水平井分段压裂投球滑套承压接触分析

鉴于国内还没有成熟的裸眼完井配套工具,研制了适合苏里格气田的水平井分段压裂投球滑套,并针对投球滑套在压裂施工中到位不明显的问题,利用有限元分析软件ANSYS建立了投球滑套的接触模型,分析了不同压力对低密度球和球座变形与应力分布的影响。分析结果表明,施工压力由10 MPa增至20 MPa时,接触压力近似线性变化,当压力从20 MPa增加到50 MPa时,球和球座之间开始产生塑性变形,接触面积增加,从而使接触压力增加变慢。当压力为50 MPa时,球座最大应力值达到358 MPa,超过了低密度球和球座的屈服强度而发生了塑性变形,但是没有达到材料的屈服极限,满足压裂施工的要求。     

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...     

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。     

组合式滑套分段压裂管柱研究及现场应用

为了实现无限制、大排量体积压裂和复杂层段生产控制的高效改造和开采目标,提出了一种在下部产层稳定层段安放投球滑套、在上部需要生产控制层段安放开关滑套组合应用的分段压裂技术。施工中,依次投球逐级打开并压裂投球滑套段,然后投入隔离球封隔下部已压裂段;再下入连续油管开关工具,根据地层需要有选择性地开关各开关滑套层段,实现个性化压裂。后期开采阶段,如果开关滑套层段出现问题,可再次下入连续油管开关管柱关闭问题段,实现其他层段的正常开采。组合式滑套分段压裂技术在苏75-60-34H 井进行了3 段开关滑套和7 段投球滑套整体10 段现场应用,施工排量达到9.2 m3/min,施工压力达到72 MPa,日产气20×104 m3,施工效果超过预期,为复杂油气藏各段一对一压裂和生产控制提供技术借鉴。     

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。     

水平井分段压裂可开关滑套的研制与应用

针对常规的水平井裸眼封隔器分段压裂管柱不能实现油管全通径,制约后期储层再改造、卡堵水以及单段测试的问题,研发了水平井分段压裂可开关滑套和相应的配套工具。该滑套由投球双层压裂滑套、内球座打捞工具和外滑套开关工具等组成,通过悬挂封隔器、裸眼封隔器、坐封球座、筛管引鞋及低密度球配合使用,可以根据地质状况及分段压裂的段数进行调整,可实现压裂后油管全通径,不影响后期措施及测试作业。红河油田2口井的现场应用表明,水平井分段压裂开关滑套结构简单、操作方便,很好地解决了多层段压裂、压裂后管内有阻碍影响后续生产等问题。     

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。     

水平井用不限级压裂滑套研制及应用

水平井分段压裂技术对分段级数有较高要求。传统投球滑套的球座内孔尺寸呈级差式变化,分段级数受限,无法实现管柱全通径。研制了一种投同尺寸球开启不限级数的新型滑套。该滑套通过具有计数功能的爬行器和带有多个凹槽的内筒配合动作,实现投同尺寸球开启不同级数滑套功能及管柱全通径。地面试验和现场应用表明,该滑套具有开启、承压及启动球返排功能,具备推广应用前景。     

水平井投球滑套密封结构研究

水平井分段压裂完井技术的核心工具之一是投球滑套。滑套在坐封面常出现球座表面被压溃而造成密封失效。为了有效解决投球和球座间的密封失效问题,基于Hertz接触理论,推导出适用于投球滑套的最大接触压力及接触长度的理论公式,并提出一种新型投球滑套密封结构。利用ABAQUS分析软件对比分析了常规和新型投球滑套密封结构在相同条件下的接触压力分布规律,研究了不同坐封力下投球与球座间的接触压力和Mises应力分布规律。研究结果表明,新型密封结构的表面接触压力由1 082 MPa减至976 MPa,降低了球座被冲蚀压溃的风险;球座接触面长度由1.37 mm增至1.76 mm,增大了接触面的接触面积,提高了投球滑套密封可靠性。     

裸眼分段压裂投球式滑套球座关键技术研究

投球式滑套为裸眼分段压裂管柱中建立压裂级数和压裂过流通道的关键部件,但目前国内尚未开展滑套球座与其匹配的憋压球的密封能力、滑套球座的可钻性与耐冲蚀性方面的研究。通过滑套球座的结构设计、憋压球的材料优选及球座与憋压球密封能力的有限元分析与试验,研究了滑套球座与憋压球之间的密封技术;通过滑套球座材料优选和相关试验,研究了滑套球座的可钻性;通过滑套球座表面硬化处理探讨及冲蚀和密封试验,研究了其耐冲蚀性能。8井次共72段的现场试验表明,滑套设计合理,性能可靠,解决了投球式滑套高承压密封及完井管柱的全通径问题。      

基于ANSYS-CFD的滑套球座冲蚀分析

在水平井裸眼完井分段压裂技术工艺管柱中,投球开启自锁滑套的作用是分层控制开关,通过投球实现准确的分段开启,其安全可靠性能决定了分段压裂工艺的成败,关系到水平井压裂改造开发效果的好坏。研究了压力、砂流量、球座锥度对冲蚀的影响,给出了球座最佳的结构设计数据。     

