可开关压裂滑套关键技术研究与应用

针对常规投球多级滑套存在的后续储层改造困难的难题,研制了一种新型分段压裂工具——可开关压裂滑套。相比常规压裂滑套,可开关压裂滑套可在井下进行多次开关。在压裂后期,根据储层改造需要,下入开关工具并对可开关压裂滑套进行开关作业,满足后期储层二次改造作业需求。研制了用于水平井裸眼分段压裂作业的可开关压裂滑套及配套开关工具。开展了工具耐冲蚀技术、反复过孔高压密封技术、滑套锁紧限位技术、开关工具定压节流启动技术、开关显示技术等关键技术研究。通过模拟试验,证明可开关压裂滑套的性能达到设计要求。现场应用20多井次,取得了良好的效果。     

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。     

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。     

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。     

新型等通径键槽式滑套压裂技术

为解决常规投球式滑套压裂后不能实现全通径、后期储层改造困难的难题,研制了一种新型等通径键槽式滑套分段压裂技术,该技术主要由键槽式滑套和配套的专用打开工具组成,通过逐级投入专用打开工具打开滑套进行压裂施工,压裂结束后专用打开工具可返排出井口或在井内溶解,无需下钻即可实现管柱内的全通径,节省了施工时间和成本。地面实验和模拟入井试验结果表明,打开工具可顺利通过并打开滑套,工具的各项技术指标均满足设计要求,达到了现场应用条件,具有较好的适用性和应用前景,可为非常规油气藏的降本增效开发提供技术支撑。     

投球式全通径压裂滑套研制

常用的水平井多级分段压裂技术在不下入内管、不进行磨铣作业情况下,难以实现管柱内大通径,不利于后期生产管理,为此,研制了投球式全通径压裂滑套。该滑套采用投球打开方式,无内封隔器、液控管线及专门的开关工具,只需向压裂管柱内投置多个同一尺寸的压裂球即可开启全部滑套,施工工艺简单,效率较高,压裂完后管柱通径大。基于显式动力学分析了压裂球推动内滑套运动过程中,内滑套受力变化以及压裂球坐封过程中可复位球座受力变化。结果表明,内滑套和可复位球座的强度均满足现场压裂施工要求。室内实验表明,内滑套启动压力为7. 6 MPa,压裂滑套打开压力为12. 6 MPa;开关、内滑套、弹簧及可复位球座动作可靠,能完成预定动作。     

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。     

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。     

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。     

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。     

全通径滑套分段压裂工具耐冲蚀性能试验研究

结合全通径分段压裂滑套工具现场使用工况,设计了一套适用于大排量、高砂比、长时间冲蚀模拟试验装置以及性能验证装置,试验时平均排量4.5~6.0 m3/min,含砂体积分数20%~30%,有效冲蚀时间达到24 h,充分模拟了全通径分段压裂滑套和开关工具的耐冲蚀性能,并深入分析了工具各项性能指标。试验结果表明,滑套孔眼中轴向冲蚀较周向冲蚀更为严重;开关工具经冲蚀后液缸边角位置发生一定的冲蚀磨损,经联机及密封测试后,滑套密封压力仍稳定在70 MPa,开关工具锁块仍能顺利伸缩,并成功多次打开、关闭滑套。全通径滑套分段压裂工具经长时间、大排量、高砂比冲蚀后,工具性能均能满足使用要求。     

无线射频识别滑套关键技术研究

射频识别(RFID)技术具有非接触式信息传递的特点,引入RFID技术能够很好地突破现有滑套工具存在的技术瓶颈,并能大大拓展滑套工具功能。阐述了RFID驱动滑套工具的结构原理及性能特点,分析了基于RFID技术的滑套工具关键技术———井下RFID通信技术、石油井下控制系统和滑套执行单元结构。建议国内研究机构开展井下射频标签、高性能线圈、井下工具控制系统及井下机-电-液一体化微型执行单元的研制,开发基于RFID技术的可往复开关的压裂滑套工具,并拓展其应用范围。     

多级压裂自助解封封隔器及其管柱研究与应用

为实现对河南油田安棚深层系和泌阳凹陷等区块中多层系及大跨度储层的低成本多级压裂增产措施,研制了一种多级压裂自助解封封隔器及其工艺管柱。该管柱主要由多级压裂自助解封封隔器和滑套喷砂节流器等工具组成。其中多级压裂自助解封封隔器设计了自助解封机构,压裂后可快速解封,消除了多级分层压裂易砂卡管柱的问题,同时具有良好的耐高温高压性能。滑套喷砂节流器设计了耐磨级差滑套,可实现投球打滑套分层压裂。5口井的现场试验证明,设计的工艺管柱耐温耐压性能良好,解封安全可靠,能满足河南油田多层油井1趟管柱分层改造的需要,具有良好的推广应用前景。     

新型高压生产滑套试验研究与应用

针对目前海上油田用常规生产滑套在井底服役时开关力过大及密封失效的难题,结合现场钢丝作业工艺,研制了一种新型高压滑套。采用结构力学分析及全尺寸试验的方法,研究了新型高压滑套的开关力和密封性能。现场应用结果表明,新型高压滑套的开关力及密封性能与试验室的试验结果吻合,技术指标满足海上油田的需求。     

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。     

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。     

水平井压裂管柱投送工具研制

本文根据水平井投球滑套压裂技术需要,设计了一种液压和机械双脱手功能的管柱投送工具,通过有限元分析和测试验证,该工具结构合理,性能稳定。     

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。