遇水自膨胀封隔器在水平井分段压裂中的应用

鉴于目前国内自膨胀封隔器仅用于分层堵水和辅助固井、完井等低压作业的现状,针对裸眼水平井分段压裂工艺开发了φ144 mm遇水自膨胀封隔器,用于替代常规封隔工具进行裸眼段的环空封隔作业。介绍了该种封隔器的结构特点和主要技术参数,分析了其应用于裸眼分段压裂的关键技术,并进行了室内试验验证。2012年6月开始在中石化华北分公司红河油田对φ144 mm遇水自膨胀封隔器进行现场试验,共进行了6井次的裸眼水平井分段压裂施工,单井最多下入遇水自膨胀封隔器7套,最高施工压力64 MPa。对2口重点井的施工过程进行了详细介绍和分析。试验结果表明,φ144 mm遇水自膨胀封隔器能满足裸眼水平井分段压裂施工要求,下入安全,可实现油井的有效封隔。     

页岩气藏水平井分段压裂管柱技术探讨

介绍了我国页岩气藏与美国页岩气藏的差异,以及美国页岩气藏压裂技术的应用情况,借鉴国外页岩气藏水平分段压裂技术,并结合我国页岩气藏的实际情况,提出了裸眼水平井分段压裂管柱、双封隔器单卡分段压裂管柱、多级桥塞分段压裂管柱和环空封隔器分段压裂管柱,分析了各压裂管柱的结构、工作原理、技术特点及其技术关键。最后指出,应针对不同井况采用不同的工艺管柱。     

致密气藏水平井多级多段压裂新技术及应用

XC气田JS气藏是川西侏罗系低渗致密气藏的典型代表,为使难动用储量通过水平井技术得到经济有效的开发,试验探索了不同钻井方式、不同完井方式、不同改造方式下的增产效果,并最终认为套管封隔器分级压裂是提高水平井效果的必须技术。但是随着产能对水平井分段数逐步提高的需求,由于滑套极差等因素影响,在139.7mm套管内分段数仅能达到7～10级。针对该情况,通过在封隔器分级压裂的每级间采用限流压裂工艺,提出了水平井多级多段压裂新技术,该技术能在现有技术的基础上有效提高了水平井的分段压裂数。水平井多级多段压裂新技术在XC气田JS难动用储量层实施8口井,平均单井获得天然气无阻流量19.4846×104m3/d,是邻井直井压裂增产的7.97倍,是以往封隔器常规分段压裂效果的1.9倍,增产效果明显提高。该技术在采用较少封隔器的情况下可以提高水平井分段数,而不会增加井下工具成本,同时可以降低施工风险。目前该技术在水平井中已经实现了15段的分段数,通过该技术的应用,139.7mm套管内水平井的分段数可由目前的7～10段提高到20～30段,该新技术的应用将对水平井开发非常规天然气技术提供有益的参考。     

页岩气水平井套管变形影响段分段压裂工艺研究及现场试验

页岩气水平井压裂多采用泵送桥塞分段压裂工艺,如遇套管变形则桥塞不能泵送至设计位置,将导致变形段以下未改造井段不能按照设计方案进行改造。四川盆地长宁、威远区块页岩气水平井压裂约有30%的井都发生了不同程度的套管变形。早期对于发生套管变形后不能改造的井段一般就放弃了施工,造成页岩气井控资源量不能有效动用,对压裂效果也产生了较大的影响。页岩气水平井压裂套管变形机理复杂、影响因素多、变形时机难以预测,探寻套管变形影响段的分段改造工艺尤为重要。为此,针对套管变形井试验了缝内砂塞分段压裂和暂堵球分段压裂工艺:(1)缝内砂塞分段压裂采用单段射孔、单段压裂方式施工;(2)暂堵球分段压裂采用一次射孔,连续压裂投球分段方式施工。并在此基础上对比了上述两种工艺的优缺点,开展了现场试验。现场施工过程中的压力响应、邻井压力监测、微地震监测等数据均表明:上述两种工艺均成功地实现了对套变影响段的有效改造,实现了页岩气井控储量的有效动用,确保了压裂效果。     

连续油管喷砂射孔套管分段压裂新技术的现场应用

随着我国逐步对致密气藏、页岩气藏等非常规油气藏实施勘探开发,压裂增产技术也逐步呈现大规模、多段分段压裂的趋势。连续油管带封隔器套管分级压裂技术是目前国外较新研发的一种既能实现大规模改造,又能达到分层压裂、精细压裂的一种新型分级压裂技术。这一技术通过连续油管结合带封隔器的喷射工具,利用封隔器的多次上提下放坐封解封达到不限次数多级压裂的目的;通过连续油管喷砂射孔、套管进行主压裂,可实现较大规模改造;通过连续油管的精确定位,可对储层纵向上的多个薄互层进行灵活分层,进而达到精细压裂的目的。为此,详细阐述了连续油管带封隔器环空分级压裂的工艺技术特点以及这一技术在国内四川盆地HC井区首次现场应用情况,并对HC-A井施工过程进行了计算和分析。事实证明,连续油管带封隔器环空分级压裂、作业周期短、分层灵活精细、封隔可靠且施工后井筒清洁,可直接多层测试投产的新型压裂技术。为我国致密气藏、页岩气藏的多级分段改造提供了新的且行之有效的解决手段。     

