压裂测试联作管柱封隔器选择及受力分析撤回

封隔器作为一级井屏障单元，是压裂测试联作管柱上的关键工具，压裂作业较大的施工压力对封隔器的强度安全要求较高。为保证生产安全及井筒完整性，结合工艺特点和作业参数优选了封隔器类型，并对压裂工况下封隔器受力情况进行模拟分析，提出了相应的应对措施。     

遇水自膨胀封隔器在水平井分段压裂中的应用

鉴于目前国内自膨胀封隔器仅用于分层堵水和辅助固井、完井等低压作业的现状,针对裸眼水平井分段压裂工艺开发了φ144 mm遇水自膨胀封隔器,用于替代常规封隔工具进行裸眼段的环空封隔作业。介绍了该种封隔器的结构特点和主要技术参数,分析了其应用于裸眼分段压裂的关键技术,并进行了室内试验验证。2012年6月开始在中石化华北分公司红河油田对φ144 mm遇水自膨胀封隔器进行现场试验,共进行了6井次的裸眼水平井分段压裂施工,单井最多下入遇水自膨胀封隔器7套,最高施工压力64 MPa。对2口重点井的施工过程进行了详细介绍和分析。试验结果表明,φ144 mm遇水自膨胀封隔器能满足裸眼水平井分段压裂施工要求,下入安全,可实现油井的有效封隔。     

压裂分求复合试油工艺

对于油井上试层位的压裂改造,长庆油田采用双K344-115型压差式封隔器进行作业,压裂结束后,起出压裂钻具,再下分求钻具对压裂层位进行求产,这样就需要起下2次管柱,不但增加作业成本、加大了员工劳动强度,同时会造成储层污染,并且存在井控安全风险。因此提出:在原压裂管柱基础上进行改进,采用Y221机械封隔器代替K344-115型压差式封隔器作为下封隔器,用节流喷砂器代替原导压喷砂器,并采取足够的尾管作为抽汲时的沉砂口袋,实现一趟钻具完成压裂和分层求产,该技术通过在X62井现场试验,获得成功。     

适用于连续油管的封隔器管串结构及原理分析

连续油管喷砂射孔压裂作业采用封隔器封隔井筒,具有工艺简单、时间成本低、效率高等优点。由于连续油管的一些局限性,连续油管压裂用封隔器的设计还需要解决一些技术问题,目前已有几家国外公司研制出性能可靠并拥有多年作业经验的连续油管喷砂射孔压裂用封隔器。介绍了其中一种膨胀比高、坐封可靠、寿命长、1次入井不限作业次数封隔器的结构与施工工艺。     

压裂分层求产复合作业工艺技术

对于“双封选压”压裂方式,长庆油田长期采用双K344．115型压差式封隔器进行作业,压裂结束后,起出钻具,再下分求钻具进行求产。现提出压裂分层求产复合作业工艺技术,即采用Y221机械封隔器代替K344—115型压差式封隔器作为下封隔器,使压裂、分层求产一趟管钻完成。现场试验获得成功。     

Y221—80型小井眼压裂封隔器的研制

随着辽河油田139.7mm侧钻井逐年增多,为对该类井进行小井眼压裂作业以增产复产,研制了配套的小井眼压裂封隔器。该压裂封隔器为压缩式单向卡瓦支撑旋转坐封、上提解封的封隔器,主要由上接头、密封胶筒、卡瓦总成、扶正体总成、中心管、丁形钩、下接头等组成。其中,下接头上的短圆柱销与丁形钩的轨迹槽配合完成旋转坐封、上提解封功能。与常规Y221型封隔器相比,该封隔器具有强度高、结构简便、坐封可靠、解封容易等特点。室内及现场试验证明,该压裂封隔器适用于小井眼压裂作业。     

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。     

连续管水力喷射压裂管柱力学分析及现场应用

连续管水力喷射压裂技术结合了水力喷射射孔定点压裂的优越性与连续管的拖动灵活性,极大地提高了水力喷射压裂作业的工作效率。为解决该技术存在的连续管作业稳定性较差的问题,以大庆油田2种水力喷射环空加砂压裂工艺管柱为例,对管柱进行了全作业过程受力分析及伸长量分析,主要包括:(1)分析管柱全作业过程受力及变形,并给出了相应的计算模型;(2)分析K344和Y211 2种常用封隔器压裂作业工况,给出了不同封隔器坐封时压裂管柱底部边界条件处理方法;(3)实例计算分析古龙南P井连续管压裂作业时管柱受力变形,并与现场实测数据进行了对比分析。分析结果表明:力学计算模型计算结果与现场实测数据偏差较小。研究成果能够为连续管水力喷射压裂作业设计施工提供理论指导。     

