2. 冀东油田分公司规划计划处
2. Planning Branch of Jidong Oilfield Company
0 引言
冀东油田属于复杂断块油藏，含油层系由明化镇直至沙河街组，纵向上包含数10个含油层系，含油井段长，层间差异大，层间矛盾突出，合采不能有效动用目的层，而分层采油可以解决层间矛盾，提高油井纵向合理动用程度[1-2]。目前，油田分层采油主要采用丢手型管柱[3-6]，但由于油井在生产过程中会携带地层砂，分采管柱可能出现以下问题：①上部沉砂导致管柱打捞困难，造成大修；②管柱整体解封起出难度大；③密封效果差，管柱工作寿命短；④在下入过程中管柱易中途坐封，导致施工失败。
鉴于此，冀东油田分公司钻采工艺研究院研究了逐级解封防沉砂分采管柱及配套工具。该管柱不仅可阻挡砂垢沉积，便于后期冲砂打捞，而且实现了逐级解封打捞多级分层采油管柱，减小了管柱起出载荷，避免了油井的复杂大修作业，从而大幅降低了修井作业费用。
1 逐级解封防沉砂分采管柱 1.1 结构逐级解封防沉砂分采管柱主要由挡砂丢手、JDY441高温高压卡水封隔器、Y341高温高压封隔器、分采开关器、逐级解封装置及丝堵等组成，其结构如图 1所示。
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| 图 1 逐级解封防沉砂分采管柱示意图 Fig.1 Schematic of gradually releasing and anti-sanding string for separate layer production 1—挡砂丢手； 2—JDY441 封隔器； 3—分采开关器；4—逐级解封装置；5—Y341封隔器；6—丝堵。 |
1.2 工作原理
将挡砂丢手接头、卡水封隔器、分采开关器、挡砂丢手、中间解封接头及丝堵等工具按照设计顺序连接后下至设计深度。油管憋压10~15 MPa，压缩并锁紧挡砂丢手挡砂胶筒，阻挡砂垢下沉；同时坐封各级封隔器密封各层间油套环空，继续憋压至20 MPa，挡砂丢手脱开，起出上部管柱，下泵抽生产管柱。在生产过程中，地层液体进入套管后，分采管柱上部套管环空内液体所携带地层砂沉积到挡砂丢手接头胶筒上，避免落入封隔器部位。
当分采管柱需要起出时，下入打捞工具，先大排量反洗井，将挡砂丢手接头上部的沉砂冲洗干净，然后下放捞矛捞住管柱后上提，解封JDY441封隔器，继续上提管柱，逐级启动各层之间的逐级解封接头及各级封隔器，减小起管载荷[7-11]，避免管柱大修。
1.3 主要技术参数工作压差50 MPa，工作温度150 ℃，坐封压力15 MPa，解封力100~120 kN，挡砂丢手脱开压力20 MPa，逐级解封装置解卡力28~30 kN。
1.4 技术特点(1) 采用高温高压封隔器，耐温耐压性能指标高，密封效果好。
(2) 能有效阻隔地层砂落入封隔器卡瓦上部，且易冲洗，可避免砂卡管柱。
(3) 管柱可逐级解卡打捞，有效减小管柱起出载荷，降低大修风险。
2 主要配套工具 2.1 JDY441高温高压卡水封隔器 2.1.1 结构JDY441高温高压卡水封隔器结构如图 2所示，主要由防撞部分、坐封部分、锁紧部分、密封部分、锚定部分和解封部分组成。
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| 图 2 JDY441高温高压卡水封隔器 Fig.2 JDY441 HPHT water seal packer 1—上接头；2—解封销钉；3—上外套；4、16、18—O形密封圈；5—锁块；6—中心管；7—上锥体；8—卡瓦套；9—卡瓦；10—箍环；11—下锥体；12—外中心管；13—端胶筒；14—隔环；15—中胶筒；17—下胶筒座；18—活塞；19、21—锁套；20—下接头；22—剪钉套；23—坐封销钉；24—扶正环。 |
2.1.2 工作原理
油管内憋压，液力由进液孔传递至坐封活塞，剪断坐封销钉后，活塞推动下胶筒座上行压缩卡瓦和胶筒，同时锁套与锁环相互啮合锁紧，固定压缩后的胶筒，实现封隔器坐封与锚定。封隔器需要解封时，上提管柱至设定值后剪断解封销钉，继续上提释放锁块，内中心管解锁，上提一定距离后上外套带动上锥体上行，锚定机构在上提力和下部胶筒摩擦力的作用力下脱开解卡，继续上提管柱，释放胶筒，封隔器完全解封。
2.1.3 主要技术参数外径114 mm，内通径50 mm，坐封压力15 MPa，工作压差50 MPa，工作温度150 ℃，解封载荷100~120 kN。
2.1.4 技术特点(1) 底部设计大直径扶正环，避免封隔器下入时中途坐封。
(2) 采用双向卡瓦结构，可避免管柱蠕动，延长管柱使用寿命。
(3) 采用高强度合金材料和高温耐油橡胶，性能指标高，密封和锚定安全可靠。
(4) 采用逐级解封结构，减小了解封载荷，降低了管柱风险。
2.2 JDY341高温高压卡水封隔器 2.2.1 结构JDY341高温高压卡水封隔器结构如图 3所示，主要由密封部分、锁紧部分、坐封部分、防撞部分、平衡部分和解封部分组成。