可反复开关投球滑套的研制

为满足一趟管柱分层试油联作及选择性投产作业工艺中的技术需求,研制了一种新型可反复开关投球滑套。介绍了可反复开关投球滑套的结构组成、工作原理以及主要技术参数,分析计算了投球滑套工具的关键元件,并对试验滑套进行高温环境下室内性能评价试验。试验结果表明,研制的可反复开关投球滑套在120℃高温环境下满足70 MPa密封承压性能,环空带压情况下可反复开关动作五次以上,为该滑套工具投入现场应用提供技术依据。     

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。     

基于遗传算法的计数式全通径压裂滑套优化设计

如何合理设计内滑套结构参数，使得内滑套结构强度较高的同时，压裂球推动内滑套运动所需压力较大，是计数式全通径压裂滑套设计的难点之一。为节约设计时间与成本，采用Plackett-Burman 设计筛选影响压裂球推动内滑套运动所需压力的显著因子，利用响应曲面法建立显著因子与多响应之间的回归方程并判定方程的有效性，将多目标优化问题转化为单目标优化问题并确定合适的目标函数，基于遗传算法寻找最优结构参数。基于Ls-dyna 模拟压裂球推动内滑套运动过程，结果表明，优化后压裂球推动内滑套运动所需压力由4.8 MPa 提高到7.2 MPa，运动过程中的最大应力由992 MPa 增大到1 036 MPa， 但仍小于材料的许用应力。进行了内滑套样机室内模拟实验，优化后压裂球推动内滑套运动所需压力由5.1 MPa 提高到了7.6 MPa，表明Plackett-Burman 设计、响应曲面法及遗传算法相结合用于优化内滑套结构参数是有效的。     

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。     

投球滑套双锥度球座的冲蚀磨损优化研究

水平井裸眼完井分段压裂技术是现阶段提高低渗透油藏产能的主要技术,其技术难点在于分段压裂工具的密封可靠性,其中投球滑套的密封性能在很大程度上直接决定分段压裂的成败,导致投球滑套密封失效的主要原因则是流体携砂冲蚀。依据投球滑套球座的实际工况,在常规单锥度球座的基础上提出双锥度球座,并借助Fluent流体软件实现对双锥度球座的结构优化,优化后的球座二锥度应介于70°~80°之间。双锥度球座解决了由于球座冲蚀磨损造成的投球滑套密封失效问题,保证了水平井裸眼完井分段压裂的可靠性。     

海上油田精细分段压裂工艺及关键工具

投球滑套分段压裂工艺需多次投球,施工层位一般不超过7层,且滑套无法关闭; 泵送桥塞压裂工艺需多次下入桥塞,并进行钻铣。为进行精细分段压裂,研究了不动管柱水力喷射分段压裂工艺和可开关固井滑套无限级分段压裂工艺。前者通过水力封隔实现12段的精细分段压裂,后者压裂段数不受限制,且可关闭相应层位的固井滑套,控制产液的采出,实现油藏的精细分段和井筒的全通径。两种工艺分别适用于外径为114.3 mm和139.7 mm的套管,压力等级可达70 MPa,均可进行二次压裂,具有较好应用前景。     

可打捞分段压裂滑套球座打捞关键结构设计与试验

可打捞分段压裂滑套可在分段压裂作业后通过油管或连续油管下入专用打捞工具将各级滑套内部可打捞式球座一次性提出井口,实现管内全通径,便于后期下入工具进行二次改造或滑套开关。文章分析了可打捞分段压裂滑套球座打捞关键技术,设计高承载打捞机构、球座弹性分离机构、球座旁通循环冲洗机构、大间隙密封机构等关键结构,地面试验和入井试验表明滑套球座可顺利提出,验证了打捞的可靠性。     

基于Taguchi方法的计数式全通径压裂滑套优化设计

针对全通径压裂滑套中内滑套的动作压力不能满足现场施工要求的问题,对内滑套的结构参数进行了优化,以期在保证内滑套结构强度的同时提高内滑套的动作压力。利用Plackett-Burman设计法筛选了影响内滑套动作压力的显著影响因子,采用Taguchi方法优化了显著影响因子,通过方差分析确定了最优参数组合。采用数值模拟及室内模拟试验方法评价了内滑套优化前后的性能,得到了最优参数组合:筋宽角18.0°,筋长170.0 mm,筋厚5.5 mm,筋锥角89.5°,爪倾角115.0°,爪锥角65.0°。数值模拟得出,内滑套动作压力由4.8 MPa增大到了7.5 MPa,内滑套在运动过程中所受的最大应力由992.0 MPa增大到了1 101.0 MPa,但仍小于材料的许用应力;室内试验得出,内滑套动作压力由5.1 MPa提高到了7.9 MPa,满足现场施工要求。研究结果表明,应用Taguchi方法优化的计数式全通径压裂滑套结构参数合理。      

分层压裂滑套与密封球受力分析研究

为了解决滑套卡球影响压裂残液排出和油气井正常生产的问题,开展了滑套密封筒卡球研究与分析。建立了滑套与密封球受力简化模型,对密封球在球座斜面上的受力进行了分析,给出了密封球在球座斜面上不发生卡球的条件和解卡力的计算式。指出压裂时密封球与球座发生弹性变形是密封球卡住的根本原因,密封球坐在球座斜面上可降低卡球的风险;钢密封球在球座夹角大于8.53°的球座上不会发生卡球现象,复合密封球在球座夹角大于16.70°的球座上也不会发生卡球现象;卡球时最大解卡力由压裂时最大压力及与球座和球座材料有关的系数决定。