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。     

海上油田电控液驱分层注采系统研究

为保障精细分层开采工艺可靠性及实现井下参数的测试,根据电控设备快速、集成化及液压设备稳定性好、扭矩大的特点,开发了一种电控液驱分层注采控制系统。详细阐述了控制系统、电控解码监测装置与液压驱动多级滑套等重要部件的工作原理、结构组成及技术特点,进行了电控液驱分层注采现场选井设计。研究结果表明：该控制系统实现了井下大于6层注采层位快速、可靠的控制及参数监测;电控解码监测装置解码响应时间由纯液控的5 min降至毫秒级,单层液控滑套的调整时间由20 min缩短至1 min以内;设计的液压驱动多级滑套采用旋转换挡形式,可以实现8个开度的精细调节,配注量最大误差为5%。研究结论可以为油藏开发决策提供技术参考。     

智能完井井下智能滑套位移监测系统研制

针对我国油气田液控式智能滑套技术存在缺陷、严重制约其应用与推广的问题，研制了一种可以实现滑套位移精准测量的监测系统，并进行了工程样机研制及现场试验。该监测系统根据非接触式线性可变差动变压器式监测原理设计。研究与试验结果表明：该监测系统实现了液控式井下智能滑套开度精准监测，使液控式智能完井可以对井下智能闭环调控产量精准控制；监测系统采用同心线性结构，可以与现有的液控式智能滑套连接，无需对现有滑套进行结构修改；可以使液控式井下流量控制阀省去J形槽往复式机械定位机构，简化了地面液压控制操作流程；滑套位移监测精准，单芯电缆信号传输稳定。所得结论可为实现完井井下滑套闭环智能控制提供技术支撑。     

深海浅层非成岩天然气水合物喷射破碎压控滑套的研制

为了解决海洋天然气水合物固态流化开采过程中射流喷头作业过程不可控、不可重复使用且需要多次起下钻柱等问题,基于节流压降原理与天然气水合物固态流化开采工艺,针对深海浅层非成岩天然气水合物的特点,设计出了一种可控制射流喷头开启与关闭且作业过程不受水深和井深影响的压控滑套,并对其进行了仿真分析与室内实验评价。研究结果表明:①所研制的压控滑套入口处锥面角度越大,滑套所产生的压降与轴向力越大,但钻井液对锥面的冲蚀越严重,因此综合考虑上述因素,滑套锥部角度选择30°为最佳;②钻井液通过滑套的流量越大,滑套内部产生的压降与滑套轴向力越大;③验证实验表明,在钻井液的作用下滑套能够滑动并开启射流喷头,喷头的全开启流量为833 L/min,与设计流量的误差值为4.13%;④试压实验表明,压力滑套内部压力的变化不能驱使滑套运动,有效地验证了其工作状态不受环境压力的影响。结论认为,该工具的研制和应用将有助于促进海洋天然气水合物固态流化开采技术的进步。     

深海浅层非成岩天然气水合物喷射破碎压控滑套的研制

为了解决海洋天然气水合物固态流化开采过程中射流喷头作业过程不可控、不可重复使用且需要多次起下钻柱等问题，基于节流压降原理与天然气水合物固态流化开采工艺，针对深海浅层非成岩天然气水合物的特点，设计出了一种可控制射流喷头开启与关闭且作业过程不受水深和井深影响的压控滑套，并对其进行了仿真分析与室内实验评价。研究结果表明：①所研制的压控滑套入口处锥面角度越大，滑套所产生的压降与轴向力越大，但钻井液对锥面的冲蚀越严重，因此综合考虑上述因素，滑套锥部角度选择30°为最佳；②钻井液通过滑套的流量越大，滑套内部产生的压降与滑套轴向力越大；③验证实验表明，在钻井液的作用下滑套能够滑动并开启射流喷头，喷头的全开启流量为833 L/min，与设计流量的误差值为4.13%；④试压实验表明，压力滑套内部压力的变化不能驱使滑套运动，有效地验证了其工作状态不受环境压力的影响。结论认为，该工具的研制和应用将有助于促进海洋天然气水合物固态流化开采技术的进步。     

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。     

笼套式节流阀开度与流通面积变化规律的研究

节流阀的流通面积是天然气生产调节流量的重要参考因素。本文以笼套式节流阀为实例,计算了不同开度下的流通面积并分析了开度与流通面积变化规律。研究表明,笼套式节流阀开度与流通面积呈近似线性变化规律且流通面积随开度增大而增大,对高效精确控制使用笼套式节流阀提供了数据支持,具有参考意义。     

