多段压裂水平井拖动管柱找水关键技术

长庆油田长水平段水平井应用拖动管柱找水工艺时,存在配套的皮碗封隔器胶筒密封性变差和起钻时皮碗脱落的问题,为此对其进行了针对性研究。通过室内模拟井下环境,利用滚珠丝杠控制皮碗封隔器在套管内往复运动,得到每摩擦500.00 m时的皮碗磨损量,根据承压试验确定其最大下深为2 500.00 m;通过改进Y211型拖动压裂封隔器结构、优选胶筒材料,研制了分别应用于单封和双封拖动管柱找水工艺的Y211-1型和Y211-2型封隔器;同时,研制了可在水平段重复坐封的新Y111型封隔器,以确保能够实施双封拖动管柱找水工艺。研究的新型封隔器和拖动管柱找水工艺已在长庆油田6口水平井应用,应用结果显示,1套封隔器可以完成2口井的找水作业,测试成功率由之前的91.3%提高至100.0%,单井测试费用仅为皮碗封隔器拖动管柱找水的一半。研究结果表明,新型封隔器使拖动管柱找水工艺更简便、费用更低,在长水平段水平井中的应用效果良好。      

水平井管柱液压扶正器的研制与初步应用

针对水平井管柱受重力效应影响,导致封隔器胶筒受力不均,密封性能下降,不能长期有效分隔水平井层段的问题,开展工艺技术研究,研制出了水平井管柱液压扶正器。通过地面模拟试验,对工具设计思路、加工材质、装配工艺及性能进行了验证。经现场试验及应用,该工具坐封扶正时能够确保水平井管柱处于居中位置,保证了封隔器的密封性能,满足有效分隔目的层段的要求;在释放扶正力时,可安全可靠撤回扶正机构,减少了修井作业时的安全隐患。适用于水平井、斜井及大位移井的分段压裂、堵水、注水等工艺施工,具有较高的推广应用价值。     

CQ-TDY致密油水平井水力喷射体积压裂工具

目前油井水平井环空加砂拖动体积压裂是长庆油田低渗储层改造的主要方式之一。为解决该技术施工过程中常规扩张式封隔器管柱施工前无法验封、易卡钻、施工效率低等实际问题,结合该技术拖动压裂工艺特点,通过可多次重复坐(解)封胶筒的设计以及TDY高强度底封隔器和抗冲蚀水力喷射器等核心工具的研制,形成了CQ-TDY致密油水平井水力喷射体积压裂管柱。该管柱可实现油管和油套环空同时注入,能满足8m~3/min大排量的注入需求,单趟钻可施工14段,施工效率是常规水力喷射压裂管柱的3~5倍。该管柱在长庆油田累计推广应用了427井次,完成了3260段体积压裂施工,平均单趟钻具施工8段,其中有219口井实现了"一趟钻"完井,施工效率高,层间封隔可靠,大幅降低了劳动作业强度,推广应用前景广。     

水平井水力喷射环空加砂高强度拖动压裂工具的研制与应用

目前油井水平井环空加砂拖动体积压裂是长庆油田低渗储层改造的主要方式之一。为解决该技术施工过程中常规扩张式钢带封隔器管柱施工前无法验封、易卡钻、施工效率低等实际问题,结合该技术拖动压裂工艺特点,通过可多次重复坐(解)封胶筒的设计以及TDY高强度底封隔器和高强度水力喷射器等核心工具的研制,形成了一种水平井用高强度水力喷射体积压裂管柱。该管柱可实现油管和油套环空同时注入,能满足8 m~3/min大排量的注入需求,单趟钻可施工14段,施工效率是常规水力喷射压裂管柱的3~5倍。2015年该管柱在长庆油田应用126口井,平均单趟钻具施工8段,其中有50口井实现了"一趟钻"完井,施工效率高,层间封隔可靠,大幅降低了劳动作业强度,推广前景广泛。     

