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。     

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。     

非常规油气水平井管内多级分段压裂新技术

非常规油气藏开采难度大,开发成本高,原有的水平井管内分段压裂技术存在分段级数少、压裂规模小等问题,无法满足非常规油气资源高效开发的要求。为此,分析了水平井泵送桥塞、固井投球滑套、连续管拖动封隔器等多级分段压裂新技术,其中,泵送桥塞射孔多级分段压裂技术分段级数不受限制,适合大排量、大液量压裂要求,是页岩油气开发的利器。固井投球滑套分段压裂技术滑套可重复开启,能满足选择性生产、堵水及重复性压裂的需求。各种水平井管内多级分段压裂新技术的成功应用,为非常规油气藏开发提供了强有力的技术支持。     

致密油水平井油管填砂分段压裂技术研究与应用

现有的针对油水平井压裂改造的工艺中,带底封水力喷射分段压裂需更换管柱,容易发生卡钻等事故。水力泵送桥塞分段压裂工艺压后需钻磨桥塞。裸眼封隔器完井投球分段压裂一旦出现砂堵,处理难度较大。为满足致密油水平井体积压裂的需要,通过对每一段进行精确控制的填砂封隔,实现油水平井油管填砂分段压裂,避免常规水平井压后卡钻、钻磨等问题,提高了分段压裂改造成功率和施工效率,为致密油藏增产改造提供了一套新的技术方法。     

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。     

投球计数滑套分段压裂技术在锦58井区应用实践

锦58井区属典型的低孔、低渗致密砂岩气藏,采用水平井裸眼封隔器分段压裂虽然效果显著,但压后无法实现井筒全通径,制约后期的井筒治理,为此试验了投球计数滑套分段压裂工艺。该工艺将常规的级差式投球滑套改进为投球计数滑套,通过投入同一尺寸的压裂球实现水平段逐级分段压裂改造。投球计数滑套分段压裂工艺具有完井、压裂和生产管柱一体化、压裂级数不受限制、作业速度快、压后井筒大通径等优点。X井现场应用表明,投球计数滑套分段压裂工艺不仅可以实现1d内12段压裂施工,而且水平井增产效果显著,X井平均无阻流量达到同区内直井的8.6倍。     

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。     

无限级滑套分段压裂技术在涪陵页岩气的应用

川渝地区页岩气储层分段工艺主体采用泵送桥塞—射孔联作分段压裂工艺,桥塞主要以常规复合材料桥塞为主,同时开展全可溶性桥塞现场应用。泵送桥塞—射孔联作分段压裂工艺具有可靠性高、压裂层位精确、压后井筒完善程度高、级数不受限、施工排量大、施工风险小、砂堵易处理等优点,但同时也存在施工规模大,开采成本高,采用多簇射孔技术无法实现均匀改造,且压裂后需要通井钻磨作业,井筒占用周期长等缺点。为了解决泵送桥塞—射孔联作分段压裂工艺存在的缺点,2015年涪陵地区首次引进了连续油管无限级滑套分段压裂技术,并成功实现了施工现场应用。主要介绍连续油管无限级滑套分段压裂技术工艺原理、工艺流程及现场应用情况,对国内页岩气压裂新技术探索与应用具有一定的指导意义。     

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。     

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。     

中石油非常规储层水平井压裂技术进展

中国石油天然气集团公司(以下简称中石油)从2006年启动水平井改造专项攻关以来,水平井压裂技术实现了从无到有再到无限级段分段的跨越,2015年实现了最高分段数26段。10年间,中石油在非常规储层水平井压裂改造技术领域取得了突出进展:(1)自主研发了水平井双封单卡、封隔器滑套、水力喷砂和裸眼封隔器4套水平井压裂主体工艺技术;(2)自主研发了复合桥塞、套管固井滑套2项水平井大排量体积改造主体工艺技术,配套体积改造优化设计理论、压裂液体系、裂缝监测等技术,初步形成体积改造技术体系和水平井工厂化作业模式;(3)自主研发的压裂工具、液体体系等关键技术,不动管柱多级滑套水力喷砂分段压裂技术、液体胶塞分段技术等,达到了国际先进水平或同期国际领先水平。据统计,2014年中石油水平井分别占油井和气井总数的3.2%和13.1%,其对油田和气田产量的贡献率分别达到9.9%和39.7%。最后,指出了新区高密度完井压裂工程试验、老区老井体积重复压裂试验等中石油新一轮水平井改造技术的攻关重点方向。     