页岩气水平井完井压裂技术综述

页岩气藏是一种超低渗透非常规储藏,水平井完井和压裂技术是页岩气获得工业性开发的关键。综述了几种页岩气水平井的完井方式,包括笼统压裂完井、限流压裂完井、套管固井多级压裂和裸眼多级压裂完井,揭示了裸眼井多级压裂具有更优的增产特性,介绍了减阻水压裂相关的液体体系、支撑剂和施工工艺,指出我国在今后的页岩气开发中应加强水平井裸眼多级压裂技术的研发。     

国内外页岩气勘探开发技术研究现状及进展

页岩气是二十一世纪潜力巨大的非常规天然气资源,可以作为常规能源的重要补充,能够有效地缓解世界能源压力。页岩气开采对于中国来讲既是机遇又是挑战。页岩气存储于泥页岩中,具有自生、自储、自保的特性,且每个页岩气藏都其自身勘探开发的特性。国外页岩气开发正处于发展阶段,先后经历了直井、单支水平井、多分支水平井、丛式井、PAD水平井钻井的发展历程,水平井及欠平衡钻井技术的应用加速了页岩气的开发进程,页岩气固井主要采用泡沫水泥固井技术,完井方式以套管固井后射孔完井为主。在增产方面,采用了大型水力压裂技术,包括清水压裂、直井压裂、水平井分段压裂、重复压裂和同步压裂等,并对裂缝进行实时监测以提高采收率。     

自膨胀封隔器技术在完井作业中的应用

自膨胀封隔器是近几年来分段完井工具的研究热点,它是以遇油或者遇水膨胀橡胶作密封材料,通过与井眼内液体接触胀封实现充填环空的。通过分析自膨胀封隔器相对于常规裸眼封隔器的技术特点,论述了其技术研究过程中的关键技术。针对水平井小井眼裸眼完井、智能完井以及筛管分段完井中常规工艺以及技术的不足,探讨了自膨胀封隔器在国外分段完井作业中的应用效果,为自膨胀封隔器技术的深入研究和国内的应用推广起到了促进作用。     

页岩气井多级压裂过程中地应力变化对套管载荷的影响

近年来,页岩气水平井多级压裂过程中的套管变形问题日渐突出,导致后续压裂施工发生大量丢段、弃段,严重影响了页岩气井产量.考虑到页岩气井变形点普遍分布在套管跟端位置,因此认为多级压裂过程中的应力累积可能是导致套管变形的主要原因,针对该观点对多级压裂过程中的近井筒地应力变化规律及其对套管载荷的影响展开研究.首先,统计分析了威...     

套管封隔器分段压裂管柱遇卡原因分析及解决方案

为了降低套管封隔器分段压裂的施工风险,解决压裂结束后套管封隔器分段压裂管柱上提易遇卡的问题,以某区块一口水平井的套管封隔器分段压裂为例,从压裂管柱上提时的载荷、上下活动距离和返排液性质等特征因素入手,详细分析了该井前3段压裂后压裂管柱上提遇卡的原因,并制定了解卡措施,压裂管柱顺利解卡。为防止后续6段压裂再出现压裂管柱上提遇卡的情况,对套管封隔器分段压裂管柱进行了优化,采用优化后的压裂管柱顺利完成了该井后续6段的压裂,且压裂管柱全部安全顺利起出。该井处理套管分段压裂管柱上提遇卡的方法和制定的措施及优化的压裂管柱,为今后类似问题的处理和压裂管柱的优选提供了借鉴。      

基于复合材料桥塞的水平井套管分段压裂技术

介绍了基于复合材料桥塞的水平井套管完井分段压裂工艺管柱结构、工艺过程和关键技术。阐述了该工艺管柱中关键部件——复合材料桥塞和电缆坐封工具的结构、工作原理及性能特点。现场应用情况表明,复合材料桥塞可正常坐封丢手,射孔发射率100%,平均每个复合材料桥塞钻铣时间为30 min,达到国外标准;水平井套管分段压裂管柱结构合理,工艺优良,性能可靠,能够满足页岩气水平井射孔压裂联作的分段完井要求。建议进一步优化钻铣复合材料桥塞工艺和工具,扩充桥塞尺寸规格,使其形成系列化,以满足油田不同规格套管的需求。     

插管封隔悬挂器在镇泾油田分段压裂中的应用

针对国产悬挂器存在环空封隔压力低,不具备双向锚定能力以及坐封载荷大等问题,对常规插管封隔悬挂器的结构进行了优化设计。通过增大工具内径,保证了压裂作业中大直径憋压球的顺利通过,从而使得分段压裂工具的可压裂级数不受限制;同时增设了双级液缸坐封机构,配套了插入锁紧密封装置。改进后的插管封隔悬挂器可实现对压裂管柱的双向锚定及尾管重叠段环空70 MPa的封隔能力。现场应用结果表明,大通径插管封隔悬挂器可以有效实现压裂完井管柱的送入及双向锚定,并可实现对尾管顶部重叠段环空的高压封隔。     

