深层气井压裂投产一次完井管柱

松辽盆地北部深层气田储层埋藏深,岩性复杂,存在大量微裂缝、孔洞,通过压裂改造可获取较高的产能。在气井压裂施工中破裂压力高,压力波动大,施工难度大,亟需新的压裂工艺及压裂工具。为此而研究开发的深层气井压裂投产一次完井技术优选压裂工艺及管柱,通过逐级投球实现多段压裂和投产的目的。压裂投产一次完井管柱关键是压裂密封工作筒,从压裂密封工作筒工作原理、锥体受力分析及计算入手,在大量室内试验的基础上,通过对压裂密封工作筒与插入密封段及其密封胶圈的改进完善,探讨、研究提高压裂密封工作筒承压能力的方法,根据松辽盆地北部深层气井实际研制不同规格密封工作筒及配套插入密封段,满足深层气井压裂生产需要。优化喷砂器等工具,形成深层气井压裂投产一体化管柱,管柱及井下工具耐温150℃,耐压80 MPa,可提高施工效率,降低储层伤害率。     

水平井分段压裂裸眼封隔器的研究与应用

为了能更有效地利用水平井裸眼完井压裂技术开发苏里格低渗透气田,自主研发了水平井分段压裂配套工具。裸眼封隔器是其重要组成部分,其性能直接影响压裂施工的效果。针对现场实际情况,设计了开启阀式裸眼封隔器,封隔器开启压力可根据施工井情况进行调节,有效防止了下井过程中封隔器提前打开坐封。密封胶筒采用单流阀设计,可以保证胶筒充分膨胀,加强密封效果。该封隔器采用扩张式胶筒结构,配合悬挂器、投球滑套、压差滑套、坐封球座等工具在苏里格地区进行了4口水平井的成功应用,证明能满足水平井分段压裂工艺管柱要求,为水平井裸眼完井分段压裂能顺利进行提供了技术保障。     

海上油田隔离密封性能优化研究及应用

针对海上油田生产井中出现的井下密封筒的磨损、划伤及腐蚀导致插入密封容易失效的问题,设计了一种新型插入密封工具。介绍了该插入密封工具的结构与工作原理; 通过胶筒受力分析来确定结构参数,并对主要零件进行了有限元分析。在海上油田应用压力膨胀式插入密封,对其进行坐封及验封。经理论分析和试验证明:设计的压力膨胀式插入密封工具满足插入密封的技术指标要求,并能在有缺陷的密封筒里实现有效密封。     

φ140型裸眼分段压裂套管外封隔器的研制

封隔器是水平井裸眼分段压裂完井管串中的关键部件,其性能好坏将决定压裂施工的成败。为此,研制了φ140型裸眼分段压裂套管外封隔器。这种封隔器由定位套、阀环体总成、胶筒总成、中心管、滑套和剪销等组成,在井径不大于240 mm时,可密封外环空压力70 MPa。室内试验和现场应用表明,这种封隔器具有结构简单、密封可靠、承压高、耐高温、适应井径范围大等特点,能够满足水平井裸眼分段压裂施工的要求。     

新型胶筒式循环充填防砂工具的设计与应用

针对滨南采油厂疏松砂岩出砂油藏所用皮碗式循环充填防砂工具和卡瓦式充填防砂工具存在的一系列弊端,研制应用了新型无卡瓦胶筒式循环充填工具.该工具没有卡瓦,采用胶筒替代皮碗密封,通过投球打压胀开胶筒,利用工具自锁装置防止胀开的胶筒回弹,施工结束后胶筒留在井内密封油套环空.现场应用表明,该工具具有性能可靠、施工简便、密封压力高、打捞方便等优点,克服了皮碗及卡瓦式充填防砂工具存在的弊端,具有广阔的应用前景.     