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。     

可重复关闭套管滑套的研制

在油气资源的开发中,常常使用滑套对储层进行分层改造,针对不同的储层,需要使用不同的分层改造滑套和工艺技术。套管滑套是一种新型的与固井结合的使用套管管柱进行增产改造和开采的分段滑套工具。文章从套管滑套的设计难点入手,详细阐述了自主开发的套管滑套的管内水泥浆隔离和清洁、下水泥塞准确控制、管外水泥浆隔离、滑套关闭自锁、球座易钻、球座钻除后滑套自锁解除和滑套关闭工具等结构设计技术。通过大量室内试验验证,该套管滑套结构先进,性能优良,开关可靠,分段段数多,后期可进一步进行修井和分段改造作业,具有广阔的应用前景。     

压裂滑套不限级设计方式研究现状与展望

通过对国内外压裂滑套不限级设计方式的调查研究,重点论述了依靠井下开关工具组合、机械结构限位计数以及智能电控系统触发3种方式实现压裂滑套不限级设计的基本原理与研究进展。从利用齿槽结构、键槽结构等特征结构在压裂滑套轴向或周向上的尺寸变化、数量变化以及尺寸和数量组合编码3个方面对压裂滑套的不限级设计方式进行了展望。     

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。     

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。     

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。     

新型压裂滑套水力喷射器的研制及应用

压裂滑套水力喷射器是实现不动管柱水力喷射分段压裂的关键工具。为解决油气田现场使用的压裂滑套水力喷射器存在滑套开启压力不稳定、显示不明显、无锁紧机构及喷嘴不能反洗等难题,研制了新型压裂滑套水力喷射器。该压裂滑套水力喷射器具有以下结构特点:①采用剪钉内置的方式,剪切压力稳定,滑套开启压力显示明显; ②采用开口环式锁紧结构,可实现滑套打开后逆向锁紧; ③喷嘴组件采用分体式焊接结构,解决了压裂反洗时喷嘴脱落问题。现场应用结果表明,该滑套水力喷射器结构合理,操作简单,可满足多段压裂施工的要求。     

水平井分段压裂滑套的研制与应用

水平井分段压裂工艺技术是提高苏里格气田单井产量的有效手段,为此,研制了水平井分段压裂滑套。水平井分段压裂滑套包括压差式开启滑套和投球式喷砂滑套,通过与水力锚、悬挂封隔器、裸眼封隔器、坐封球座、筛管引鞋及低密度球配合使用,可以根据地质情况及分段压裂的段数进行调整。苏里格气田20-17-16H井的现场应用表明,水平井分段压裂滑套结构简单、操作方便、打开压力稳定,可以实现下行锁紧、低密度球的顺利返排,不影响后续生产。     

智能完井液控滑套开关压力设计与验证

液控滑套是智能完井系统中的核心工具,通过滑套开、关及开度变化控制不同层段的产液量.如何计算设计开关压力是智能滑套设计中需要解决的重要问题.论文分析了智能滑套开关压力与摩檫力的关系,并分析了影响摩檫力的主要因素,通过计算分析推导了滑套开关压力的计算公式,并计算了自行研制的液控滑套的开关压力.通过多次实验验证,理论计算和测...     

无线射频识别技术在多级滑套压裂工具中的应用探讨

为了实现多级滑套压裂工具全通径、无级数限制和智能操控,研究了无线射频识别(RFID)技术驱动滑套的工作原理和施工工艺。RFID滑套由胶囊标签、天线单元、控制单元、执行单元、动作单元和连接单元等部分构成。胶囊标签携带信息码通过RFID滑套,激活控制单元接收信息码,当信息匹配时,控制单元输出控制命令,启动执行单元动作,实现滑套的打开或关闭动作。通过技术调研,掌握了RFID滑套的工作原理和施工工艺,明确了RFID滑套研制的关键技术难点,为无线射频识别技术在多级滑套压裂工具中的应用提供了技术支持。      

水平井分段压裂可钻式投球滑套的研制与应用

水平井分段压裂技术是目前开采低孔、低渗透油气藏的最好方法,而投球滑套是实现该技术的核心工具。为此,研制了水平井分段压裂可钻式投球滑套。该投球滑套有以下结构特点:①采用分瓣爪定位锁紧结构,可实现滑套打开后逆向锁紧,避免内滑套上行封堵喷砂口,影响油井排液以及后续生产;②防转销钉与内滑套沟槽的设计,实现了内滑套与外筒之间的周向固定,可以根据工艺要求对球座进行钻磨作业;③球座采用易磨铣球墨铸铁材料,后续施工钻除方便;④设计不同内径的球座,同时配合相对应的低密度球,可以满足水平井多段压裂的要求。现场应用结果表明,该投球滑套结构合理,操作简单,打开压力稳定,可满足12段压裂施工的要求。     

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...