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摘 要：双封单卡压裂工艺已逐渐成为国内水平井分段压裂的重要技术之一，但是国内很多油田对它了解并不多，也极少人对它通过论文的形式进行过技术探讨，为了解决这一矛盾，经过多方调研和现场应用，本文详细说明了双封单卡压裂工艺的管柱结构、工艺原理、技术指标、适用条件、施工要求，探讨了其工具设计时所涉及到的3项关键技术，即耐温耐压性能、耐磨性能和防卡与脱卡设计，同时介绍了长城钻探在三塘湖的应用情况，从而展现了该压裂工艺技术的优缺点，为它的进一步推广应用提供了参考和指导。
关键词：双封单卡 工艺原理 水平井分段 压裂工艺
双封单卡压裂工艺技术最先由大庆油田研发，20世纪90年代广泛用于直井分层压裂，随着水平井的发展，通过对双封单卡压裂工具的深入研究和改进，2006年开始用于水平井分段压裂，现在已经逐渐发展成为水平井分段压裂的重要工艺技术，尤其是大庆油田，双封单卡压裂技术在水平井分段压裂工艺中应用比例达到75%以上。
一、工艺管柱结构及工艺原理
1.工艺管柱结构
双封单卡工艺管柱主要由安全接头、扶正器、水力锚、K344型封隔器、导压喷砂器、导向丝堵组成，结构如图1所示。
1.安全接头；2.扶正器；3.水力锚；4.K344型封隔器；5.导压喷砂器；6.导向丝堵
图1 双封单卡工艺管柱图
2.工艺原理
压裂时，一定流速的高压液体经过导压喷砂封隔器内的节流嘴形成压降，在管柱内外造成节流壓差，使上下封隔器坐封，隔离目的层，对该层进行压裂。压裂完停泵，管柱内外无压差，上下封隔器自动解封即可上提管柱进行另一层段的压裂[1]。该层段压裂完成后，停泵，胶筒自然回收，控制油管闸门放喷，放喷结束，反洗后上提管柱至下一段压裂位置，憋压重新坐封封隔器，完成对下一段的压裂。重复上述过程，通过层层上提，完成对多个层段的逐级压裂[2]。
同时优良材质的采用，提高了喷嘴耐磨性和封隔器耐温性及抗压强度，为一趟管柱施工多个层（段）提供了可能。
二、技术指标、适用条件及施工要求
1.技术指标和特点
1.1封隔器耐温95℃、耐压差70MPa；
1.2单层（段）加砂量可达到60m3；
1.3通过层层上提，一趟管柱可施工多段；
1.4工具短而小，具有锚定和扶正功能；
1.5具有防卡、解卡机构，可液压解卡。
目前最高施工指标为：一趟管柱最多实现15段压裂，最大卡距112m，重复坐封次数最多达到20次。
2.适用条件
2.1可应用于直井或水平井；
2.2套管完井，固井质量较高；
2.3施工层段井温<95℃，施工时油套压差<70MPa
3.施工要求
3.1前段压裂完后，需控制放喷，放至压力为零，反洗井一周半确保井段无沉砂，上提管柱至新压裂井段，重复如此过程从而完成多段压裂。
3.2压裂设备能满足连续加砂要求，加砂后不能停泵；
3.3若套管出液要立即反洗；
3.4出现砂堵要立即反洗。
三、关键技术
1.耐温、耐压性能
1.1胶筒材料上采用共混纳米胶料，制造工艺上采用尼龙+钢丝帘线模压成型，极大的提高了耐温性能，使耐温达到95℃。
1.2对封隔器胶筒运用肩部保护技术，对胶筒下钢碗采用可移动设计，优化了封隔器结构，改善了胶筒受力状况，使得耐压差达到70MPa。
在100℃，70MPa条件下，室内油浸试验6小时，结果表明：胶筒外径变形率4.36%，能够满足高温高压井施工要求。
2.耐磨性能
通过优化喷嘴、导压孔及整体结构，优选内衬套材质及涂镀特种合金，提高了喷砂器耐磨蚀性能，为工艺管柱实现大卡距及多层段压裂提供了技术保证。
3.锚定和扶正
3.1采用了水力锚锚定技术。通过水力锚锚定，防止了封隔器因位移较大导致胶筒破损封隔器失效，起到保护胶筒提高管柱密封性能的目的。
3.2采用了扶正器扶正技术。通过扶正器的运用，“横躺着”的封隔器下部就不会因重力作用太贴近水平井井筒下部壁面，上部悬空太历害，使得坐封时受力较均匀，提高了封隔器坐封可靠性。
4.防卡与脱卡
4.1防卡设计
