水平井趾端压裂关键工具设计与试验

大牛地气田和东胜气田水平井采用连续油管底封拖动或桥塞泵送压裂工艺,趾端首段压裂施工时存在封隔器解封困难、电缆射孔施工工期长和费用高等问题。为解决这些问题,结合现场压裂工艺,研究了水平井趾端滑套分段压裂技术,研制了趾端延时滑套、密封锁紧座等关键工具,以满足水平井套管柱试压需求,实现水平井趾端免射孔全通径压裂。地面性能试验结果表明,设计的水平井趾端压裂关键工具能够实现压裂滑套定压延时开启、固井碰压锁紧密封等功能,趾端延时滑套爆破阀在压力达到82.0 MPa时启动,延时29 min后滑套完全打开,且滑套承压达到105.0 MPa;密封锁紧座与配套胶塞可实现碰压锁紧,反向承压能力达到52.5 MPa,具备现场应用可行性。水平井趾端压裂工具的成功研制,为今后替代水平井射孔作业、降低国内致密油气藏开发成本提供了技术支持。      

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。     

页岩气井无限级固井滑套压裂技术

传统的页岩气井多级桥塞射孔联作压裂无法保证压裂液和支撑剂的去向,压裂效果差。无限级固井滑套压裂技术井下工具由趾端滑套、固井滑套及滑套开关工具组成,根据国内页岩气地质情况优化开关滑套及压裂施工程序,针对施工井况制定应急处置措施,在涪陵页岩气田进行了实际应用。实际应用中出现因固井质量差滑套的开启难以满足预期、连续油管外压裂时对管材易冲蚀、封隔器附近易发生砂堵、施工排量限制较多、封隔器不容易通过滑套、连续油管水平段延伸困难等多种问题。该工艺对埋藏深、水平段长、井眼轨迹复杂、压裂改造规模较大的页岩气井还未完全适用,还需继续探索。     

哈利伯顿公司推出Elect压裂滑套

<正>在开发非常规油藏时,采用常规压裂滑套,不但压裂级数会受到限制,而且增产效果不佳。为此,哈利伯顿公司推出了Elect压裂滑套,其为电子压裂滑套,是针对多产层段压裂完井而设计,可实现无限级压裂作业。哈利伯顿公司一次性推出了多种规格的Elect压裂滑套,包括单趟下入式、重复利用式和趾端滑套。单趟下入式滑套可配合固井作业,支持无限级压裂,可适用于不同直径的井筒。单趟下入式滑套采用投球激     

利用高扩张滑套开关工具关闭投球压裂滑套

XD1井是海上致密气开发的第一口先导试验井,采用尾管固井及射孔完井、封隔器及带有球座的压裂滑套方式进行压裂,在出水风险高的对应压裂段使用了可重复开关的投球压裂滑套。受管柱、工具结构及施工风险的影响,常规滑套开关工具无法关闭可疑出水层位的滑套。高扩张滑套开关工具通过连续油管下至需要打开或关闭的可重复开关压裂滑套深度,采用加压使铰链式结构的锁块张开以挂住球座,通过上提或下放工具,在不钻磨球座的前提下实现压裂滑套的打开与关闭作业,为同类型压裂滑套打开或关闭作业提供了借鉴。     

压裂工具与技术新进展及发展建议

页岩气、致密气、致密油等非常规油气的大力开发对压裂工具与技术提出了更高要求。介绍了国外压裂工具与技术的新进展。压裂工具包括InterFrac^TM多级压裂系统、BLITZ^TM连续油管压裂滑套系统、快速压裂系统、DEEPFRAC深水多级压裂系统、Toe-XT液压滑套、Elect^○R电子压裂滑套、i-Opener TD趾端滑套、ProDrill^○R Express系列复合压裂桥塞、ProDrill^○RVelocity^TM Fast-Drillout复合压裂桥塞、MILLITE^TM压裂桥塞、Scorpion^TM复合压裂桥塞、VapR可溶解压裂桥塞和Illusion^○R Spire可溶解压裂桥塞; 压裂技术包括BroadBand Shield裂缝几何形状控制技术、PSI-Clone固体火箭推进剂压裂技术、MajiFrac Plus压裂技术和微压裂技术; 而支撑剂包括导电支撑剂、超低密度支撑剂、陶瓷微支撑剂和SandTec^○R矽尘抑制支撑剂涂层。在此基础上, 对国内压裂工具与技术的未来发展提出了建议。提出我国应尽快完成核心压裂工具与技术的国产化, 以实现页岩气和致密油气的经济有效开发。     