水平井化学剂注入工艺管柱研制与现场试验

为解决水平井中化学剂分层段注入问题,研制了水平井化学剂定点注入工艺管柱。该工艺管柱一趟管柱可实现多个层段作业,理论上层段不受限制,具有可重复作业,可任选某一层段作业及反洗井功能。研制了可洗井注入封隔器和注入阀等配套工具。现场试验结果表明,注入阀能力达到480 m3/d,封隔器坐封、解封容易,可重复坐封、解封,封隔器验封合格,实现了对目标层的定点注入,进行了不动管柱反洗,洗井通畅,管柱的起下作业顺利。注入过程压力没有明显上升,压力和排量均符合设计要求,工艺管柱基本能满足水平井化学剂定点注入的需求。     

K341长胶筒封隔器在套损井隔水采油中的应用

针对长庆油田腐蚀严重套损井采用常规封隔器隔水采油有效期短以及多次隔采后坐封难度大的问题,研制了K341长胶筒封隔器,设计了坐封、完井一体式隔水采油工艺管柱。在28口腐蚀严重套损井进行了试验,隔水采油井平均日产油从前期0.5 t恢复至1.3 t,累计恢复油量6018.0 t,一次性隔采成功率达92.5%。现场试验结果表明:K341长胶筒封隔器具有更长的有效封隔面、较大的扩张比,可形成有效密封段,提高密封效果;采用K341长胶筒封隔器及过流过压阀的隔水采油工艺管柱,可实现一趟管柱完成封隔器坐封和完井,提高了效率;K341长胶筒封隔器可有效解决腐蚀穿孔严重以及难选取坐封段套损井隔水采油的问题,为此类套损井治理提供了一种有效手段。     

低渗透油田水平井高效找水技术研究与应用

见水是长庆油田水平井多段压裂、注水开发出现的重要问题之一,见水后含水快速上升,产能迅速下降,严重影响水平井开发效益。受低渗透油田非均质性影响,无法直接动态验证出水层段,亟需开展水平井找水技术研究。因此,本文通过分析不同见水特征、出水类型、改造情况,研发了水平井分段生产找水技术、井下取样找水技术、单封拖动管柱找水技术以及双封抽汲拖动管柱找水技术,形成了多段压裂水平井高效低成本找水技术系列,为水平井控水稳油措施提供可靠依据。     

小流量水平井机械分段找水技术研究与应用

针对目前国内外水平井找水技术仅适用于东部高产水平井找水测试,无法在长庆油田小流量水平井找水测试的难题,结合长庆油田水平井产液低的特征,经过几年的攻关研究,已形成了由封隔器卡封水平井各层段、智能开关器定时控制各层段依次生产的小流量水平井机械分段生产测试找水工艺技术,同时形成了皮碗封隔器扶正优化技术、测试管柱防垢工艺技术、Y441/Y445封隔器逐渐打捞解封等配套工艺技术,实现了小流量水平井找水测试,并且现场应用13井次,准确地掌握水平井各层段产能状况,找到了出水位置,为小流量水平井找水测试提供有效的技术手段,并为水平井后期堵水技术奠定了基础。     

连续油管拖动底封水力喷射环空加砂分段压裂技术

连续油管拖动底封水力喷射环空加砂压裂工艺是集射孔、压裂、封隔于一体的新型增产改造技术。针对常规结构Y211型封隔器或K344型封隔器及喷枪不完全满足工艺需求的问题,采用Solidworks、Ansys等软件对新型Y211型封隔器、喷枪等工具进行优化设计。创新设计特殊密封结构胶筒及其肩部保护机构,研制抗拉强度和延伸率高的胶料配方,降低了坐封力,提高了承压性能。优化卡瓦结构,设计防砂卡机构,提高了封隔器锚定及坐封可靠性。研制了内嵌整体式喷枪,提高耐磨性能,满足多段压裂需要。通过攻关研究,工艺管柱达到耐温120℃、承压70 MPa指标,单趟管柱可压裂14段,成本比国外降低50%以上。     

