0 引 言

油田开发进入后期，油井的水淹程度日益严重，层间矛盾逐步加剧，为了稳油控水，充分挖掘剩余油潜力，需对油层进行细分开采，认清各个油层的产液状况，封堵高含水层，生产潜力油层^[1]。传统的堵水找水工艺每次只能生产1个油层，调层时需要再次作业，因此会产生作业次数多、成本高及作业占产多等一系列问题^[2]。为了解决传统堵水找水工艺存在的问题，快速有效地识别和筛选潜力油层，国内外石油行业均进行了探索和研究，开发出了多级找堵水工艺技术。下入找堵水管柱后，不需作业，在地面进行简单的操作后就能对油井调层，可以最大限度地减少调层作业工作量，达到减少作业次数、节约作业成本和降低作业占产的目的^[3]。

目前，国内多级找堵水工艺技术主要有电动式多级找堵水、智能压控开关多级找堵水和插管式多级找堵水。电动式多级找堵水主要是通过下入开关控制仪，打开对接爪，上提电缆，打开或关闭井下管柱的滑套开关器，实现任意层的开采与封堵。该工艺受井斜和油稠的影响，经常出现电缆缠绕生产管柱而无法调层的情况^[4]。智能压控开关多级找堵水通过地面指令或接收地面加压指令，实现层间压控开关的开启和关闭，但由于存在层间压差和误操作等干扰，现场应用成功率较低^[5]。在胜利和大庆等油田多级找堵水工艺的成功率只有60%左右^[6]。插管式多级找堵水技术是近几年发展起来的一种多级找堵水技术，由于堵水可靠和调层成功率高而被大量采用^[7]。该技术主要由密封筒封隔器、密封延伸筒、定位接头、密封插管、锚定器和导锥等工具组成，将生产管柱管尾所带的密封插管与密封筒封隔器相配合，通过上提下放生产管柱使不同的密封插管与密封筒封隔器密封，实现调层生产^[8]。但在现场应用中发现该技术存在如下缺陷：①插管式多级找堵水管柱不能实现Ⅰ、Ⅲ层的合采；②在封上采下时不能进行反洗和监测动液面，影响了部分井生产资料的录取^[9]。为此，笔者开展了机械式滑套开关多级找堵水技术研究，开发了机械式滑套开关多级找堵水工艺管柱。

机械式滑套开关多级找堵水工艺管柱结构如图 1所示。

图 1 机械式滑套开关多级找堵水工艺管柱结构示意图 Fig. 1 Structural schematic of mechanical sleeve switch for multistage water layer finding and plugging 1—抽油泵; 2—锚定器; 3—筛管; 4—丢手接头; 5—Y441-114封隔器;6—滑套;7—开关工具;8—泄压球座。

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Y441-114封隔器井下坐封层间，每2个封隔器之间连接有滑套，开关工具连接在完井管柱最下端，下放管柱打开滑套，上提管柱关闭滑套，实现油层分层开采或合采。

机械式滑套开关多级找堵水工艺技术原理是：通过Y441-114封隔器、滑套和开关工具的配合来完成油层的封隔和生产，上提或下放管柱打开或关闭滑套实现调层生产。1趟管柱下入3个液压封隔器和3个滑套组成的管柱，地面投球加压坐封所有封隔器，实现3个油层的封隔，完井时下入抽油泵和2个相邻反向配置的开关工具，正向装置的开关工具在约20 kN力的作用下完全打开并穿过滑套，反向装置的开关工具在约20 kN力的作用下完全关闭并穿过滑套。同时，在滑套被打开或关闭时，修井机上安装的拉力计指针有明显的跳动显示(约20 kN)，便于地面操作人员准确掌握滑套的开关情况。

调层时，通过在地面上测量管柱的长度，上提或下放几根油管，使开关工具打开或关闭对应油层的滑套，实现油层分层开采或合采。

(1)该技术能够有效解决插管找堵水不能实现Ⅰ、Ⅲ层合采的问题，可以轻松实现任意层单采或任意几层合采；由于是机械压力强迫式打开或关闭滑套，调层准确可靠，成功率高。

(2)整个工艺入井管柱与插管找堵水工艺相比，由3趟管柱减少为2趟，缩短了作业时间，提高了作业效率。

(3)该工艺在单采时可监测每一层的动液面，随时可进行反洗井，特别是结蜡严重时，可根据现场需求考虑不动管柱热洗。

Y441-114封隔器是一种液压式整体卡瓦可取式封隔器，主要由上接头、接箍、中心管、胶筒、活塞套、下活塞、锥体、卡瓦和下接头等构成，结构如图 2所示。它纯粹依靠液压坐封，可1个或多个一起下入井中，特别适合机械坐封不宜下入的斜井中。该封隔器的密封系统由2种硬度的3节胶筒组成，位于密封系统下的双向整体卡瓦坐封可靠，可承受上、下的高压差^[10]。