4.1.1工具设计时，对封隔器等配套工具外径和长度都进行了优化，将它们减小到最小，以提高造斜段通过能力强。统计水平井完钻数据，最小曲率半径84.5m，允许组合管串工具最大长度2.81m，而双封单卡单级管串长度为2m左右，符合要求。
4.1.2水力锚采用防砂管内衬设计，可防止压裂砂进入锚爪内部，阻碍锚爪的顺利回收。
4.1.3水力锚和扶正器均有螺旋冲砂通道。避免支撑剂堆积，反洗冲砂效果更好，从而保护封隔器的起下，提高封隔器密封及回收性能。
4.2脱卡设计
4.2.1工具管串上部设计有安全接头，可投球打压丢手。如管柱遇卡、砂埋等情况时，可通过安全接头实现丢手，方便打捞、钻洗等后续工作的进行。
4.2.2设计有反循环通道，并优化喷砂口距离，每个层段压后通过反洗，将卡距内沉砂冲净，可有效预防或解除砂卡。
四、现场应用
在三塘湖油田应用该压裂工艺3井次，共顺利完成10段压裂施工，共加砂334.6m3，泵入压裂液2439.1m3。压裂施工均很顺利，分段技术可靠。但其中有1口井在第2段施工完后，起管时出现卡钻，未卡死，可在14m的区间内活动，卡的原因可能是工具回缩差或套管变形。处理无效后从安全接头处丢开，起出上部管柱后，下入一套新工具完成了后2段施工。
五、结论和认识
1.双封单卡压裂工艺可应用于直井或水平井，需套管完井，对固井质量要求较高。
2.该压裂工艺通过层层上提管柱，实现多层（段）压裂，通过多趟管柱的组合，可实现任意层段数的分段控制压裂施工，减少了压裂设备进出场次数，作业连续，大大降低了施工生产成本[3]。
3.因每施工一个新的层段，需要先放喷，再上提管柱，因此施工周期稍长。
4.该压裂工艺存在卡钻风险，需考虑各个工序的防卡措施。
5.该技术可与连续油管、裸眼完井等技术相结合，实现低渗、低品位储层的有效开发，具有较好的推广应用前景。
参考文献
[1]胡俊卿.大庆外围油田斜直井分层压裂工艺研究与应用[J]石油地质与工程，2010，24（5）：98-100
[2]荣莽，罗君.页岩气藏水平井分段压裂管柱技术探讨[J]石油机械，2010，38（9）：65-67
[3]景亮，肖春金.双封隔器机械分层压裂工艺技术研究[J]内蒙古石油化工，2011，（2）：116-117
作者简介：张群双（1981年-）男，籍贯湖北黄冈，毕业于长江大学，工学学士学位，现工作于长城钻探工程有限公司压裂公司压裂酸化技术研究所，工程师职称，主要从事油气井增产技术研究、压裂酸化施工设计工作。
关键词：双封单卡 工艺原理 水平井分段 压裂工艺
双封单卡压裂工艺技术最先由大庆油田研发，20世纪90年代广泛用于直井分层压裂，随着水平井的发展，通过对双封单卡压裂工具的深入研究和改进，2006年开始用于水平井分段压裂，现在已经逐渐发展成为水平井分段压裂的重要工艺技术，尤其是大庆油田，双封单卡压裂技术在水平井分段压裂工艺中应用比例达到75%以上。
一、工艺管柱结构及工艺原理
1.工艺管柱结构
双封单卡工艺管柱主要由安全接头、扶正器、水力锚、K344型封隔器、导压喷砂器、导向丝堵组成，结构如图1所示。
1.安全接头；2.扶正器；3.水力锚；4.K344型封隔器；5.导压喷砂器；6.导向丝堵
图1 双封单卡工艺管柱图
2.工艺原理
压裂时，一定流速的高压液体经过导压喷砂封隔器内的节流嘴形成压降，在管柱内外造成节流壓差，使上下封隔器坐封，隔离目的层，对该层进行压裂。压裂完停泵，管柱内外无压差，上下封隔器自动解封即可上提管柱进行另一层段的压裂[1]。该层段压裂完成后，停泵，胶筒自然回收，控制油管闸门放喷，放喷结束，反洗后上提管柱至下一段压裂位置，憋压重新坐封封隔器，完成对下一段的压裂。重复上述过程，通过层层上提，完成对多个层段的逐级压裂[2]。
同时优良材质的采用，提高了喷嘴耐磨性和封隔器耐温性及抗压强度，为一趟管柱施工多个层（段）提供了可能。
二、技术指标、适用条件及施工要求
1.技术指标和特点
1.1封隔器耐温95℃、耐压差70MPa；
1.2单层（段）加砂量可达到60m3；
1.3通过层层上提，一趟管柱可施工多段；
1.4工具短而小，具有锚定和扶正功能；
1.5具有防卡、解卡机构，可液压解卡。