选择性重复压裂工具关键技术

为了在重复压裂过程中用水力喷射射孔替代火工品射孔,并延长水力喷射工具单趟管柱的使用寿命,同时解决常规扩张封隔器胀封承压后残余变形大、易卡管柱等问题,研制了选择性重复压裂工具。该工具的射孔通道和压裂通道分开设计,通过联作芯轴实现两个通道的转换;根据通道转换特性和施工工艺特征,设计了适时坐封跨接组合式封隔器;为提高承压能力、减小变形,跨接式封隔器胶筒两端均采用了嵌套弹簧式结构。通过室内测试和现场试验验证了选段性重复压裂工具封隔器的封隔性能和通道转换能力。研究结果表明,选择性重复压裂工具可以实现射孔、压裂自由转换、自由选择,减小单段喷嘴的过砂量,延长单趟管柱的使用寿命;封隔器可实现适时坐封解封,胶筒残余变形小且可靠,更易于封隔器的解封及管柱的起出。      

低产液量水平井找堵水管柱的设计与应用

针对长庆油田致密油藏低产液量水平井利用现有测试方法无法准确找到出水层的情况,设计了适用于不同地层压力的低产液量水平井找水测试管柱,同时针对不同出水位置设计了桥塞卡堵水管柱和封隔器卡堵水管柱。低产液量水平井找水测试管柱在长庆油田应用21井次,找水有效率96.7%;两种卡堵水管柱堵水在长庆油田应用22井次,堵水成功率达到81.8%。这表明,利用所设计的低产液量水平井找水测试管柱,能准确找出低产液量水平井的出水层段,所设计的卡堵水管柱能对不同位置的出水层段进行机械封堵。      

水平井快速找水管柱的研制与应用

针对多段压裂水平井采用分段生产测试找水和阵列法产液剖面测试找水工艺存在的找水周期长、测试成本高问题,研制了单封拖动管柱快速找水和井下分段取样快速找水两种类型水平井快速找水工艺管柱,实现了套返水淹井和不套返见水井两种不同出水情况水平井快速找水测试.现场试验证明,两套快速找水管柱能够准确找到出水层位,测试效率高、测试成本低,为水平井规模化开发提供了技术保障.     

大规模压裂用Y344封隔器及工艺管柱关键技术

分层压裂时,K344封隔器解封只靠扩张胶筒的回弹力,胶筒回收不完全;Y241封隔器解封需要上提管柱、多个金属锚瓦的解封力累积效应导致解封困难。研制的大规模压裂用Y344封隔器采用弹簧自助解封机构、割缝中心管和压缩胶筒的结构形式,提高了下入、坐封和解封的稳定性和可靠性。该封隔器不需要节流压差坐封,提高了压裂施工的成功率;采用该封隔器设计的工艺管柱可实现不动管柱分6层大规模压裂施工。苏里格气田10口井的现场应用结果表明,大规模压裂用Y344封隔器及工艺管柱,施工成功率100%。该工艺适用于直井、大斜度井和水平井,具有良好的应用推广前景。     

超临界CO_2页岩气拖动压裂工具的研制

将超临界CO2注入气藏进行强化采气不仅可解决压裂淡水不足的问题,同时可缓解全球气温变暖。在分析超临界CO2页岩气拖动压裂工具开发难点的基础上,介绍了连续管多重连接器、连续管液压丢手、弹性扶正器、水力喷射器、套管接箍定位器及拖动封隔器的结构和性能特点,同时对胶筒和拖动封隔器分别进行了多次坐封试验及整机试验。试验结果表明,拖动封隔器的胶筒在初始坐封压力为20 k N的条件下能够承受50 MPa气压;拖动封隔器在地面CO2气密封试验中能重复承压10次,随着拖动次数的增多,只有初始坐封力逐步增大才能承受50 MPa气压。下一步应在拖动封隔器的胶筒配料及配方方面开展正交试验,以提高其承压能力和使用次数。     

K341型裸眼水平井压裂封隔器研制

在水平井分段压裂时,常规封隔器存在中途坐封和不能承受高的坐封压力的问题.研制了K341型裸眼水平井压裂封隔器,设计有防中途坐封机构,保证封隔器能可靠坐封.单流控制阀关闭机构使该封隔器在坐封时免受高压力作用.室内及现场试验表明:该封隔器坐封可靠、承压能力强,满足水平井分层压裂工艺要求.     

