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。     

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。     

无限级套管滑套分段压裂工具研制与应用

针对现有水平井裸眼分段压裂工具分段级数有限,后期修井需钻磨或打捞球座等困难,研制了无限级套管滑套分段压裂工具。阐述了该工具的工艺原理,介绍了固完井管柱、压裂管柱和主要工具的结构、原理、技术指标参数。主要对套管滑套进行了开启动作、密封承压试验;对开启工具进行了胶筒压缩性能、坐封力、封隔密封承压试验;对定位器进行了定位感应力试验,地面试验结果达到了设计技术要求。该工具在苏里格苏5、苏59区块进行了现场试验应用,应用表明固井作业时,套管滑套管柱能安全顺利下入到位。压裂施工时,滑套定位准确明显,开启灵活,封隔工具坐封牢固,密封可靠,转层快速,作业效率高,满足了苏里格致密砂岩气藏多层(段)压裂增产改造的需要,具有较好的推广应用前景和价值。     

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。     

无限级滑套压裂新工艺在苏里格气田的应用

苏里格地区水平井一般采用裸眼完井的完井方式,完井手段单一,且裸眼封隔器不能保证全部正常坐封,易造成裂缝位置不确定,不能实现对储层的准确改造。试验的套管固井、射孔完井的完井方式,可在全通径的情况下实现定点压裂,目前有多种方式进行压裂改造。其中,连续油管无限级滑套压裂工艺是近年来仅在美国、加拿大等地应用过的新工艺,经率先在国内长庆油田苏76-X-X井上应用,发现该工艺具有施工周期短、效率高、规模大、压裂点准确、压裂后井筒全通径等优点,在滑套不能打开的时候可以立即采用喷砂射孔工具进行作业,相对风险较小。同时在施工中也发现了一些问题:套管固井时留塞易造成第一个滑套被掩埋,给后续施工增加了难度,打开滑套过程中对机械定位器要求较高,推广应用有一定的困难等。     

无限级套管滑套多层压裂技术研究

油气资源正逐步成为未来油气产业发展的重点。随着勘探工作的逐步深入和勘探技术的不断发展,我国对低品位、难开采油气资源的动用程度逐年提高,对储层改造提出了新的挑战,套管滑套多层压裂技术则为油气田增产增效提供了新思路。本文从我国油气田开发压裂现状出发,针对当前压裂技术成本高、作业周期长、增产效果不明显等局限性进一步优化设计,引进了无限级套管滑套多层压裂技术,阐述了该技术的设计思路及配套工具的原理、结构,并以苏里格地区苏76-5-2H井为研究对象进行室内及现场试验分析,得出该工艺具有固完井压裂一体化管柱、全通径、无限级压裂等优点,提高了施工作业效率,是一种先进、安全、高效的多层压裂工艺技术,为我国致密油气田多层多段压裂技术探索提供了新的技术手段。     

可打捞滑套分段压裂技术在红河油田的应用

红河油田属于低孔特低渗油田,天然裂缝发育。前期开发主要以裸眼封隔器分段压裂工艺为主,钻扫球座工艺繁琐,二次改造施工困难。通过开展可打捞滑套分段压裂工艺试验,可以实现井筒全通径,为后期二次改造和段间干扰因素分析提供了技术支撑。介绍了可打捞工具管串结构、技术特点、施工工艺,并在HH37P32井进行了现场试验,现场试验表明,该压裂工艺能对水平井实施有效改造,可提高低渗透油藏的压裂效果。     

裸眼水平井分段压裂完井用批级压裂滑套的研制

为提高裸眼水平井分段压裂技术的压裂级数,实现一趟管柱压裂更多段,研制了一种批级压裂滑套。介绍了滑套的工作原理、主要结构的具体设计和计算。     

复杂页岩气井无限级砂塞分段压裂先导性试验

滇黔北昭通页岩气示范区YSA井钻遇断层且存在3个水平井眼,考虑到压裂过程中可能产生套管变形等复杂问题,不宜采用常规的桥塞分段工艺,因此开展了连续油管无限级砂塞分段工艺进行分段压裂。该工艺分段数不受井筒条件限制,分段方式以砂塞封隔分段代替了常规的桥塞分段,配套的新型工具只需起下1次连续油管就能完成单段的冲砂、填砂和多簇喷砂射孔作业,整个施工过程中井筒全通径,能有效应对页岩气井套管变形对压裂施工的影响。YSA井在发生套管变形的情况下完成了13级分段压裂,解决了由于套管变形而无法使用桥塞分段的难题,压后测试产量达11.3×104 m3/d,增产效果显著。该工艺的成功应用为我国页岩气井提供了一种新的分段改造手段。     