目前最高施工指标为：一趟管柱最多实现15段压裂，最大卡距112m，重复坐封次数最多达到20次。
2.适用条件
2.1可应用于直井或水平井；
2.2套管完井，固井质量较高；
2.3施工层段井温<95℃，施工时油套压差<70MPa
3.施工要求
3.1前段压裂完后，需控制放喷，放至压力为零，反洗井一周半确保井段无沉砂，上提管柱至新压裂井段，重复如此过程从而完成多段压裂。
3.2压裂设备能满足连续加砂要求，加砂后不能停泵；
3.3若套管出液要立即反洗；
3.4出现砂堵要立即反洗。
三、关键技术
1.耐温、耐压性能
1.1胶筒材料上采用共混纳米胶料，制造工艺上采用尼龙+钢丝帘线模压成型，极大的提高了耐温性能，使耐温达到95℃。
1.2对封隔器胶筒运用肩部保护技术，对胶筒下钢碗采用可移动设计，优化了封隔器结构，改善了胶筒受力状况，使得耐压差达到70MPa。
在100℃，70MPa条件下，室内油浸试验6小时，结果表明：胶筒外径变形率4.36%，能够满足高温高压井施工要求。
2.耐磨性能
通过优化喷嘴、导压孔及整体结构，优选内衬套材质及涂镀特种合金，提高了喷砂器耐磨蚀性能，为工艺管柱实现大卡距及多层段压裂提供了技术保证。
3.锚定和扶正
3.1采用了水力锚锚定技术。通过水力锚锚定，防止了封隔器因位移较大导致胶筒破损封隔器失效，起到保护胶筒提高管柱密封性能的目的。
3.2采用了扶正器扶正技术。通过扶正器的运用，“横躺着”的封隔器下部就不会因重力作用太贴近水平井井筒下部壁面，上部悬空太历害，使得坐封时受力较均匀，提高了封隔器坐封可靠性。
4.防卡与脱卡
4.1防卡设计
4.1.1工具设计时，对封隔器等配套工具外径和长度都进行了优化，将它们减小到最小，以提高造斜段通过能力强。统计水平井完钻数据，最小曲率半径84.5m，允许组合管串工具最大长度2.81m，而双封单卡单级管串长度为2m左右，符合要求。
4.1.2水力锚采用防砂管内衬设计，可防止压裂砂进入锚爪内部，阻碍锚爪的顺利回收。
4.1.3水力锚和扶正器均有螺旋冲砂通道。避免支撑剂堆积，反洗冲砂效果更好，从而保护封隔器的起下，提高封隔器密封及回收性能。
4.2脱卡设计
4.2.1工具管串上部设计有安全接头，可投球打压丢手。如管柱遇卡、砂埋等情况时，可通过安全接头实现丢手，方便打捞、钻洗等后续工作的进行。
4.2.2设计有反循环通道，并优化喷砂口距离，每个层段压后通过反洗，将卡距内沉砂冲净，可有效预防或解除砂卡。
四、现场应用
在三塘湖油田应用该压裂工艺3井次，共顺利完成10段压裂施工，共加砂334.6m3，泵入压裂液2439.1m3。压裂施工均很顺利，分段技术可靠。但其中有1口井在第2段施工完后，起管时出现卡钻，未卡死，可在14m的区间内活动，卡的原因可能是工具回缩差或套管变形。处理无效后从安全接头处丢开，起出上部管柱后，下入一套新工具完成了后2段施工。
五、结论和认识
1.双封单卡压裂工艺可应用于直井或水平井，需套管完井，对固井质量要求较高。
2.该压裂工艺通过层层上提管柱，实现多层（段）压裂，通过多趟管柱的组合，可实现任意层段数的分段控制压裂施工，减少了压裂设备进出场次数，作业连续，大大降低了施工生产成本[3]。
3.因每施工一个新的层段，需要先放喷，再上提管柱，因此施工周期稍长。
4.该压裂工艺存在卡钻风险，需考虑各个工序的防卡措施。
5.该技术可与连续油管、裸眼完井等技术相结合，实现低渗、低品位储层的有效开发，具有较好的推广应用前景。
参考文献
[1]胡俊卿.大庆外围油田斜直井分层压裂工艺研究与应用[J]石油地质与工程，2010，24（5）：98-100
[2]荣莽，罗君.页岩气藏水平井分段压裂管柱技术探讨[J]石油机械，2010，38（9）：65-67
[3]景亮，肖春金.双封隔器机械分层压裂工艺技术研究[J]内蒙古石油化工，2011，（2）：116-117
作者简介：张群双（1981年-）男，籍贯湖北黄冈，毕业于长江大学，工学学士学位，现工作于长城钻探工程有限公司压裂公司压裂酸化技术研究所，工程师职称，主要从事油气井增产技术研究、压裂酸化施工设计工作。