页岩油水平井连续管底封拖动压裂难点与对策

连续管拖动压裂作为页岩油藏压裂增产的主体工艺之一,为了解决长水平段水平井压裂改造过程中面临的连续管下入自锁、压裂封隔器坐封困难、喷射阶段封隔器频繁解封等难点。文章通过对连续管拖动压裂作业中摩擦系数实验测试、软件模拟工具受力分析和射孔过程套管回压精确计算等方法,针对连续管下入自锁问题提出了利用金属降阻剂和环空泵送压裂工具延长连续管下深的方法,针对压裂封隔器坐封困难问题采用环空泵送辅助封隔器坐封,通过精确计算射孔阶段需要控制的套管回压,有针对性地预防封隔器频繁解封的问题。现场实践表明,上述措施能有效解决水平段2 000 m以内的底封拖动压裂过程连续管技术难题,为后续鄂尔多斯页岩油规模化开发提供技术支撑。     

ZY341型可洗井自验封注水封隔器研制

为解决注水管柱所用封隔器存在验封困难的问题,研制了ZY341型可洗井自验封封隔器。该封隔器采用液压三级液缸坐封、上提油管解封;内、外中心管采取脱节式设计,解封力小;利用液体不可压缩原理设计的自验封机构可实现管柱内加压验封。试验和应用结果表明,封隔器的工作压差达到25MPa,配备高温胶筒后耐温可达150℃,解封力小于30kN。可为油田精细化注水作业提供可靠的封隔器。     

海上水平井砾石充填顶部封隔器研制与应用

顶部封隔器是水平井砾石充填管柱中最重要的组件之一。研制了一种新型顶部封隔器,该封隔器通径大(ф152.4 mm),采用C型单面齿锁环机构和双向卡瓦锚定来保证密封可靠性及降低管柱上下串动的风险。对新型顶部封隔器的卡瓦、锁环、上短节、芯轴、胶筒组等关键零部件进行了力学分析,均能满足要求。高温(165℃)高压室内坐封试验和上、下压试验表明,当加压至坐封压力19 MPa时,保压15 min,坐封正常完成;继续加压至46 MPa时,上、下压试验均能保压30 min;下入回取工具,将封隔器取出套管,胶筒及卡瓦均未损坏。利用新型顶部封隔器在陆上和海上3口井进行了现场试验,均圆满完成作业。新型顶部封隔器目前已成功应用100井次以上,可广泛应用于海上水平井砾石充填、简易防砂及相关技术领域。     

补偿式自验封分层注水管柱的研制与应用

补偿式自验封分层注水管柱由Y341—114型自验封封隔器、伸缩补偿器及配水器等组成。Y341—114型自验封封隔器采用了坐封机构和验封机构一体化设计，实现了封隔器坐封与验封同步完成；伸缩补偿器具有补偿注水管柱伸长及缩短的作用，使管柱的伸长与缩短对封隔器不产生影响，延长了封隔器的使用寿命。现场试验证明该分层管柱的密封性能好、使用寿命长，具有良好的经济效益和社会效益。     

高性能底封拖动分段压裂工具研制及试验

底封拖动分段压裂工具作为“三低”油气藏开发及低品位油气资源效益挖潜的一种利器,目前在国内油田大量推广应用取得了一定效果。但工具在长水平段中的作业性能难以满足油公司降本增效的需求。因此文章开展高性能底封拖动分段压裂工具研究,采用有限元模拟分析方法结合加工实际对喷嘴孔道参数、封隔器胶筒结构参数及卡瓦合金齿设计参数进行优化设计,数值计算结果表明喷嘴孔道长径比l/d,扩散角θ₁,收缩角α₁在最优设计参数时喷嘴射流效果最佳。坐封胶筒采用“M”形结构,内外壁应力集中处设计应力释放槽,胶筒坐封时内部应力及管壁接触应力改善明显。锚定单元轴向承压70 MPa时卡瓦硬质合金齿的嵌入倾角α<27°,突出高度h<1.5 mm时套管径向形变最小。室内测试及现场应用结果表明,优化改进后的喷砂射孔器过砂能力10 m³以上,封隔器胶筒反复坐封解封10次封隔压差70 MPa,作业管柱具备一趟管柱压裂10段以上的作业能力,能很好满足现场应用需求。