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。     

连续油管压裂用平衡阀优化设计与试验

为解决水平井桥塞射孔联作分段压裂工艺存在的储层改造不均衡、压后钻塞风险大等问题,开展了连续油管拖动压裂和无限级固井滑套分压工艺研究应用,其核心技术指标是井下工具组合的使用寿命和施工安全性。作为井下工具组合的主要组成部分之一,平衡阀的开关及密封性能直接影响整个现场施工质量、效率和成本。进行了平衡阀结构优化,通过插入密封总成结构和处理工艺优化设计,提高平衡阀多次开关密封可靠性,同时降低工具维护成本;通过阀杆排砂结构设计,避免压裂沉砂导致开启困难,保障现场施工安全。室内试验承压70 MPa,开关次数≥50次,现场试验2口井8层,施工成功率100%,压裂后工具提出完好,具备继续使用的条件。试验结果表明,优化后的平衡阀开关及密封性能可靠,可以满足水平井多级压裂安全性和经济性要求。     

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。     

水平井延时启动趾端滑套关键技术研究

国内外的非常规油气储层开发大都采用泵送桥塞分段压裂技术,但在首段压裂时,需采用连续油管进行射孔作业,以建立井筒和地层的流通通道,增加了作业周期和成本。针对这一问题,开发了一种延时启动趾端滑套,文章概述了工具的结构原理和施工流程,总结出延时启动控制技术和启动压力精准控制技术两项关键技术,并通过对工具结构和工艺上的优化,提出了提高工具入井安全可靠性的方法。延时启动趾端滑套在国内页岩气井进行了应用,有效替代了第一段的射孔作业,实现了页岩气等非常规油气藏开发的降本增效。     

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。     

水平井有限级次套管滑套固井工具研制与应用

为了实现高效分层压裂、提高工具可靠性,需开发水平井有限级次套管滑套压裂工具。与常规固井相比,存在现有胶塞无法满足超大变径条件下水泥封隔、水平段难以有效碰压及单流阀断流等难题。经过室内评价试验及工具结构改进,研制了适合水平井工况的固井胶塞、碰压短节、浮箍浮鞋等装置。结果表明:顺利完成了SP42H套管滑套固井试验,碰压正常,通井发现人工井底符合设计要求,后期压裂施工顺利,可以满足水平井套管滑套固井要求。     

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。     

φ140型裸眼分段压裂套管外封隔器的研制

封隔器是水平井裸眼分段压裂完井管串中的关键部件,其性能好坏将决定压裂施工的成败。为此,研制了φ140型裸眼分段压裂套管外封隔器。这种封隔器由定位套、阀环体总成、胶筒总成、中心管、滑套和剪销等组成,在井径不大于240 mm时,可密封外环空压力70 MPa。室内试验和现场应用表明,这种封隔器具有结构简单、密封可靠、承压高、耐高温、适应井径范围大等特点,能够满足水平井裸眼分段压裂施工的要求。     

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。     

水平井裸眼分段压裂套压阀研制与应用

水平井裸眼分段压裂技术作为低压、低渗透油气藏开发的重要增产措施之一,近年来在苏里格地区得到大力推广应用。套压阀是水平井分段压裂配套工具的重要组成部分,主要为压裂施工后期提供气举通道和套压监测。针对水平井施工中出现的套压阀压力打开不稳定的问题,设计了内置滑套式套压阀,利用油套压差剪断剪钉推动内置滑套移动并锁紧。同时,给出了入井管柱结构和施工工艺。该结构设计合理,打开压力稳定,能够满足现场压裂施工要求。     

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。     

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。     

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。     

水平井不动管柱无限级分段重复压裂技术研究

针对水平井传统重复压裂管柱技术存在的施工排量低、级数少等问题,研制了一种适用于139.7 mm(51/2英寸)套管的新型水平井不动管柱无限级分段重复压裂管柱。该管柱结构配套工具中,插管采用反向旋转丢手; 悬挂式封隔器具有套管双向锚定和环空密封的双重功效; 自解封型封隔器锁块阻挡机构采用可溶性金属材料制成,压后可实现封隔器自解封; 球座和滑套采用卡槽配合限位,卡槽尺寸为级差设计,可在轴向实现无限级。利用TADpro软件模拟和预测不同施工排量下的管内流体摩阻和井口泵压,结果表明:新型压裂管柱最大允许排量是传统管柱的2.0～5.4倍。该新型管柱可实现水平井分段重复压裂。     

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。     

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。     

分段压裂用尾管悬挂器与回接装置关键技术

为进一步解决致密油气和页岩气储层压裂需求、井眼条件与管柱成本之间的矛盾,研究了分段压裂用尾管悬挂器与回接装置关键技术。通过分析固井漏失及储层高破裂压力需求之间的矛盾,提出尾管固井后快速进行全通径压裂施工;通过研究固井完井技术优化组合方式,提出了水平井尾管固井后实施定点射孔寻找甜点的分段压裂储层改造工艺;通过优化设计尾管固井及回接压裂工具,实现了固井完井工具一体化密封锚定。对分段压裂用尾管悬挂器与回接装置进行了室内地面整机试验,悬挂器及插头整机密封能力达到90 MPa,锚定回接插头与悬挂器之间的抗拉强度达到1 800 kN,插头丢手顺利。该技术在大牛地气田、东胜气田及长庆油田陇东区块的27口水平井进行了应用,施工压力总体较高,但都完成了压裂作业,且总体效果良好。研究表明,分段压裂用尾管悬挂器与回接装置关键技术可以解决压裂施工现场所需的高压及上顶力难题,为回接固井后分段压裂工艺提供高承压、大通径和锚定可回收的井筒,从而保障储层改造效果。      

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...