水力脉冲强化压裂工具设计与分析

随着石油勘探开发力度不断加大,低渗透、超低渗透等非常规油气资源逐渐成为各国油气田的增产主体。超低渗地层使用常规水力压裂技术就会存在造缝程度低、泵注量大、能量利用率低等问题。针对上述问题提出了利用水力脉冲强化压裂的构思,并对水力脉冲压裂所用到的涡轮机构工具进行设计,分析并使用有限元数值模拟软件进行受力分析验证设计可行性以及所需材料强度。数值模拟结果表明：涡轮部件中部更易发生变形与断裂,需要选用材料强度较高的材料保证强度。工具采用涡轮驱动脉冲开关、止回阀防止回流、齿轮副调节脉冲频率,模块化程度高;设备组装便捷、可靠性稳定、耐酸耐高温,地层适应性强,能够满足水力压裂工艺需要。     

2500型压裂机组研制

<正>本项目是江汉石油四机厂承担完成的股份公司课题,获得局科技进步一等奖。2500型压裂机组在施工过程中通过压裂管汇车将整个机组联接在一起,通过压裂仪器车对作     

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。     

复杂断块油藏直井多段压裂工具研制

海拉尔盆地属于低孔低渗的复杂断块油藏,平面、层间物性差异大,非均质性强,有效动用程度低。采用常规压裂工艺,难以满足高温高压要求;加砂规模小,改造强度低,难以建立有效驱动体系。通过对节流损失计算、流态模拟、室内油浸耐温承压试验以及现场试验,研发出适合海拉尔地层条件的直井不动管柱多段压裂技术及配套工具,包括大通径封隔器及胶筒、大通径水力锚的研制,实现大砂量、大排量的大规模压裂。现场应用30口井,实现大规模加砂,大排量施工,压后增产明显。     

基于全息多反馈工具研发解决方案快速研制压裂工具

针对现有井下压裂工具研发周期长、设计效率低的问题,提出了全息多反馈工具研发解决方案(FIMS)。该方案是一整套完善的全生命周期辅助研发解决方案,综合应用三维模型生成、计算机模拟装配、流场分析、应力分析、计算机模拟、激光快速成型(3D打印)、计算机远程控制等多项高端技术,实现了CAD/CAE/CAM和生产配套系统的集成。该技术实现了套管固井试油压裂滑套设计一次性成功,达到了缩短开发周期的预期目标,降低研发成本。设计研制的压裂滑套在低渗透致密油水平井应用8口井,开关性能稳定。结果表明,FIMS方法对压裂工具的研发可提供强有力的支持,对提高企业自动化水平将发挥重要作用。     

分段压裂用双功能丢手工具研制

在裸眼封隔器分段压裂工艺中,为使下入的工艺管柱能与送入管柱顺利脱开,研制了双功能丢手工具.该丢手工具具有投球加压丢手和正转丢手2种功能,降低了由于丢手不成功而导致复杂井下事故的风险.介绍了该工具的结构、工作原理,并校核了关键部件的强度.现场应用12口井,丢手成功率100％.     

水力脉冲轴向振荡减阻工具研制

在大斜度井中,轴向力传递通常成为问题。为了减少摩阻并实现轴向力的连续传递,最新的减阻技术是水力脉冲诱发轴向振荡钻井技术,为此开发设计了一种水力脉冲轴向振荡减阻工具。介绍了该轴向振荡减阻工具的总体结构及技术特点、关键零部件的设计加工、动力马达基本结构参数合理配比优化、盘阀过流面积模拟、花键心轴表面处理技术及计算机辅助设计分析、碟形弹簧组合设计计算等。室内及现场试验表明:该工具性能可靠,能够解决托压的问题,减阻提速效果明显。     

