无线射频识别滑套关键技术研究

射频识别(RFID)技术具有非接触式信息传递的特点,引入RFID技术能够很好地突破现有滑套工具存在的技术瓶颈,并能大大拓展滑套工具功能。阐述了RFID驱动滑套工具的结构原理及性能特点,分析了基于RFID技术的滑套工具关键技术———井下RFID通信技术、石油井下控制系统和滑套执行单元结构。建议国内研究机构开展井下射频标签、高性能线圈、井下工具控制系统及井下机-电-液一体化微型执行单元的研制,开发基于RFID技术的可往复开关的压裂滑套工具,并拓展其应用范围。     

液压蓄能技术在射频识别滑套上的应用实践

常见的压裂滑套存在压裂级数受限、管柱不能实现全通径、开关工具频繁起下钻效率低等问题。鉴于此,开展了液压蓄能技术在射频识别滑套上应用的研究。分析了该技术在射频识别滑套工具上应用的关键技术点,开展了液压蓄能器结构设计、蓄能器关键参数设计、强度计算和液压驱动系统设计,并在此基础上进行了液压蓄能式压裂滑套的整体结构设计、工具试制及地面性能测试。理论计算和地面试验结果证明,液压蓄能技术可以应用于石油井下工具中,且能够收到良好的应用效果。研究结果可为射频识别滑套在现场的安全应用提供参考。     

RFID智能滑套设计与试验研究

为了解决传统水平井分段压裂技术操作复杂、无法达到全通径和压裂级数受限的问题,提出了基于RFID智能滑套的水平井分段压裂技术。在分析水平井分段压裂技术特点的基础上,研究了RFID智能滑套压裂管柱的结构和技术难点,开展了RFID智能滑套结构的方案优选、模拟分析、单元试验和室内样机试验。试验结果表明,RFID智能滑套在温度120 ℃、压差10～70 MPa工况下均能顺利开启至设定开度,RFID标签球能够控制RFID智能滑套窗口达到预设开度,且RFID通讯成功率良好。研究表明,RFID智能滑套水平井分段压裂技术能够降低水平井压裂施工成本,提高油气开发效率,为油气开发向智能化、低成本化和高效化方向发展提供技术支持,具有良好的应用前景。      

基于RFID技术的压裂滑套控制系统设计

针对传统的分段压裂技术无法解决压裂级数、井筒管径受限等问题,设计了一种基于RFID技术的智能分段压裂滑套控制系统。该系统将直流无刷电机控制系统与RFID技术有机结合,将RFID标签球投放到压裂管道中,通过识别压裂管道中RFID标签球的数据来驱动直流无刷电机,达到控制滑套工件的目的。试验表明:该系统可以识别RFID标签的数据,实现对无刷直流电路的精确控制,从而完成对滑套开度和启闭的自由调节。     

一球多簇分段压裂滑套工具技术研究

多级滑套分段压裂工艺技术和泵送桥塞分段压裂工艺技术各自都存在应用局限,国外开发的一球多簇分段压裂滑套工艺技术能弥补现有技术的不足。简要介绍了一球多簇分段压裂工具技术的发展状况、工艺技术原理、工具功能结构,并对该工具设计及应用中的关键参数进行了设计计算。一球多簇分段压裂滑套工具能够通过投放1球实现多点压裂,形成足够多的裂缝连通储藏,从而提高油气采收率。簇式滑套是实现投放1枚憋压球开启多簇滑套的关键工具,而其独特结构的球座是实现该功能的关键部件。该工艺技术为非常规油气的高效开采提供了新的方法。     

页岩气水平井压裂连续管滑套开关工具的研制

页岩气井可通过电缆射孔与机械封隔器层间封隔,通过依次投球,打开压裂滑套,实现多级压裂改造。但是该技术需要下球座投球封堵影响到采油通道的直径,且下入开关工具的时候均需要精确定位,无法很好满足目前页岩气井压裂的发展需求。为此,通过工艺分析,研制了液压式滑套开关工具来配合固井水泥+开关滑套多段压裂技术使用,并对此液压开关工具进行了三维设计,结构有限元分析和流动分析,验证了该工具结构的合理性。试验测试结果表明,该工具可在较小压力下实现滑套的打开和关闭,其设计原理正确,技术性能可靠,现场操作方便,开启关闭滑套的成功率高。     

