工具的抗单向压差能力。
4.工具改进
双级密封封隔器除增加了一组密封胶筒外，还进行了如下改进。①增加胶筒高度。每个胶筒从原来的70mm增加至73mm，四个胶筒共增加12mm，通过延长密封面补偿套管变形量，从而达到有效期更长、成功率更高的目的。②对胶筒材质进行改进。一方面提高压缩后伸长率，由原来的120-150提高至150-160，另一方面提高密封胶筒硬度，达到抗压差能力更高的目的，③坐、验工艺改进。通过对封隔器胶筒高度、硬度、伸长率等方面进行改进，使密封性增强，适应能力更强，对卡封段套管变形严重井通过增加加压吨位，使胶筒与套管内壁贴合更紧，密封性能更好。
5.工具优点
主要体现在两方面：一是两组胶筒分级承压以后，提高了工具耐单向压差的能力；二是当其中一组胶筒出现异常时，另一组胶筒仍然发挥作用，可实现卡封双保险，增加了卡封成功率。因此，Y221/111双级密封封隔器非常适合文南高压低渗油田注水压力高、油套压差大、井况复杂的分注井卡封，对延长分注有效期、提高整体分注率具有十分重要的意义。
6.技术拓展
当卡封段套管内壁粗糙，且上部套管存在轻度弯曲，不允许太长的大直径工具通过时，可以采用Y221封隔器+油管短节+Y111封隔器组合成双级密封封隔器，将单件工具大径长度控制在1.2m以内，从而使双级密封技术的应用范围更广。另外，当卡封井斜超过30度时，为确保密封效果，可采用Y241封隔器+油管短节+Y111封隔器组合，延长大斜度井分注有效期。
二、现场应用效果
2012年现场应用双级密封管柱43井次，其中Y221/111管柱7口， Y221+Y111管柱36口，分别治理短期卡封一次不合格井3口和短期失效井10口，同时为了确保复杂井况井卡封一次合格和延长有效期，直接应用30口，均取得一次性治理成功。
典型井例：文33-192井是文33块老井，曾多次挤堵钻塞、修套处理井筒，卡封难度极大。2012年4月3日-11日该井上修后，通过对井筒进行刮削酸浸，对卡封段反复处理后，下Y221-114封隔器座封4次，验封32MPa均微渗，分析卡封位置套管内壁异常，起出井内卡封管柱，未发现明显异常。选用改进后的Y221/111-114双级密封封隔器，增加座封吨位由正常的12t增加至18t，现场坐验封一次合格。目前油压 37.5MPa，套管18MPa，日注49m3/d。
三、结论
1.Y221/111双级密封封隔器和Y221+Y111双级密封管柱在文南油田卡封短期失效井的治理过程中，效果十分明显，说明这类封隔器能适应文南深井、高温、套管内壁粗糙等环境恶劣井的卡封，具有较强的推广价值。
2.Y241+Y111双级密封管柱解决了井斜较大井的卡封难题，可在井斜大、卡封环境更恶劣的井上推广使用。
参考文献
[1]万仁溥，采油工程手册（下册），石油工业出版社，2000.8.
[2]吴奇，井下作业工程师手册，石油工业出版社，2002.9.
作者简介：刘淑梅，女，1973年12月出生，大庆石油学院采油工程专业本科毕业，在中原油田采油四厂工艺研究所从事注采工艺配套及注采新技术研究及推广应用工作。