水平井水力喷射多级压裂工具研制与应用

为了提高水平井水力喷射多级压裂工具的可靠性和耐用性,增加单井喷射压裂级数,研制了多级压裂喷射器及配套工具。水平井水力喷射多级压裂管柱主要由安全接头、内滑套喷射器、无滑套喷射器及单流阀总成等组成。喷嘴采用整体式喷嘴,材质为钨钴硬质合金,内壁有1层耐磨陶瓷合金强化层,可增大过砂量、加大压裂规模;内滑套进行渗氮处理,提高了内表面的耐冲蚀性能。现场应用结果表明,喷射压裂工具的使用性能可靠,喷嘴的扩径很小,且耐磨性能良好,得到了用户的认可。     

超临界CO_2页岩气拖动压裂工具的研制

将超临界CO2注入气藏进行强化采气不仅可解决压裂淡水不足的问题,同时可缓解全球气温变暖。在分析超临界CO2页岩气拖动压裂工具开发难点的基础上,介绍了连续管多重连接器、连续管液压丢手、弹性扶正器、水力喷射器、套管接箍定位器及拖动封隔器的结构和性能特点,同时对胶筒和拖动封隔器分别进行了多次坐封试验及整机试验。试验结果表明,拖动封隔器的胶筒在初始坐封压力为20 k N的条件下能够承受50 MPa气压;拖动封隔器在地面CO2气密封试验中能重复承压10次,随着拖动次数的增多,只有初始坐封力逐步增大才能承受50 MPa气压。下一步应在拖动封隔器的胶筒配料及配方方面开展正交试验,以提高其承压能力和使用次数。     

封隔器滑套分段压裂关键工具研制及应用

根据低渗透油气藏体积改造工艺提出的大排量、高液量、高砂量、形成复杂缝网的技术要求,开展了裸眼封隔器滑套分段压裂技术配套关键工具的研制与试验工作。开发了耐高压复合式封隔器和新型可分解压裂球2种关键工具。复合式封隔器整体结构更紧凑,通径更大,裸眼适应性更好。与传统复合材料球相比,新型可分解球具有承压指标高、可自行分解无需回收等优点。与吉林油田合作在莫里青致密油藏开展压裂工具的现场试验工作。试验中完井管柱下入顺利,封隔器坐封动作正常,可分解球入座、起压、承压正常,压裂施工参数达到设计要求,压裂液返排时无残留物。现场试验结果表明,压裂工具完全满足非常规油气藏体积改造工艺的技术要求。     

高性能底封拖动分段压裂工具研制及试验

底封拖动分段压裂工具作为“三低”油气藏开发及低品位油气资源效益挖潜的一种利器,目前在国内油田大量推广应用取得了一定效果。但工具在长水平段中的作业性能难以满足油公司降本增效的需求。因此文章开展高性能底封拖动分段压裂工具研究,采用有限元模拟分析方法结合加工实际对喷嘴孔道参数、封隔器胶筒结构参数及卡瓦合金齿设计参数进行优化设计,数值计算结果表明喷嘴孔道长径比l/d,扩散角θ₁,收缩角α₁在最优设计参数时喷嘴射流效果最佳。坐封胶筒采用“M”形结构,内外壁应力集中处设计应力释放槽,胶筒坐封时内部应力及管壁接触应力改善明显。锚定单元轴向承压70 MPa时卡瓦硬质合金齿的嵌入倾角α<27°,突出高度h<1.5 mm时套管径向形变最小。室内测试及现场应用结果表明,优化改进后的喷砂射孔器过砂能力10 m³以上,封隔器胶筒反复坐封解封10次封隔压差70 MPa,作业管柱具备一趟管柱压裂10段以上的作业能力,能很好满足现场应用需求。     

连续管底部封隔分层压裂工具的研制与应用

四川气田合川须家河纵向上具有多层段、薄互层的特点。为了提高单井产量,需要有效地发挥纵向上多个层段、薄层的产气能力。基于此,开展了连续管底部封隔环空分层压裂工具技术攻关,形成了多种定型工具产品。连续管底部封隔分层压裂工具管柱主要由套管接箍定位器、机械封隔器、压力平衡阀、喷砂射孔工具、扶正器、丢手接头及连续管接头组成。针对直井、斜井和水平井不同井型,套管接箍定位器可选择不同的定位块和弹簧进行组装,定位感应力可调。现场应用结果表明,工具能保证作业后井筒的完整性,封隔器坐封、密封可靠,解卡转层快速,接箍定位器定位精准,判断显示明显,施工中途砂堵可应急反冲砂解堵。     