可开关压裂滑套关键技术研究与应用

针对常规投球多级滑套存在的后续储层改造困难的难题,研制了一种新型分段压裂工具——可开关压裂滑套。相比常规压裂滑套,可开关压裂滑套可在井下进行多次开关。在压裂后期,根据储层改造需要,下入开关工具并对可开关压裂滑套进行开关作业,满足后期储层二次改造作业需求。研制了用于水平井裸眼分段压裂作业的可开关压裂滑套及配套开关工具。开展了工具耐冲蚀技术、反复过孔高压密封技术、滑套锁紧限位技术、开关工具定压节流启动技术、开关显示技术等关键技术研究。通过模拟试验,证明可开关压裂滑套的性能达到设计要求。现场应用20多井次,取得了良好的效果。     

基于RFID技术的压裂滑套控制系统的设计

为实现压裂级数不受限制、各级压裂滑套结构一致且可以智能控制的目标,设计出了一种基于RFID(射频识别技术)的滑套控制系统。当投放的RFID标签球通过压裂管道时,经过标签球里内置天线与读写器天线耦合,将存储的数据向井下发送。读写器接收载波信号后根据不同的设置发送指令信号给电控部分。电控部分驱动空心轴电机转动,空心轴电机部分通过霍尔信号控制电机精确换向,从而实现智能调节滑套的开度和启闭。通过搭建实验台架进行实验,验证了系统的可靠性。     

可反复开关滑套分段压裂工具的研制与应用

为解决常规水平井多级滑套裸眼分段压裂技术存在的后续储层改造困难的难题,开展了可反复开关滑套分段压裂工具技术研究。研究开发了投球式开关滑套、压差式开关滑套及配套机械开关工具,重点进行了滑套锁紧限位技术、球座快速钻除技术和工具耐冲蚀技术等关键技术研究。地面试验结果表明,可反复开关滑套结构设计合理,可以顺利实现打开及关闭功能。可反复开关滑套分段压裂工具在东胜气田进行了2口井的现场应用,滑套打开显示明显,进一步验证了该工艺的可行性和工具的安全可靠性。     

组合式滑套分段压裂管柱研究及现场应用

为了实现无限制、大排量体积压裂和复杂层段生产控制的高效改造和开采目标,提出了一种在下部产层稳定层段安放投球滑套、在上部需要生产控制层段安放开关滑套组合应用的分段压裂技术。施工中,依次投球逐级打开并压裂投球滑套段,然后投入隔离球封隔下部已压裂段;再下入连续油管开关工具,根据地层需要有选择性地开关各开关滑套层段,实现个性化压裂。后期开采阶段,如果开关滑套层段出现问题,可再次下入连续油管开关管柱关闭问题段,实现其他层段的正常开采。组合式滑套分段压裂技术在苏75-60-34H 井进行了3 段开关滑套和7 段投球滑套整体10 段现场应用,施工排量达到9.2 m3/min,施工压力达到72 MPa,日产气20×104 m3,施工效果超过预期,为复杂油气藏各段一对一压裂和生产控制提供技术借鉴。     

水平井压裂装置智能趾端滑套设计

在压裂作业中,压力完整性测试阶段的高压环境将严重影响趾端滑套的使用寿命。为了解决该问题,根据压裂装置的工作原理和技术要求,创新设计了一种在压力完整性测试之后能延时开启的智能电控趾端滑套,并设计了能够控制滑套延时开启的锁定系统结构及其控制系统。根据工作环境的要求,设计了尺寸较小的PCB控制板。通过数据计算、Ansys仿真分析和模拟试验,证明设计的智能电控趾端滑套在压力完整性测试之后能够有效、精确地开启,为后续压裂作业创造了安全、高效的环境。该设计对压裂装置工作效率的提高和未来发展方向具有重要意义。     

射频识别技术在钻完井中的应用与发展趋势

为了解射频识别技术在非常规油气藏钻完井中的应用水平以及未来的发展趋势,促进射频识别技术在我国钻完井领域的应用与发展,调研了射频识别技术在钻完井领域的应用现状。为解决深井、超深井勘探开发技术难题,提高作业效率,避免各种复杂事故,降低施工成本,减少人为操作,确保人身安全,国外公司先后应用射频识别技术研发了多种射频识别完井、修井工具。文中介绍了国外射频识别技术应用于射孔枪、循环接头、随钻扩眼器、压裂滑套、层间封隔工具、封隔器等钻完井工具的情况,展望了射频识别技术的发展趋势,并对该技术未来在钻完井中的应用与发展提出了一些建议。     

