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。     

基于ANSYS-CFD的滑套球座冲蚀分析

在水平井裸眼完井分段压裂技术工艺管柱中,投球开启自锁滑套的作用是分层控制开关,通过投球实现准确的分段开启,其安全可靠性能决定了分段压裂工艺的成败,关系到水平井压裂改造开发效果的好坏。研究了压力、砂流量、球座锥度对冲蚀的影响,给出了球座最佳的结构设计数据。     

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。     

水平井分段压裂可开关滑套的研制与应用

针对常规的水平井裸眼封隔器分段压裂管柱不能实现油管全通径,制约后期储层再改造、卡堵水以及单段测试的问题,研发了水平井分段压裂可开关滑套和相应的配套工具。该滑套由投球双层压裂滑套、内球座打捞工具和外滑套开关工具等组成,通过悬挂封隔器、裸眼封隔器、坐封球座、筛管引鞋及低密度球配合使用,可以根据地质状况及分段压裂的段数进行调整,可实现压裂后油管全通径,不影响后期措施及测试作业。红河油田2口井的现场应用表明,水平井分段压裂开关滑套结构简单、操作方便,很好地解决了多层段压裂、压裂后管内有阻碍影响后续生产等问题。     

可打捞分段压裂滑套球座打捞关键结构设计与试验

可打捞分段压裂滑套可在分段压裂作业后通过油管或连续油管下入专用打捞工具将各级滑套内部可打捞式球座一次性提出井口,实现管内全通径,便于后期下入工具进行二次改造或滑套开关。文章分析了可打捞分段压裂滑套球座打捞关键技术,设计高承载打捞机构、球座弹性分离机构、球座旁通循环冲洗机构、大间隙密封机构等关键结构,地面试验和入井试验表明滑套球座可顺利提出,验证了打捞的可靠性。     

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。     

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。     

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。功能试验表明,投入式球座可通过不同级别滑套,并实现同级别滑套打开。球座经过50次通过性能测试后,硫化橡胶与胶筒密封性能满足作业需要。     

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。     

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。     

水平井分段压裂与滑套球座冲蚀磨损研究

随着油气资源的不断开采对于那些储层物性好的油气藏越来越少,使得石油勘探开发转移到非常规油气上。水平井分段压裂技术在非常规油气开发过程中扮演着举足轻重的作用,很大程度提高了油气藏开采效益。其中水平井裸眼分段压裂技术中滑套球座冲蚀磨损的问题影响了分段压裂的效果,滑套球座冲蚀磨损所带来的问题直接影响到球座的密封性能,而密封性能是影响分段压裂作业成败的因素之一。因此在前辈的基础上概述滑套球座冲蚀磨损的相关因素与改进措施,从而为提高滑套球座的密封性能提供相应参考。     

一球多簇分段压裂滑套工具技术研究

多级滑套分段压裂工艺技术和泵送桥塞分段压裂工艺技术各自都存在应用局限,国外开发的一球多簇分段压裂滑套工艺技术能弥补现有技术的不足。简要介绍了一球多簇分段压裂工具技术的发展状况、工艺技术原理、工具功能结构,并对该工具设计及应用中的关键参数进行了设计计算。一球多簇分段压裂滑套工具能够通过投放1球实现多点压裂,形成足够多的裂缝连通储藏,从而提高油气采收率。簇式滑套是实现投放1枚憋压球开启多簇滑套的关键工具,而其独特结构的球座是实现该功能的关键部件。该工艺技术为非常规油气的高效开采提供了新的方法。     

新型无级差套管滑套及其应用

新型无级差套管滑套作为低渗油气藏、薄油层、页岩气和煤层气等非常规油气储层增产改造的关键工具,在油田增产增效方面具有较大的优势。主要介绍了国外无级差压裂技术配套的套管滑套的结构、原理与应用情况,阐述了其具有施工流程简单、费用低廉、压裂级数不受限制、管柱保持通径、生产后期可对滑套选择性关闭等诸多特点,以期为国内非常规油气藏的增产改造技术及配套工具研制提供参考与技术支撑。同时指出,无级差套管滑套国产化应着眼于工具结构可靠、工艺简单、耐高温高压、操作智能化等方向进行研究。     

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。     

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。     

水平井裸眼分段压裂酸化工具

水平井裸眼分段压裂酸化工具主要用于油井增产改造作业,它是采用机械封隔的方式将水平裸眼井段各储层分隔开来进行作业的,有效解决了水平井各层段均匀布液和改造的技术难题。工具包括裸眼封隔器、悬挂封隔器、投球滑套、压差滑套、回压阀、自封式坐封装置、回接密封插管、反打开循环滑套、高强低密球、磨铣器、捕球器等多种新型井下工具。现场应用证明:该工具具有通过性好、密封承压性能好、开启灵活可靠、安全性高等特点,增产效果显著。     

套管固井分段压裂滑套关键技术分析

套管固井滑套分段压裂技术是近年来兴起的一种储层改造技术,目前国外各大公司已经在该技术的研究上取得了较大进展。概述了套管固井滑套分段压裂技术的工艺原理,详细介绍了其关键技术,包括滑套打开方式、内套定位机构、密封方式、滑套包覆层技术和胶塞顶替技术,同时通过对各关键技术优缺点的对比分析,指出套管固井滑套应朝着高开关稳定性、高密封性能和高施工可靠性等方向发展。     

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。     

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。     

蜀南地区储层分段改造技术新进展及应用

２００９年以来,随着蜀南地区页岩气和致密气的开发,储层分段改造技术取得长足的进展。长宁、威远 页岩气分段压裂改造技术从最初的速钻桥塞＋喷砂射孔分段压裂技术发展到后来的免钻磨大通径桥塞分段压裂 技术,缩短了施工周期,还实现了关键装备（速钻桥塞）的国产化。在安岳气田和老区块部署的水平井,引入的裸眼 封隔器分段改造技术,从最初的加压座封封隔器发展到遇油膨胀封隔器,再到后期的可捞球座、可开关滑套裸眼封 隔器,解决了后期生产过程中修井和生产测井的问题。针对安岳大斜度井储层改造,试验了ＴＡＰ阀分段压裂技术、 复合桥塞分层＋“ＨｉＷＡＹ”压裂技术,取得成功,为今后蜀南地区页岩气和致密气藏的开发提供了技术储备。可回 收压裂液技术,实现了压裂液的循环利用,达到了节能减排的目的,是未来压裂液技术的发展方向。