水平井井下分注工艺管柱的研制及应用

针对国内外水平井注水技术还处于探索阶段,国内部分油田未能根据层段内非均质性来考虑进行分段注水的问题,展开了水平井分注工艺技术的研究工作。研发的水平井井下分注工艺管柱主要由套管保护封隔器、水平井扶正器、逐级解封洗井器、水平井注水封隔器、水平井井下分注器以及水平井底阀等组成。吉林油田现场应用表明,水平井井下分注工艺管柱能实现水平井井下有效分段注水,可应用于水平井、斜井、直井分注等工艺中。     

压采一体化工艺在东胜气田小井眼定向井中的试验应用

东胜气田锦58井区纵向发育多套气层,前期采用水平井预制管柱裸眼封隔器压裂工艺建产,导致部分气层未得到动用,且剩余气分布零散。为实现低成本开发剩余气,采用小井眼定向井开发,φ114.30 mm套管固井完井,优化形成小井眼压采一体化工艺技术,即压裂管柱和生产管柱为一体化。通过封隔器及滑套喷砂器优化设计,单趟管柱最高可改造4层。现场应用表明,东胜气田锦58井区采用压采一体化管柱压裂9口井,施工成功率100%,压裂后平均日产气1.98×104 m3,取得了较好的效果。     

复杂工况油套管柱失效控制与完整性技术研究进展及展望

随着对深层碳酸盐岩、新区、页岩等油气勘探开发力度的加大,油气田的地层条件和介质环境变得更为苛刻复杂,油套管柱变形、泄漏、腐蚀、挤毁、破裂等失效事故时有发生;加上特殊结构井和特殊工艺井、特殊增产改造措施等对油套管柱提出的新要求,油套管柱面临着一系列新的挑战和难题需要破解。为此,围绕我国石油天然气工业增储上产的迫切需求和深井超深井、特殊结构和特殊工艺井、强酸/大排量高压力反复酸化压裂增产改造等复杂工况油套管柱失效频发的技术难题,历经十余年攻关,取得了一系列试验研究进展与重要技术成果,主要包括:(1)形成了基于气井全生命周期的油套管腐蚀选材评价、腐蚀控制和油套管柱完整性技术;(2)形成了油套管柱螺纹连接结构和密封可靠性设计评价及配套技术;(3)研发并形成了低渗透致密气井经济高效开发“API长圆螺纹套管+CATTS101高级螺纹密封脂”套管柱技术;(4)建立了高温高压等复杂工况油套管柱结构和密封完整性试验平台和评价技术。进而根据当前国家大力提升油气勘探开发力度的新要求和面临的新问题,提出了继续深入开展深层、酸性环境、页岩气等复杂工况油套管柱失效控制与完整性研究攻关的若干建议。结论认为,上述技术成果有力地支撑了我国重点油气田的经济有效开发。     

基于液压转换装置的电缆分级射孔技术

电缆分级射孔是应用于油气井分段射孔的技术,特别适用于大井段水平井的射孔开发。介绍了分级射孔技术的发展现状。分级射孔采用多级枪串结构,多芯电缆输送式射孔方式,通过地面监测,分级起爆射孔枪。根据中国生产现状,提出利用液压转换装置实现电缆分级射孔;枪串连接投送器以及桥塞,实现分段坐封。该技术满足了分级射孔技术国产化的要求,可应用于页岩气井的射孔、坐封、分段压裂等。     

元坝气田HF-1陆相深层页岩气井分段压裂技术及效果

陆相深层页岩储层的改造难度比普通浅层页岩储层更大,其主要的改造措施是以水平井加上大型分段压裂为主。元页HF-1井便是四川盆地元坝气田的1口陆相超深页岩气水平探井,完钻斜深4 982m,垂深3 661.80m。为此,在分析陆相超深页岩储层改造技术难点和试验研究的基础上,优选出一套适用于本井储层改造的技术方案:采用自主研发的复合压裂液和压裂工艺技术,进行大排量、高砂比、大砂量、多级可钻式桥塞封隔分段压裂改造。除第一段采用连续油管射孔、光套管压裂外,后续各段均采用地面泵送"电缆+射孔枪+可钻桥塞"工具串,入井至预定位置,电缆点火座封、桥塞丢手后上提射孔枪至射孔位置进行射孔,随后进行分段压裂,施工结束后快速钻掉桥塞进行测试。现场实践结果表明:超深页岩气储层压裂达到了"一天两段压裂"的目的,刷新了施工排量最大、单段加砂量最大、平均砂比最高、钻塞时间最短等17项国内页岩油气井压裂作业施工技术指标。该井的储层改造成功为以后国内深层页岩气水平井实施大型分段压裂改造积累了技术及现场施工经验。     

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。     

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。