多功能分层压裂开关在分层压裂管柱中的应用

为解决多油层分层压裂作业管柱一旦砂埋封隔器难以解封的难题,研制了多功能分层压裂开关。该开关集喷砂节流器、补偿器和冲砂器三大功能于一体,具有结构简单,功能齐全的特点。重点解决了异常情况下砂埋封隔器的处理问题,实现了下1次管柱、用1趟压裂车组实施2层分层压裂的目的。该管柱包括两级可洗井封隔器和1个分层压裂开关等井下工具,较好地解决了压裂过程中砂堵和砂埋封隔器的问题,在吐哈油田3口井的现场应用中取得了理想的效果。     

HPR高温高压压裂封隔器的研制与应用

在高温高压井施工作业过程中,压裂封隔器易出现中途失封、压后无法解封、回收困难、管柱无法起出等问题;进口的压裂封隔器,施工成本高,进货周期长,在一定程度上制约深井和超深井的勘探开发。为满足塔里木、准噶尔、吐哈盆地、柴达木盆地等地区深井、超深井高温、高压作业的需求,研制了集锚定机构、密封机构于一体,采用特种高分子材料作为胶筒防突保护的耐温200℃、承压差105 MPa的HPR高温高压压裂封隔器。室内座封启动和解封实验结果表明,封隔器各项性能参数满足现场试验要求;经ET1井现场试验,封隔器密封良好,锚定可靠,放喷、试气后,解封顺利,满足现场施工要求。该封隔器为高温高压井压裂施工提供了有力的技术支持。     

页岩油水平井连续管底封拖动压裂难点与对策

连续管拖动压裂作为页岩油藏压裂增产的主体工艺之一,为了解决长水平段水平井压裂改造过程中面临的连续管下入自锁、压裂封隔器坐封困难、喷射阶段封隔器频繁解封等难点。文章通过对连续管拖动压裂作业中摩擦系数实验测试、软件模拟工具受力分析和射孔过程套管回压精确计算等方法,针对连续管下入自锁问题提出了利用金属降阻剂和环空泵送压裂工具延长连续管下深的方法,针对压裂封隔器坐封困难问题采用环空泵送辅助封隔器坐封,通过精确计算射孔阶段需要控制的套管回压,有针对性地预防封隔器频繁解封的问题。现场实践表明,上述措施能有效解决水平段2 000 m以内的底封拖动压裂过程连续管技术难题,为后续鄂尔多斯页岩油规模化开发提供技术支撑。     

分层压裂工艺技术研究

针对吐哈油田深层低渗断块油气藏压裂改造以二三类油层为主以及压裂施工规模较大的现状，研究配套了“Y341-115＋Y241-115”封隔器分层压裂管柱和“Y221-115＋Y111-115”封隔器分层压裂管柱。依靠封隔器和井下辅助工具可实现双封分层压裂工艺，形成了选井选层条件和分层压裂技术规范。该技术可以满足吐哈油田压裂工艺需要，达到提高压裂效果，节约成本，缩短作业时间，降低油层污染，实现油田经济高效开发的目的。     

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。     

直井多层段连续油管逐层填砂压裂工艺探索

近年来，连续油管压裂技术作为一种新型的增产改造工艺已逐渐服务于油气田。受连续油管管串、工具、液体体系等技术限制，连续油管用于加砂压裂作业应用还很有限。结合国内引进大尺寸连续油管以及储备与发展连续油管压裂技术的情况，避开国外跨式封隔器分层压裂与射流压裂的技术与经济限制，探索在国内现有的技术条件下采用连续油管带单个封隔器对直井、已射孔、多层段实施逐层填砂压裂作业的可行性，初步提出了连续油管逐层填砂压裂的工艺流程思路与关键技术要求。     

连续油管喷砂射孔套管分段压裂新技术的现场应用

随着我国逐步对致密气藏、页岩气藏等非常规油气藏实施勘探开发,压裂增产技术也逐步呈现大规模、多段分段压裂的趋势。连续油管带封隔器套管分级压裂技术是目前国外较新研发的一种既能实现大规模改造,又能达到分层压裂、精细压裂的一种新型分级压裂技术。这一技术通过连续油管结合带封隔器的喷射工具,利用封隔器的多次上提下放坐封解封达到不限次数多级压裂的目的;通过连续油管喷砂射孔、套管进行主压裂,可实现较大规模改造;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。为此,详细阐述了连续油管带封隔器环空分级压裂的工艺技术特点以及这一技术在国内四川盆地HC井区首次现场应用情况,并对HC-A井施工过程进行了计算和分析。事实证明,连续油管带封隔器环空分级压裂、作业周期短、分层灵活精细、封隔可靠且施工后井筒清洁,可直接多层测试投产的新型压裂技术。为我国致密气藏、页岩气藏的多级分段改造提供了新的且行之有效的解决手段。     

