分层压裂管柱失效原因浅析及治理对策探讨
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摘 要：油田开发进入中、后期，层间矛盾越来越突出，油层污染越来越严重，而分层压裂是解除层间矛盾突出井油层污染最有效的措施之一，而在分层压裂过程中，分层压裂管柱失效是造成分层压裂失效的主要原因。本文针对分层压裂管柱失效的问题油管、封隔器等方面，结合具体的典型井例进行了较详细分析。
关键词：分层压裂 封隔器 管柱失效
随着油田开发的逐步深入，压裂作为油田开发最要的增产措施之一，对提高油田开发效果起着至关重要的作用。油管和封隔器是分层压裂管柱最重要组成部分，它们直接决定着分层压裂的成败。2013年我采油一队实施分层压裂45次，其中因管柱失效造成分层压裂失败24井次，占总压裂井次的53.3%，因此提高分层压裂管柱的有效性是解堵油层污染，增液增油前提条件之一。对于油田实现长期稳产，高产具有十分重要的意义。
一、原因分析
结合2013年分层压裂井，对管柱失效的原因进行了较深入的分析。根据对压裂井失效的原因进行了统计分析，造成压裂管柱失效的原因主要由以下几个方面：
1.油管刺漏
管柱刺漏是造成压裂失败的主要原因之一，2013年，管柱刺漏造成压裂失败9井次，占压裂失败井次的37.5%。分析管柱刺漏的主要原因：1.油管长期服役造成油管老化；2.在油井生产过程中，油管和抽油杆偏磨造成油管内壁存在磨损段；3.井下作业起下油管过程中，对油管丝扣造成了一定程度的损伤。
2.封隔器失效
封隔器失效是压裂失败的最主要原因，2013年，封隔器造成失败15井次，占压裂失败井次的62.5%。分析其主要原因如下：
2.1封隔器密封件损坏
随着压裂液对封隔器的侵蚀和封隔器在井下工作时间的延长，封隔器密封件的应力随时间逐步衰减。应力衰减分两个阶段：第一阶段橡胶材料较松弛键的破坏和重新配置；第二阶段是牢固键的破坏和重新配置（化学衰减）；其结果导致胶筒弹性减小，塑性增加。另外由于管柱蠕动造成胶筒损坏，导致封隔器不密封而管柱失效。
2.2附着物影响套管内壁与胶筒的密封性
部分井的套管弯曲变形，腐蚀和结构，以及化学堵水后堵剂处理不彻底，堵剂附着在套管壁卡封段，造成封隔器胶筒工作面粗糙不平。封隔器胶筒要密封就需要更大的座封载荷，甚至无法密封；即使当时能密封，压裂过程中，压裂液溶蚀套管内壁的部分附着物后造成封隔器胶筒密封不严。
2.3胶筒磨损造成密封不严
部分井井斜幅度较大，套管弯曲变形，套管壁结垢或附着堵剂，套管接箍连接处间隙较大，以及下管速度过快，造成封隔器胶筒磨损，刮坏。7108井卡柱失效，起出发现按封隔器胶筒已磨损，撕裂。
2.4压力波动造成封隔器失效
压裂过程中，当油层堵塞接触造成压力下降时，则管柱受力状况发生变化，从而导致管柱发生蠕动，带动封隔器胶筒蠕动，使胶筒的工作条件变差，造成胶筒破坏及管柱失效。当上部油层压力高时，管柱受拉伸长，在油层堵塞解堵后，压力下降，管柱收缩，对于上提管柱解封的封隔器，使封隔器解封。6068井下入带Y341―114型压缩式封隔器的管柱，下部层位时，最初压力25MPa，堵塞解除后，压力下降至12MPa；上部层位时，压力上升至24MPa时管柱失效。分析由于封隔器承压方向变化及压力波动，造成管柱受力不断变化，由于管柱未锚定，管柱蠕动引起封隔器失效。
2.5压裂管柱不能满足油藏深且套边井的要求
受压裂井油藏深及施工压力高的影响，部分套边井不能配套水力锚等工具，管柱的承压能力下降，造成管柱不能压裂要求。3024井油层深度786.5.0―824.0m，套管缩经，只能Φ110mm×1.5m的通井规通过。因此使用Y341―110型压缩式小直径封隔器进行压裂，另外由于没有配套的水力锚，管柱未实施锚定。施工过程中封隔器失效。分析该井施工压力38MPa过高，造成管柱蠕动而使封隔器失效。
2.6封隔器卡封位置偏离
部分压裂井的层间夹层较小，座封方式影响，管柱组配不合理等原因，导致卡封时把封隔器卡在射孔层段上，造成封隔器不密封。另外当上部压力或下部高时，使管柱受拉伸长或受压缩短，在卡距和下入的封隔器距层位很小，有可能使胶筒移出卡位而造成层位串通，使压裂失败。
2.7封隔器设计或质量缺陷
因井下工具问题造成压裂失败的主要表现有：密封圈老化或安装时密封团剪切造成管柱漏失，中途座封、不能座封或轻易解封等。5454井压裂施工过程中封隔器失效，经检查封隔器没有设计解封销钉，压力波动造成的管柱蠕动可造成封隔器解封。
1.保证入井油管质量
对入井油管进行全面探伤、试压，保证入井油管质量，对油管丝扣涂抹密封脂，防止酸液侵蚀油管丝扣，造成丝扣窜槽、刺漏。
2.保证套管壁干净
对结垢严重井或化学堵水井，下压裂管柱前用套管刮削器刮削套管内壁，保证套管内壁干净。
3.优化压裂管柱结构
针对压裂层位、管柱结构，结合各种型号封隔器的承压特点，优化管柱结构，在管柱结构上，安装水力锚，防止管柱蠕动而造成封隔器失效。
4.优化压裂施工过程
压裂施工过程中，控制施工压力的稳定性，保持管
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柱始终处于充压状态，防止反复充泄压造成管柱蠕动而使封隔器失效。
5.保证封隔器质量和卡封点的精准度
入井封隔器要设计科学、质量可靠。封隔器卡封点要采用自然伽马校深，保证封隔器卡封点的精准度，防止胶筒移出卡位而造成层位串通，使压裂失效。
三、结论
1.造成压裂管柱失效的主要原因是油管刺漏和封隔器失效（密封件损坏，井壁结垢、附着堵剂，管柱设计不合理，座封载荷不足以及封隔器卡点偏离）。
2.完善配套的井下工具是压裂成功的前提。
3.良好的井况和井筒条件是压裂成功的基础。
4.根据单井条件合理设计压裂管柱是成功的关键。
参考文献：
[1]甘谷驿油田长6储层水气交替注入室内研究。延长油田内部资料2007。
[2]甘谷驿油田长2油层水气交替区室内研究。延长油田内部资料2007。
[3]甘谷驿油矿唐80井区油藏描述及注水开发对策研究. 延长油矿内部资料，2004.
作者简历：张万军（1972-），男，学历：本科，研究方向：采油工程，单位：甘谷驿采油厂采油一大队。