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。     

无限级压裂固井滑套及关闭工具的研制

分段压裂技术已成为低渗致密油气藏提高产量的有效技术手段,尤其是液压式分段压裂技术能实现无限级层段压裂施工改造,改造后可保持原套管通径。为了解决现有固井滑套只能采用液压开启,后期无法关闭,且现有的关闭工具不具备强制脱手功能而无法满足油气藏安全开发的技术问题,研制了无限级压裂固井滑套及其配套的关闭工具,并对固井滑套和关闭工具的关键部件进行了有限元分析,验证了工具结构的合理性。测试结果表明,该固井滑套可承受60 MPa压差,液压开启压力约为16 MPa,结构简单,性能可靠;关闭工具在不低于1 MPa的压差下开关块完全突出,可有效进行固井滑套的关闭动作,其强制脱手拉力约为4 kN。研制的无限级压裂固井滑套可实现液控开启和机械关闭,关闭工具具备强制脱手功能,可有效避免在固井滑套关闭过程中因拉力过大造成的连续管拉断风险。     

脉冲中子氧活化测井仪器

脉冲中子氧活化测井仪是一种测量水流速度的测井仪器。其结构由中子发生器和特征γ射线探测器两部分组成。中子发生器发射中子,使井筒内水溶液中的氧元素活化,如果水流动,γ射线探测器就可以测出水的流动信号,进而测出水的流速。氧活化测井仪已经成功应用于聚合物注入剖面测井和分层配注井管后流体流速测量,还在找漏找窜、封隔器验封、判断套管变形、纠正错误的井下工具位置、确定管线漏损等方面获得成功应用。该成果填补了国内空白,在技术上达到了国际同类产品先进水平,推广应用后创造了良好的经济效益和社会效益。     

连续油管喷砂射孔多层环空加砂压裂管柱研制

连续油管定点喷砂射孔多层环空加砂压裂是喷砂射孔和环空压裂的一体化工艺,一趟管柱可以实现多层射孔压裂,适用于致密油气藏、页岩油气藏等非常规油气藏,特别是多层、薄层油气藏进行有效准确定位射孔压裂施工。针对新疆油田某些区块的低压、低产、低渗的特点,研制了一套用于连续油管定点喷砂射孔多层环空加砂压裂的工艺管柱,并对关键零部件进行了有限元计算。试验表明,该技术降低了射孔和压裂施工风险,施工周期短、定位射孔准确、施工后井筒清洁,可以直接下入生产管柱进行生产。为低压、低产、低渗提供了高效安全的施工方法。     

水力喷射多级压裂管柱改进及应用

为提高水平井水力喷射压裂工具的耐用性及可再利用性,研制了水力喷射多级压裂管柱,优化了喷嘴、内滑套、剪钉和喷射器等零部件结构。喷嘴设计为整体式,喷嘴内径为4~6mm,喷嘴防溅片直径为40~50 mm,喷嘴内壁有一层厚度为1.0~1.5 mm陶瓷合金强化层;内滑套进行渗氮处理,提高耐冲蚀性,球与球座密封方式为球面接触密封。现场应用结果表明,喷嘴耐磨性能良好,内滑套几乎没有磨损,喷射工具使用性能可靠。     

新型压裂用防砂水力锚试验研究

概述了新型水力锚的结构设计、挡砂性能试验研究及工具性能特点。利用工具结构设计和室内试验相结合的方法,研究了新型防砂水力锚,提高了工具安全性能;该工具可以有效过滤细砂,挡砂精度达到60~100μm,能广泛应用于直井、斜井及水平井中,满足压裂以及采油、注水的工艺要求。