卡瓦式封隔器支撑卡瓦有限元分析

分析了卡瓦式封隔器的工作原理，探讨了支撑卡瓦的结构，讨论了进行分层压裂时封隔器所受的各种载荷。用国际通用的有限元分析软件ANSYS对卡瓦式封隔器磨鞋式支撑卡瓦进行了有限元分析，得出了压裂时支撑卡瓦安全工作的最大压力，最后给出了结论。     

压力波动对水力锚安全性能的影响

开发低渗难采油气藏的最好办法就是多层压裂技术,多层压裂具有针对性强、作业时间短、压裂效果好等特点,但在压裂过程中经常会出现压力波动,致使管柱上下蠕动从而导致关键工具水力锚和封隔器失效,严重影响施工安全,因此压力波动对水力锚安全性能影响的研究至关重要。针对水力锚锚定、封隔器全部失效这一危险情况,考虑了接触非线性以及压裂管柱的瞬态动力学特性,运用ANSYS软件,建立了上部压裂管柱和下部工具串的力学模型,对不同压力波动幅值下的压裂管柱进行瞬态动力学分析,分析结果表明水力锚最大轴向摩擦力值随波动幅值的增加而增大,同时计算出使水力锚滑脱失效的临界压力波动幅值。该研究结果不仅可以为水力锚的优化设计提供有效的理论依据,也为压裂施工提供合理参数。     

库车山前深层高温高压气井多封隔器分层压裂工艺

库车山前区域深层高温高压低孔低渗气藏多封隔器分层压裂作业易发生封隔器失效、钢球堵塞管柱及射孔段下部替液不干净等问题,成为影响储层改造作业成功的关键问题。为解决上述问题,在完井管柱上加装了伸缩短节并延伸管柱至射孔段底界;研发了一种高强度铝合金可溶球,以三聚氰胺为过渡层的复合有机硅树脂涂层为其特殊保护膜,其承压强度在69 MPa以上且溶解速度先慢后快;研发了一种全通径压裂阀,采用棘爪式结构和投球打压方式,滑套打开侧孔时扩径通过球,使球移动至管柱底部,其通径可与下部封隔器保持一致,形成了适用于深层高温高压气井的多封隔器分层压裂工艺。现场累计应用14井次,未出现封隔器压裂时失效、管柱堵塞和替液不净等问题。分析表明:伸缩短节能够缓解温度效应和管内外压差产生的轴向力;可溶球满足压裂施工需求的同时,避免了滞留堵塞现象的出现;延伸管柱配合全通径压裂阀为射孔段替液和压裂液有效注入提供了通道,解决了射孔段钻井液沉淀堵塞和支撑剂沉积在井底的问题。多封隔器分层压裂工艺能够为深层高温高压气井储层压裂改造提供可靠技术支撑。     

水力喷射压裂关键技术分析

针对在低渗透油藏采用封隔器分层压裂工艺存在井下工具管串不能取出和封隔器在斜井段磨损密封不严,以及使用连续油管而施工排量达不到加砂压裂要求的问题,开展了水力喷射压裂工艺技术研究。该技术综合了水力喷射射孔、水力压裂和双路径泵入流体等多种技术,能较准确地在指定位置制造裂缝,无需机械封隔,可节省作业时间和降低作业风险。重点介绍了3种水力喷射分段压裂工艺管柱和为之配套的主要工具及技术特点。现场应用表明,该技术在1次施工过程中可完成水力喷射射孔和压裂,简化了工艺程序,节省了施工时间,提高了作业效率,能达到有效改造储层和提高单井产量的目的。     

大庆油田水平井多段压裂技术

水平井多段压裂技术包括套管分流压裂和双封隔器单卡压裂两种方法。介绍了两种方法的工艺原理、设计原则、工具系统的考虑因囊等,并对3口升的应用效果进行了分析。试验证明会管分流压裂施工安全,可大排量高砂比施工地产效果明显,是水平井压裂的首选方法。该技术的特点是在制定完并方案的同时确定出压裂方案,它要求在校长的井段内一次安全完成多个层段压裂施工。双封隔器单卡压裂做为一种储备技术,主要用于开来后期的挖潜。