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。      

可捞式桥塞在水平井分段隔离压裂上的应用

针对国内各油田主要采用填砂+液体胶塞、限流法分段或合压裂工艺进行水平井分段压裂存在的问题,开展了机械桥塞隔离井筒试验。桥塞胶筒主要由内胶筒、端部接头、骨架心子、外胶筒组成。水平井机械隔离分段压裂管柱分为3类,分别是桥塞传送坐封、桥塞打捞和压裂管柱。坐封桥塞管柱结构为丝堵(单流阀)+液压释放工具+油管,桥塞打捞管柱结构为JAY型回收工具+液压扶正器+油管,压裂管柱结构为喷砂器+油管+封隔器+水力锚+油管+井口。2口井压裂施工数据和桥塞打捞作业中可看出桥塞没有漏失和移位现象,说明桥塞起到了良好的封堵隔离作用。     

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...     

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。     

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。     

PSK多级滑套水力喷射分段压裂技术的应用——以镇北油田水平井为例

目前各油田应用的水平井分段改造技术中,水力喷射分段压裂技术由于入井工具较少、现场施工简单,近年来在长庆油田低渗透油藏水平井得到了广泛应用。但前期水力喷射钻具效率较低,施工中换钻具次数较多,影响了水平井试油压裂速度。文中在调研各大油田水平井水力喷射分段压裂技术的基础上,通过工艺改进和现场应用,形成了PSK多级滑套水力喷射分段压裂技术。现场试验表明,该套工具性能稳定,能够实现水平井多段有效分压,单趟钻具能够施工5~6段,大大缩短了施工周期,提高了施工效率。     

安塞油田水平井水力喷射分段压裂技术研究

安塞油田三叠系存在"低渗、低压、低产"等地质特征,传统压裂工艺一般压裂1～2层,平均单井日产液量3.5 m3左右,单井改造效果较差,且选用直嘴+封隔器的简单压裂管柱施工,施工周期一般在10天左右,施工周期较长。安塞油田引进了水平井水力喷射分段压裂技术,对水平井水力喷射分段压裂机理、水力喷射及分层压裂中诸多参数进行了优化,并在现场进行了试验。2011—2012年此项技术在安塞油田成功应用22井次。该技术施工针对性强,工艺简单方便,适用各种完井方式及固井质量差的井况,为安塞油田及其它区块储层低渗油气藏水平井水力喷射及压裂改造工艺的实施奠定了基础。     

免钻免捞筛管顶部固井工艺研究与现场试验

常规筛管顶部固井工艺兼有筛管和尾管固井工艺的优点,但是固井后需要钻除管内附件。为提高筛管顶部固井工艺效率,优化了内、外管柱的结构,使用皮碗封隔器和滑套式分级箍代替常规筛管顶部固井工艺中的盲板和压差式分级箍,通过移动内管柱位置实现坐挂、注水泥、循环等操作,固井后提出内管柱时将残留附件一次带出,套管内不会残留盲板和分级箍内套,通径满足后续作业需要,实现了固井后免钻免捞,并可通过调整皮碗封隔器尺寸实现不同复合尺寸套管筛管完井。该工艺在渤海湾海上合作区块的X井进行了现场试验,完成了φ177.8 mm尾管+φ139.7 mm筛管复合管柱的筛管顶部尾管注水泥固井作业,固井候凝后直接投产,无需钻塞,节约了钻机时间。