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| 图 3 JDY341高温高压卡水封隔器 Fig.3 JDY341 HPHT packer 1—上接头；2、3、8—O形密封圈；4—上平衡活塞套；5—内中心管；6—压帽；7—上平衡活塞；9—下平衡活塞；10—外中心管；11—上胶筒座；12—端胶筒；13—隔环；14—中胶筒；15—下胶筒座；16—活塞套；17—坐封活塞；18—下接头；19—锁环；20—支撑环；21—解封销钉；22—剪钉座；23—坐封销钉；24—扶正环。 |
2.2.2 工作原理
封隔器下至设计井深后，从油管加压，液力由内中心管进液孔传递至坐封活塞，推动活塞套及下胶筒座上行压缩胶筒，密封环套空间，同时活塞套上行带动锁环和锁套相互啮合并锁紧，完成封隔器坐封。封隔器利用上部双平衡活塞平衡地层压力差，并使胶筒保持密封状态。当封隔器需要解封时，上提管柱带动中心管，利用胶筒与套管内壁的摩擦力剪断解封销钉，然后在胶筒的弹性作用下，锁套带着锁簧一起下行，实现解封。
2.2.3 主要技术参数外径114 mm，内径50 mm，坐封压力15 MPa，工作压差50 MPa，工作温度150 ℃，解封载荷 20～30 kN。
2.2.4 技术特点(1) 底部设计大直径扶正环，可避免封隔器下入时中途坐封。
(2) 双向全平衡机构设计，可双向承受高压，密封可靠。
(3) 采用高强度合金材料和高温耐油橡胶，性能指标高，密封效果好。
2.3 挡砂丢手接头 2.3.1 结构挡砂丢手接头结构如图 4所示，主要由上接头、打捞头、挡砂胶筒、活塞、锁环、锁套和下接头组成。
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| 图 4 挡砂丢手接头 Fig.4 Sand blocking release joint 1—上接头；2—丢手销钉；3、7—O形密封圈；4—打捞头；5—挡砂胶筒；6—活塞；8—下接头；9—锁环；10—锁套；11—启动销钉；12—扶正环。 |
2.3.2 工作原理
挡砂丢手下至设计井深后，从油管加压，液力由进液孔传递至坐封活塞，推动坐封活塞上行，剪断启动销钉，带动锁环和锁套相互啮合并锁紧，完成胶筒胀封，封闭油套环空，阻挡沉砂下落；继续加压，剪断连接上接头与打捞头的丢手销钉，完成丢手，提出上接头及上部管柱。
2.3.3 主要技术参数外径112 mm，内通径62 mm，丢手压力25 MPa，工作压力50 MPa，工作温度150 ℃。
2.3.4 技术特点(1) 接头增加了挡砂胶筒，可防止丢手管柱顶部沉砂。
(2) 可利用常规打捞工具进行打捞。
(3) 采用高强度合金材料，性能指标高。
2.4 逐级解封装置 2.4.1 结构逐级解封装置结构如图 5所示，主要由上接头、中心管和外套组成。
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| 图 5 逐级解封装置 Fig.5 Gradually releasing device 1—上接头； 2—O 形密封圈； 3—销钉； 4—中心管； 5—外套。 |
2.4.2 工作原理
逐级解封装置利用销钉连接上接头与中心管，外套与上接头通过螺纹连接，并通过销钉固定中心管。当管柱上提力达到一定值时，上接头带动外套剪断销钉，上提一定距离，实现油套连通，继续上提解封上级封隔器及各级封隔器。
2.4.3 主要技术参数外径108 mm，内径60 mm，启动力280 kN，工作压力50 MPa，工作温度150 ℃。
2.4.4 技术特点(1) 可实现油套连通，从而消除压差对管柱打捞的影响。
(2) 可提供解封行程，减小解封载荷。
(3) 可利用常规打捞工具进行打捞。
3 现场应用截至2016年3月，逐级解封防沉砂分采管柱已在冀东油田成功应用5井次，管柱下入顺利，封隔器坐封和丢手均一次性成功，最大下入井深3 868 m；换层生产效果明显，证明封隔器密封效果良好。典型井例如下。
L28-12井位于南堡陆地L28-1断块，由于出水层位不明确，2015年10月该井下入逐级解封防沉砂管柱，分2段进行开采。单采上段时，日产液3.2 m3；单采下段时，日产液15.8 m3，两者相差很大，封隔器密封有效。2016年2月，为封堵高含水层，冲砂后一次性捞出分采管柱，打捞载荷500 kN，封隔器解封完全。
4 结论(1) 逐级解封防沉砂分采管柱结构合理，施工操作简单，能有效分隔地层。
(2) JDY441高温高压卡水封隔器采用双向卡瓦锚定，上提逐级解封，解封后可实现油套连通，从而减小压差对打捞的影响。
(3) 挡砂丢手能够有效阻挡地层砂落入上部封隔器卡瓦，且易于冲洗，能有效防止砂卡管柱。
(4) 逐级解封装置结构简单，启动后油套连通，提供解封行程，实现逐级解封，能有效降低起管载荷。
(5) 现场5口井的应用结果表明：逐级解封防沉砂分采管柱打捞载荷大，封隔器坐封和丢手均一次性成功，换层生产效果明显，封隔器密封效果良好，具有广阔的推广应用前景。
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