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。     

鄂尔多斯盆地水平井多级滑套分段压裂技术

鄂尔多斯盆地大牛地气田和红河油田长水平段裸眼水平井分段压裂时,存在长水平段一次性分隔、裂缝发育与井径扩大井段的有效封隔等问题,针对其地质条件、裂缝发育情况及井眼轨迹与井径变化情况,研制了裸眼水平井多级滑套分段压裂工具,形成了裸眼水平井多级滑套分段压裂技术。该技术在鄂尔多斯盆地20余口水平井进行了应用,共完成了200段的压裂施工。应用结果表明:包含裸眼水平井多级滑套分段压裂工具的完井管柱下入顺利,封隔器封隔有效,滑套打开成功率100%,压裂后增产效果良好。这表明裸眼水平井多级滑套分段压裂技术可以解决大牛地气田和红河油田长水平段裸眼水平井分段压裂中存在的问题,可在鄂尔多斯盆地进行大规模推广应用。      

投球滑套分段压裂用可分解压裂球

研制了适用于多级投球滑套分段压裂的可分解压裂球,分析了可分解压裂球材料的分解特性及力学性能,并对可分解压裂球进行了地面承压试验及现场应用。可分解材料是1种镁合金,密度在1.8~2.0 g/cm3。实验研究表明:可分解材料在氯化钾溶液中可自行分解,分解速率随温度升高而加快,但在胍胶压裂液中分解缓慢;可分解材料抗压强度达到360 MPa,变形量达到约20%时发生断裂,断口具有韧脆混合断裂特征。地面承压试验结果表明:压裂球在80℃下能够承压70 MPa,保压4 h效果良好,且压裂球与球座间密封性能良好。现场应用结果表明:可分解压裂球在压裂过程中性能良好,压裂完成后可自行分解,避免了因返排压裂球产生的作业风险,节省了作业成本和时间。图8表1参17     

涪陵页岩气水平井高效压裂技术及应用

针对涪陵页岩气田国家级页岩气示范区水平井储层特点，结合套管固井完井方式，为实现有效改造体积最大化，改造体积内裂缝复杂程度最大化，通过缝网压裂工艺、低成本高效材料体系、返排液重复利用等技术研究，形成了一套适合于涪陵页岩气水平井高效压裂技术。其中缝网压裂工艺实现了形成复杂裂缝网络的压裂目标，高效低成本减阻水压裂液体系，满足连续混配施工要求，成本较国外减阻水体系降低20%以上，现场测试减阻率高达74.5%，返排液重复利用技术实现返排液零排放。截至2017年12月，集成技术累计现场应用330井次，压裂5 300段，工艺成功率97%，平均无阻流量38.5×104 m3/d，增产增气效果显著。     

撞击式滑套分段压裂新技术试验应用

随着苏里格气田开发的持续深入,为提高单口水平井产量及节约综合建井成本,部署长水平段（一般大于1000m）水平井是有效手段之一。常规水力喷射或裸眼分隔器分段压裂技术必然需增加分段数,同时也增加了压裂施工的作业风险。为进一步提高单井产量,针对长水平段水平井开展撞击式滑套分段压裂试验。通过采用“分段多簇”压裂方式,同段内形成多裂缝,增大了泄流面积,实现储层充分改造。本文开展了撞击式滑套分段压裂技术的试验研究,旨在缩短长水平段的整体分段数,增加单段内的改造程度,提高单井产量。通过在苏里格气田开展了2口水平井撞击式滑套分段压裂技术试验,施工过程中撞击式滑套开启迹象明显,相比单个滑套,同长度水平段水平井改造后取得较好的增产效果。该技术的成功试验,为长水平段水平井改造提供了新技术储备。     