压裂气举快速返排一趟管柱技术

在吐哈油田特低渗透油藏区块深井压裂时，压裂液的返排率平均只有14％，严重影响压裂效果。通过研制承高压的气举阀和工作筒，可实现压裂施工后不动管柱，并通过增大排液压差，及时进行气举排液作业。该技术在吐哈及塔河油田施工200余井次，最高施工压力107MPa，在3000m井深，51／2。套管油井中，平均返排时间8h，平均返排率上升到了52％，显著改善了压裂效果。     

K344-108型小直径封隔器的改进与应用

为满足水平井多段分层压裂的有效封隔及特殊井作业的需要,降低卡钻风险,研制了K344-108型小直径封隔器。通过对该封隔器的胶筒结构、安装方式及胶筒座肩部等进行改进,封隔器中心管承压能力可以达到70MPa,套管上、下密封压差达到65MPa。2009年,将K344-108型小直径封隔器与水力喷射压裂组合管柱在长庆油田现场应用12口井,实现了1趟管柱拖动多段压裂,各层段间施工压力差异明显,封隔可靠,施工后起出封隔器形状基本完好,满足了现场施工要求。     

K344型可控封隔器及压裂滑套研制

在分层压裂施工过程中,尤其是温度较高(≥150℃)的油气井,K344型封隔器容易发生失效。设计了K344型可控封隔器及压裂滑套。投1个球可实现对应的K344型可控封隔器和压裂滑套同时开启,其余封隔器不工作,减少了封隔器坐封、解封次数和工作时间,保护了胶筒,提高了封隔器的密封性能。     

小直径循环充填防砂工具的研制及应用

针对目前滨南采油厂127mm(5英寸)小套管井无配套机械防砂充填工具的状况,研制了小直径循环充填防砂工具。小套管井井身存在显著的变径,在工具下入过程中,极易发生阻隔现象,因此设计了配套的弹簧片导入装置。小直径循环充填防砂工具采用胶筒密封,通过投球加压胀开胶筒,利用工具自锁装置防止胀开的胶筒回弹,施工结束后胶筒留井密封油套环空。尚林、单家寺油田6口井的现场应用情况表明,该工具施工成功率100%,平均充填压力1.5MPa,坐封开通道压力20.5MPa,验封压力7.6MPa,与设计指标相符。防砂后平均单井日产液19.2t,日产油6.3t,含水质量分数为67.2%,取得了较好的防砂效果。     

浅谈一种流量控制开启单向阀

压裂充填管柱传压式单流阀是应用于压裂充填作业中的一种新型工具,它是通过在常规单流阀上增设传压通道来沟通单流阀的上下空间,使单流阀以上的环空压力能够经传压通道泄放至地层,在进行低压测试和压裂充填时,可通过实时监测环空套压来监测地层压力的变化情况,能有效防止在模块密封通过密封筒时产生抽汲作用。     

连续油管压裂用平衡阀优化设计与试验

为解决水平井桥塞射孔联作分段压裂工艺存在的储层改造不均衡、压后钻塞风险大等问题,开展了连续油管拖动压裂和无限级固井滑套分压工艺研究应用,其核心技术指标是井下工具组合的使用寿命和施工安全性。作为井下工具组合的主要组成部分之一,平衡阀的开关及密封性能直接影响整个现场施工质量、效率和成本。进行了平衡阀结构优化,通过插入密封总成结构和处理工艺优化设计,提高平衡阀多次开关密封可靠性,同时降低工具维护成本;通过阀杆排砂结构设计,避免压裂沉砂导致开启困难,保障现场施工安全。室内试验承压70 MPa,开关次数≥50次,现场试验2口井8层,施工成功率100%,压裂后工具提出完好,具备继续使用的条件。试验结果表明,优化后的平衡阀开关及密封性能可靠,可以满足水平井多级压裂安全性和经济性要求。     