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。     

国内外页岩气水平井分段压裂工具发展现状与趋势

页岩气作为典型的非常规油气藏资源,具有低孔隙度、极低基质渗透率等特征,实施水平井分段压裂改造已成为实现页岩气藏高效开发的关键技术。国外北美地区页岩气开发已实现商业化,并形成了一系列以实现“体积改造”为目的的页岩气压裂技术及配套工具。国内页岩气开发工艺和自主工具研制均取得了很大的进步。通过调研桥塞/球座+分簇射孔联作、套管固井滑套等页岩气水平井分段压裂技术,介绍了复合桥塞、可溶性桥塞、OptiPort、FracPoint等不同工具的工作原理及结构组成,简述了不同工具的国内外应用现状,对比分析了不同工具的性能特点,指出可钻式复合桥塞系列化研究、可溶性工具的技术攻关及无线智能滑套工具的先导性研究为今后研究的重点攻关方向。     

非常规油气水平井湿鞋固井首段压裂新工艺

国内非常规油气水平井分段压裂工艺首段压裂时一般采用连续油管射孔、爬行器输送射孔和趾端滑套打压3种方法来建立井筒与地层的连通，这3种方法虽然基本满足了国内目前井深条件下首段压裂改造需求，但是存在工序复杂、效率低、操作成本高、施工风险大等问题，为此，提出了一种新型首段压裂工艺。该工艺充分利用湿鞋固井(WETSHOE)技术特点，通过高性能浮箍、浮鞋和特制胶塞等固井工具实现井眼底部不留水泥，在保证井筒安全的前提下建立管鞋与地层的连通，首段压裂即可采用“泵送”桥塞和射孔枪，从而实现全井段“泵送”的一致性，提高了压裂施工效率，降低了成本。该技术在北美非常规油气田广泛应用，单井可节约成本约30万美元，首段压裂成功率提高到98%以上，压裂效率显著提升。     

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。     

深层气藏不动管柱水力喷射分段压裂技术

川西深层须四气藏为低孔低渗致密砂岩气藏,气藏埋藏深、压力高,破裂压力、延伸压力高,压裂改造难度大.X21-2H井水平段衬管完井,结合水力喷射技术和滑套多层压裂工艺,开发不动管柱水力喷射分段压裂技术,投球依次开滑套后由喷嘴喷砂射孔和压裂,实现了多段改造.通过优化喷嘴数量、入井管柱和工具、油套注入排量,采用“过交联”压裂液控制技术、环空压力控制技术,保证了顺利施工.     

中国石油非常规关键技术获重大突破

2012年12月24日从中国石油勘探与生产分公司获悉,针对致密油气和页岩气等非常规领域开展的油气藏储层改造技术重大现场攻关试验取得重大突破。"十二五"开局以来,在顶层设计指导下,各攻关单位在"十一五"低渗透油气藏储层改造技术成果的基础上,基本掌握复合桥塞多段压裂技术、套管滑套多层压裂技术、连续油管喷砂射孔多层压裂技术、封隔器滑套多层多段压裂技术、体积压裂设计和实时监     

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。     

触点式分簇射孔器研制及在川南页岩气井应用

针对国内页岩气、致密油等非常规油气开发提速增效的需求,对原有贯通导线式分簇射孔器进行技术升级,有力支撑水平井的高效压裂改造。从雷管、选发信号电路、机械结构3个方面深入研究,研制出结构紧凑、使用安全、无需导线的触点式分簇射孔器。研制的触点式分簇射孔器在川南页岩气水平井成功应用40口井1 900余簇,减少现场装配人员2名、节省装配耗时60%以上、增加一次下井射孔簇数45%以上,完全消除了因为导线连接引起的人为装配错误。触点式分簇射孔器为川南页岩气段内多簇压裂改造及国内非常规油气高效开发提供可靠的技术支撑。     

连续管喷砂射孔解堵新工艺在苏里格气田的应用

当滑套尺寸太小不能让连续管通过时,原连续管冲砂工艺无法解堵。为此,设计了连续管喷砂射孔解堵新工艺。通过开发小型喷射工具使之可以由连续管输送并通过多级滑套进行油管内的喷砂射孔,以建立新的循环通道;通过完善施工工艺和优化施工参数,可以实现多段射孔。在苏里格气田的应用结果表明,采用连续管喷砂射孔解堵新工艺可以射穿堵塞管柱直接投产或完成后续作业,也可以在压裂管柱中进行补充射孔改善压裂效果;喷射工具短小紧凑的特点保证了其优良的通过性能;使用高目数的石英砂,合理控制喷射速度和用砂量等参数,可使喷射工具喷嘴寿命达5段以上。     