QT-127型全通径无级投球压裂滑套研制

水平井分段压裂技术是高效开发致密油气藏的主要手段。常规投球滑套+裸眼封隔器分段压裂技术的分层数量有限,无法满足致密油气藏的精细开发需要。研制了一种全通径无级投球滑套,球座的内径相同,球座与压裂滑套采用分体式设计。该滑套随压裂管柱一起下入井内,压裂作业时,球座与可溶压裂球一起投入压裂管柱内,加液压力使滑套开启。功能试验表明,投入式球座可通过不同级别滑套,并实现同级别滑套打开。球座经过50次通过性能测试后,硫化橡胶与胶筒密封性能满足作业需要。     

水平井分段压裂工具技术现状与展望

目前,水平井分段压裂技术是通过地层改造,提高低渗、低压及低丰度等非常规油气藏采收率的主要技术。为了促进我国水平井压裂工具的研制及应用技术进步,介绍了国内外的水平井套管(环空)压裂工具和油管压裂工具的结构、工作原理、应用现状及优缺点,指出了我国水平井分段压裂技术的发展方向,即研制井下可溶压裂工具、发展井下智能化识别与控制滑套技术以及发展多层段多井同步压裂技术。开展高质量和新型压裂工具研制及井下工作可靠度评价等研究,对我国同步压裂技术发展具有重要意义。     

管外封投球滑套压裂技术

由于常规压裂技术无法实现裸眼完井水平井长水平段的压裂,严重制约了油田非常规油气资源的大规模开发,为此,进行了管外封投球滑套压裂技术研究。研制了K342-142压裂封隔器、PS70-140压差滑套、BS70-140投球滑套、QZ-130坐封球座等一系列工具,形成适用于河南油田的多级分段压裂工艺管柱,适合致密砂岩压裂,满足了油田快速开发非常规资源的需要。     

机械或液压触发无限级分段压裂滑套研制

研制了一种机械或液压触发无限级分段压裂滑套。改进现有压裂滑套的结构,设计弹性套、可变径球座,使用同一尺寸的低密度压裂球能够全通径开启若干级滑套,降低压裂后管柱的摩阻,实现储层的精细化改造,并且提供后期修井作业的无障碍通道。对弹性套、可变径球座、弹簧等零件进行理论力学分析和有限元仿真分析,均能满足要求。在室内试验,通过机械驱动过球试验,验证了滑套动作的完整性; 通过混砂压裂液开启滑套试验,得到滑套开启的最小排量为80 m³/h,该值与理论计算值相符。研制的分段压裂滑套及其配套工艺管柱可进行无限级分段压裂作业,为海上低渗和陆上非常规油气藏的精细化压裂增产改造提供技术支持。     

深层长水平段页岩气井趾端压裂滑套的研制

为打破国外公司的技术垄断、解决国内深层长水平段页岩气井第一段储层改造面临的技术难题,在明确应用环境及施工要求的基础上,开展了结构设计、室内试验与评价、配套固井工艺研究,研制出了一种能够满足高温、高压固井及大排量压裂施工要求的趾端压裂滑套,并在四川盆地长宁—威远国家级页岩气示范区内的长宁H7-5井开展了现场试验。结果表明:(1)自主研发的趾端压裂滑套通过井口打压的方式打开,形成第一段压裂或泵送通道,可替代连续油管第一段射孔作业;(2)趾端压裂滑套采用内表面特殊涂层设计、内滑套上行开启结构以及压裂喷砂孔暂堵设计,可提高滑套在固井环境中的适应能力、降低固井水泥对滑套正常开启的影响;(3)趾端压裂滑套采用破裂盘破裂开启滑套的方式,可提高滑套的开启精度,保证在高温、高压条件下工具能够精确开启。结论认为,所研制的趾端压裂滑套现场工艺操作简单,工具性能稳定、可靠,开启精度高,各项指标均达到了页岩气水平井固井、压裂设计和施工的要求,提高了施工作业的效率,降低了作业的风险和成本,在深层长水平段页岩气井第一段储层改造中具有较好的推广应用前景,对于深层页岩气藏实现效益开发具有重要的现实意义。