连续油管带底封工具施工风险分析与措施

连续油管带底封喷砂射孔环空分段压裂工艺技术是一种既能实现大规模储层改造,又能达到分层压裂、精细压裂的一种新型分级压裂技术。为此,详细介绍了该技术的工作原理：通过连续油管结合带封隔器、喷射工具,利用封隔器的多次上提、下放、坐封、解封,达到不限次数的多级压裂;通过连续油管的精确定位,可对储层纵向上的多个薄互层进行灵活分层,进而达到精细压裂的目的。但该工艺技术也存在一定的施工风险,通过对工艺流程进行安全分析,梳理了该工艺技术的施工风险：①机械定位器遇卡;②封隔器不能坐封;③封隔器不能顺利解封;④封隔器密封不严;⑤连续油管变形;⑥连续油管及喷嘴堵塞;⑦加砂过程中出现砂堵;⑧压裂泵注压力异常;⑨连续油管卡钻;⑩工具井口挂卡及工具或工具部件落井。并提出了相应的风险预防措施,为类似的施工作业提供了参考。     

一次多层压裂封隔器的研制及应用

通过优化封隔器的滑套尺寸、滑套喷砂体泄液面积、各级解封距、反洗通道等参数及采用双级胶筒密封设计,阐述了研制QHY341新型高压水力压缩式压裂封隔器的结构和原理。QHY341封隔器采用了分体组合、双液缸、双胶筒密封、直连喷砂体的结构设计,具有结构简单、坐封方便、逐级解封载荷轻、反洗通畅、易解卡、耐压差大、一次压裂多层等优点。截至目前已现场实施6口井共9层的压裂,施工均获成功。     

套管球座压裂工具研制与试验

随着长庆油田开发的持续深入,致密油藏成为5 000×104t持续稳产的主体资源,国内外开发实践表明,致密油井压裂工具需满足大排量、大通径、多段改造等要求。为此,2015年提出了套管球座分段压裂的技术思路并开展了研究工作。围绕球座如何形成这个关键,提出了弹性套管球座的研制思路,即入井时球座处于缩径状态,下到井内预定位置后,激发球座使其依靠弹性扩张形成球座,压裂时球座与工作筒及压裂球形成密封,实现层间封隔。试制了样机并开展了室内评价实验,结果表明弹性套管球座具备重复坐封能力、承压及封隔能力达到70MPa。在此基础上,开展了2口井现场试验,均获成功。套管球座压裂工具可实现无限级大排量分段压裂,压后免钻除,工具保持大通径,满足生产后期修井工具入井作业要求。与快钻桥塞、封隔器等压裂工具相比,套管球座采用金属密封与尺寸定位替代了胶筒与卡瓦,其结构极为简化,内通径指标远超同类工具。     

无限级套管滑套分段压裂工具研制与应用

针对现有水平井裸眼分段压裂工具分段级数有限,后期修井需钻磨或打捞球座等困难,研制了无限级套管滑套分段压裂工具。阐述了该工具的工艺原理,介绍了固完井管柱、压裂管柱和主要工具的结构、原理、技术指标参数。主要对套管滑套进行了开启动作、密封承压试验;对开启工具进行了胶筒压缩性能、坐封力、封隔密封承压试验;对定位器进行了定位感应力试验,地面试验结果达到了设计技术要求。该工具在苏里格苏5、苏59区块进行了现场试验应用,应用表明固井作业时,套管滑套管柱能安全顺利下入到位。压裂施工时,滑套定位准确明显,开启灵活,封隔工具坐封牢固,密封可靠,转层快速,作业效率高,满足了苏里格致密砂岩气藏多层(段)压裂增产改造的需要,具有较好的推广应用前景和价值。     

YC—152压裂防砂一体化工具的研制

针对目前疏松砂岩油藏压裂防砂由于受到充填工具的限制,采用2步法施工周期长、作业成本高,而且压裂效果难以保证的难题,研制了YC—152压裂防砂一体化工具。该工具集地层压裂改造和环空充填防砂于一体,主要由坐封装置、高压复合密封组件、锁紧装置、悬挂装置、丢手装置、解封装置和填砂装置7部分组成。携砂液流通通径大,满足4 m3/min排量压裂施工的需要;封隔压力高达35 MPa,悬挂能力700 kN。室内试验和现场试验表明,该工具综合性能可靠,很好地满足了压裂防砂的要求。     