图 2 Y441-114封隔器结构示意图 Fig. 2 Structural schematic of Y441-114 packer 1—接箍；2—上接头；3—剪切销；4—释放套罩；5—中心管；6—平衡接头；7—导环；8—端胶桶；9—隔环；10—中胶筒；11—泄油套；12—释放爪；13—上部活塞套；14—上部活塞；15—下活塞；16—外中心管；17—缸筒；18—锁环座；19—锁环；20—锁环挡圈；21—上锥体；22—卡瓦；23—卡瓦套；24—下锥体；25—下接头。

图选项

向油管内加压，下活塞在液压力的推动下向下移动，以撑开卡瓦坐封在套管上；同时上活塞向上移动压缩胶筒，使胶筒撑开并将全部的液压力作用在胶筒和卡瓦上，确保卡瓦的锚定和胶筒的密封。棘轮锁环装置将锁紧和保持坐封力，使卡瓦和胶筒坐封有效。

上提管柱，剪断预先设定剪切力的剪切螺母，在解封过程中压力平衡阀自动打开以平衡内、外压力，并使油管和套管之间的液体可以相互流动，持续上提将使封隔器外围部件达到完全放松的状态，锁环释放，中心管上移，带动上锥体上移，卡瓦回收。

总长度1 770 mm，最大外径114 mm，最小内径50 mm，工作压差70 MPa，坐封压力16 MPa，解封力60～80 kN。

开关工具主要由上接头、主体、底座、上挡环、键弹簧、开关键和下挡环等组成，结构如图 3所示。它是一种机械式开关工具，上面设计有非选择性的开关键，在完成打开或关闭操作后，可与滑套完全脱开，还可与其他滑套起作用，因此该工具可以打开或关闭1趟管柱中的所有滑套。其主要技术参数为：总长230 mm ，最大外径43 mm，控制力20 kN ，耐压50 MPa。

图 3 开关工具结构示意图 Fig. 3 Structural schematic of the switch tool 1—上接头; 2—稳钉; 3—底座; 4—上挡环; 5—开关键; 6 — 键弹簧; 7 — 下挡环; 8 — 主体。

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滑套由上下接头、中间接头、内滑套以及密封盘根组件组成(见图 4)。

图 4 滑套结构示意图 Fig. 4 Structural schematic of the sleeve 1—上接头; 2—内滑套; 3—中间接头;4— 盘根;5 — 密封圈;6 — 下接头。

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滑套利用开关工具带动内滑套的上、下移动来实现滑套的关闭和打开，密封盘根组件能在内滑套多次上、下滑动后保证滑套密封。结构上端有密封套和侧面滑道，下端有循环孔，循环孔关闭后，管道内不会留任何异物。主要技术参数如下：总长1 000 mm ，最大外径93 mm，控制力20 kN ，耐压50 MPa。

开关工具进入滑套内腔后，开关工具开关键上的外直台阶牢牢地挂住滑套上的内直台阶，带动内滑套向下运动，滑套上的密封盘根也跟着一起向下运动，循环孔便被打开，油套连通。当开关工具运动到滑套的基座结构时，开关工具上开关键的外斜台阶与滑套基座上的内斜台阶接触，并向内压缩，同时开关键外直台阶也被迫一起内缩，开关键外直台阶便与滑套内直台阶完全脱离，开关工具可继续向前运动，与滑套完全脱离。

泄压球座主要由上接头、钢球、密封圈、滑套、剪钉、阀、锁钉、弹簧和下接头构成(见图 5)。该工具接在井下封隔器管柱未端，坐封时投入钢球加压，滑套剪断剪钉下行，滑套与下接头构成的环形空间的水通过旁通孔推开阀进入油套空间，如果坐封球座外部压力大于内部压力，在阀弹簧的作用下关闭旁通孔，保证管柱密封的可靠性，封隔器顺利坐封。避免了普通球座当下层压力高于上层时，液流推开球座上的球进入上部管内，甚至发生井涌或井喷等复杂情况^[2]。主要技术参数如下：总长500 mm ，最大外径89 mm，坐封力30 kN ，耐压50 MPa。

图 5 泄压球座结构示意图 Fig. 5 Structural schematic of pressure relief ball seat 1—上接头; 2—内滑套; 3—中间接头;4— 盘根;5 — 密封圈;6 — 下接头。

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2013年7月2日，机械式滑套开关多级找堵水技术在双河油田双J2302井进行了试验，采用2级2段分层开采。上层日产液52.2 t,日产油1.2 t，含水体积分数97.7%，7月23日调层后，日产液23.6 t,日产油7.1 t，含水体积分数70.1%。该找堵水技术在双河油田开展了12井次的现场应用，调层8井次，成功率100%。实施结果表明，该工艺开关控制灵活，地面显示明显。该技术的成功应用为中浅油藏找堵水一体化工艺提供了新的技术支持。

(1)机械式滑套开关多级找堵水技术能实现3层7种调层生产方式，生产方式多，适应范围广，调层成功率高。

(2)滑套的打开和关闭可通过地面作业机上的拉力计显示，与电子式开关器相比，不受层间压差干扰，直观且可靠。

(3)管柱组配相对简单，作业费用低，资料准确率高，在油田开发后期利用该技术进行稳油控水具有良好的应用前景。