涪陵页岩气井“套中固套”机械封隔重复压裂技术

针对涪陵页岩气田采用暂堵转向重复压裂工艺时施工难度大、增产效果不理想的问题,在调研国外页岩气井重复压裂工艺的基础上,对比分析了暂堵转向重复压裂与机械封隔重复压裂技术的原理与特点,明确了机械封隔可完全封堵初次压裂射孔炮眼,精准控制重复压裂水力裂缝起裂,形成了“套中固套”机械封隔重复压裂技术。在涪陵页岩气田JYAHF井进行了“套中固套”机械封隔重复压裂技术试验,在内径为115.0 mm的井筒中下入?88.9 mm套管固井,建立全新封闭井筒,并针对不同剩余储量分布采用不同的重复压裂工艺。原井筒改造程度较高的井段,以挖潜老缝间剩余资源为目标;初次改造效果差的井段,需要恢复老缝导流能力。JYAHF井试验该技术后,可采储量增加0.36×108 m3,采收率提高4.8%。研究结果表明,“套中固套”机械封隔重复压裂技术增产效果明显,可为国内页岩气田长期高效开发提供技术支撑。      

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。     

全自溶分段压裂滑套的研制与应用

针对常规水平井裸眼多级滑套压裂管柱不能实现压裂后管内全通径,后期储层二次改造、封堵底水、单段测试等作业受到限制等问题,开展了全自溶合金材料在分段压裂工具中的应用研究。通过球座结构优化和表面涂层强化,实现滑套入井后球座不溶解,压裂后迅速溶解的目的。经排量为6m³/min、压裂液砂比为30%、循环时间为32h的冲蚀实验表明,球座仍具备承压70MPa的能力。在杭锦旗气田的压裂井中开展了现场应用,成功实现了入井静置48d后顺利开启,并满足了压裂施工过程中的大排量冲蚀要求,压裂后球及球座在地层环境下溶解,滑套内形成了全通径。全自溶分段压裂滑套的研制与应用为优化压裂工艺、提升施工效率提出了解决思路,具有重要的指导意义。     

固井滑套分段压裂技术在大牛地气田的试验应用

大牛地气田属典型的低孔、特低渗致密砂岩气藏,前期采用水平井裸眼封隔器分段压裂取得较好效
果,但该工艺压裂裂缝起裂位置不明确,压后无法实现井筒全通径,为进一步提高压裂改造的针对性,试验了固井
滑套分段压裂工艺。该工艺将专用固井压裂滑套与套管连接并按照气藏分析确定的压裂位置一趟管柱下入井内
固井完井,并通过分级投球、液压或者机械等方式打开固井压裂滑套,进行分段压裂作业。该工艺具有固井完井分
段压裂一体化管柱、压裂级数不受限制、压裂裂缝起裂位置明确、改造地层针对性强、作业速度快、压后井筒全通径
等优点。Ａ井应用表明,固井滑套分段压裂工艺１ｄ可完成１０段压裂,压后井筒全通径,为大牛地致密低渗砂岩气
田有效开发探索了一条新途径。     

无限级滑套连续油管环空压裂工艺在水平井的研究与应用

常规压裂例如产层压裂、混合压裂、封隔器分层压裂均采用一次性压开多个油层的方法,且不能有针对性的压开目的油气层,压裂后参数处理复杂,且成本高,增产效果不明显,不适合大型水平井致密油气层的多段压裂改造。无限极固井滑套连续油管环空压裂工艺,在下套管作业时,滑套与套管同时下入,固井后,依靠连续油管服务工作逐级打开压裂滑套,进行多级压裂。该工艺实现了对水平段精确改造,压裂级数不受限制,可实现套管内全通径,施工快捷,不需钻塞,不污染油层,综合成本低,对我国致密油气多层多段压裂技术探索具有指导意义。     

水平井无限级压裂滑套摩阻模型建立与验证

水平井加砂压裂过程中,大排量、高砂比压裂液易使滑套内壁面和开关工具外表面产生较强的冲蚀破坏,严重降低工具的使用寿命,影响现场安全有效施工。考虑上述实际工况,制定了工具串联式的实验管串结构和实验初步设计方案,建立了管串内部流体摩阻数学模型,研究结果表明,砂泵采用两两串联再并联的组合方式,既能满足实验所需的排量要求,又能提供用于平衡管路之间流体摩阻损失的压头。完善了实验方案,建立了满足实验要求的冲蚀实验台架。当流量为4.75 m3/min、滑套Ⅱ总成开孔数为2 时,管路整体压头约为48.82 m,实验结果满足设计要求;同时,摩阻损失理论计算结果约为48.44 m,与实验摩阻损失基本相等,说明理论模型具有较高的准确度。