南海东部超深层压裂测试管柱结构优化设计及应用

南海东部X井为一口定向探井,储层埋深4687～4967m,地层破裂压力高达85MPa,采用常规射孔测试压裂一体化管柱地面施工泵压高,封隔器承受压差大。因此如何有效的提高压裂排量、降低地面施工压力,从而解决封隔器密封稳定性问题、以及平台作业空间、地面设备能力对压裂规模的限制,是保证本井作业成功的关键。X井通过设计优化管柱尺寸及结构,首次采大通径压裂管柱,减小传统“射孔-压裂-测试”一体化管柱的小直径附件工具节流的影响,降低管柱摩阻,通过较低泵压,实现了对南海东部超深层储层的压裂改造。     

封隔器胶筒轴向压缩大变形与双重接触力学分析

压缩式封隔器胶筒属大变形材料,在坐封过程中与中心管、套管产生双向接触摩擦,给理论分析带来难度。鉴于此,考虑胶筒材料非线性、几何非线性及双重接触非线性,采用弹性力学理论和橡胶大变形本构关系,推导了胶筒坐封过程中的变形和接触压力计算公式,根据力学基本理论建立胶筒变形方程。将胶筒变形分为自由变形、单向约束变形和双向约束变形3个阶段,利用载荷迭代法求解各阶段的接触压力和压缩量。提出以密封系数作为封隔器坐封的判别条件,密封系数越大,表明密封性能越好;通过密封系数不小于1来判断封隔器是否完全坐封,由封隔器承受的最大压力来判断适用于何种深度的压裂井。该项研究结果可为封隔器设计提供理论依据。     

大庆油田套损井大规模压裂工艺及配套工具

大庆油田累计套损井近万口,为了动用这些压裂程度低、剩余油相对富集的潜力井,开展了多级大规模压裂工艺研究。通过有限元软件分析胶筒肩部角度、长度与应力之间的关系,并通过油浸实验验证了胶筒在大形变下的耐温承压性能;应用自编软件优化调整关键部件尺寸,设计了工艺配套工具。最终确定了小直径封隔器胶筒肩部角度50°,长度550 mm;小直径喷砂器能够针对套管内径大于?104 mm的套损井进行施工,工艺覆盖率提升至70%;新型锚定工具可确保工具通过套损点并使管柱稳定;双功能防喷封隔器能够实现目的层封隔及油管防喷。现场试验结果表明,该工艺及配套工具能够用于套损井压裂,单趟管柱可压裂5层,砂量289 m3,初步实现了套损井大规模压裂施工。     

分段压裂用尾管悬挂器与回接装置关键技术

为进一步解决致密油气和页岩气储层压裂需求、井眼条件与管柱成本之间的矛盾,研究了分段压裂用尾管悬挂器与回接装置关键技术。通过分析固井漏失及储层高破裂压力需求之间的矛盾,提出尾管固井后快速进行全通径压裂施工;通过研究固井完井技术优化组合方式,提出了水平井尾管固井后实施定点射孔寻找甜点的分段压裂储层改造工艺;通过优化设计尾管固井及回接压裂工具,实现了固井完井工具一体化密封锚定。对分段压裂用尾管悬挂器与回接装置进行了室内地面整机试验,悬挂器及插头整机密封能力达到90 MPa,锚定回接插头与悬挂器之间的抗拉强度达到1 800 kN,插头丢手顺利。该技术在大牛地气田、东胜气田及长庆油田陇东区块的27口水平井进行了应用,施工压力总体较高,但都完成了压裂作业,且总体效果良好。研究表明,分段压裂用尾管悬挂器与回接装置关键技术可以解决压裂施工现场所需的高压及上顶力难题,为回接固井后分段压裂工艺提供高承压、大通径和锚定可回收的井筒,从而保障储层改造效果。