连续管喷砂射孔解堵新工艺在苏里格气田的应用

当滑套尺寸太小不能让连续管通过时,原连续管冲砂工艺无法解堵。为此,设计了连续管喷砂射孔解堵新工艺。通过开发小型喷射工具使之可以由连续管输送并通过多级滑套进行油管内的喷砂射孔,以建立新的循环通道;通过完善施工工艺和优化施工参数,可以实现多段射孔。在苏里格气田的应用结果表明,采用连续管喷砂射孔解堵新工艺可以射穿堵塞管柱直接投产或完成后续作业,也可以在压裂管柱中进行补充射孔改善压裂效果;喷射工具短小紧凑的特点保证了其优良的通过性能;使用高目数的石英砂,合理控制喷射速度和用砂量等参数,可使喷射工具喷嘴寿命达5段以上。     

国外页岩气井连续油管固井滑套压裂完井方式研究

固井滑套压裂完井是在固井技术的基础上结合了开关式固井滑套而形成的多层分段压裂完井技术。该技术利用可开关式固井滑套选择性的放置在气层位置,固井完成后,利用连续油管携带井下工具将滑套打开,然后采用环空泵注,进行压裂改造作业。该技术的创新点在它不需要依赖传统的复合式桥塞、投球系统或投球作业,因此在作业后即可进行全通径求产。文章主要将传统桥塞射孔压裂方法与利用连续油管固井滑套压裂方法进行对比,对比了固井、压裂、产量等多个方面,得出连续油管固井滑套压裂较在完井成本和效率上较传统多级桥塞射孔压裂方法有所提高,且产量更高。     

连续管无限级滑套分段压裂技术在苏里格的应用

为了解决苏里格地区油井压裂后续改造中存在的一些问题,引进了连续管无限级滑套分段压裂技术。该技术通过无限级滑套和套管一起固井,然后下入连续管井下工具组合逐个打开无限级滑套进行压裂。该技术在苏里格区块进行了一口井10层的加砂压裂,该井作业时间约15h,有8个滑套都顺利打开,当超压滑套不能打开时,及时进行了喷砂射孔,顺利完成了10层的主压裂,压裂过程中封隔器均坐封稳定可靠,解封顺利,出现砂堵不能解封时,第一时间建立起正循环解除了砂堵。连续管无限级滑套分段压裂技术的成功实施为我国非常规油气藏的压裂改造提供了一种新的解决方法。     

水平井套管固井滑套分段压裂完井存在问题及对策

大港油田低渗透难动用储量和非常规油气藏储量丰富,水平井分段压裂完井技术是经济、有效开发低渗透油藏、非常规油气藏的主要手段。为探索水平井分段压裂完井工艺的适应性,大港油田开展了裸眼封隔器分段压裂完井、套管固井滑套分段压裂完井、不动管柱水力喷砂射孔完井工艺试验应用,并形成了以套管固井+滑套分段压裂为主体的分段压裂完井工艺。该工艺具有固完井分段压裂一体化管柱、全通径、压裂作业连续等优点,能够缩短作业周期,后期出水层段可以关闭滑套进行堵水,但也存在投球易导致井筒生产堵塞、胶塞不碰压无法保证固井质量、与相邻井串通等问题,针对存在问题开展了分析评价,并提出解决对策,现场实施后基本实现了油井的正产生产,为此类分段压裂完井方式的下步规模应用奠定了基础。     

水平井裸眼分段压裂工具

苏里格气田属地层岩性圈闭性低压、低孔、低渗气藏,采用常规开发方式开发效果不佳。针对苏里格气田压力下降快、砂体连通性差等特点,开发了水平井裸眼分段压裂工具。对裸眼完成的井,在预定井段悬挂裸眼封隔器、压力开启滑套、投球开启滑套等工具,实现压裂作业井段横向选择性分段隔离。根据压裂段数进行分段压裂,一趟管柱实现全井段的压裂作业,从而扩大渗流面积,沟通更多的含气砂体,实现高效开发的目的。介绍了相关配套工具与室内试验、现场试验及作业应用情况,逐渐实现了规模化应用。