水平井分段壓裂可開關(guān)滑套的研制與應(yīng)用

羅 懿，周 勤

(中石化華北分公司，河南 鄭州 450006)

引 言

紅河油田為低壓、低孔、低滲油藏，采用常規(guī)方式開發(fā)效果不明顯，用水平井分段壓裂技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)油井的有效開發(fā)［1－6］。目前，該地區(qū)普遍采用預(yù)置裸眼封隔器+滑套的分段壓裂方式完井，但分段壓裂噴砂滑套壓裂后不能實現(xiàn)油管暢通，對單井測試以及生產(chǎn)有很大影響［7－10］。為此，研發(fā)了可開關(guān)壓裂噴砂滑套和相配套的打撈、開關(guān)工具，可實現(xiàn)打撈內(nèi)球座后油管全通徑，任意段可實現(xiàn)二次壓裂作業(yè);針對出水層位，外滑套可選擇性開關(guān)，實現(xiàn)水平井堵水和分段選擇性測試。

1 技術(shù)分析

1.1 工作原理

水平井分段壓裂可開關(guān)管柱主要由懸掛封隔器、裸眼封隔器、坐封球座、篩管引鞋以及低密度球配合使用，管柱結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 水平井分段壓裂工藝管柱

(1)壓裂過程。按照設(shè)計下入分段壓裂完井管柱，坐封各封隔器后，右旋90°起出鉆桿和丟手，下入壓裂管柱回接，左旋90°實現(xiàn)回接密封。打壓至設(shè)定壓力，壓差滑套打開，實現(xiàn)第1層壓裂施工;頂替時投球，球運行至相匹配的球座，坐穩(wěn)后帶動內(nèi)外滑套一體運動，露出滑套噴砂口，完成第2層壓裂施工。依此類推，完成所有分段壓裂施工。壓后放噴，液流帶動球運行至捕球器，測試求產(chǎn)。

(2)打撈內(nèi)球座。壓裂施工后，可下入內(nèi)球座打撈工具一次性打撈出全部內(nèi)球座。內(nèi)球座打撈工具和每個內(nèi)球座底部均設(shè)計有特殊卡槽，可受壓逐層卡緊連接成一體。下壓打撈工具，工具底部卡槽卡緊鎖死第1個內(nèi)球座頂部卡槽，帶動內(nèi)球座和外滑套連接的凸起鍵收縮，使內(nèi)球座從外滑套脫落并向下運動。繼續(xù)下壓工具，已脫落的第1個內(nèi)球座底部卡槽與第2個球座頂部接觸后卡緊鎖死，凸起鍵收縮，使第2只內(nèi)球座脫落。依此類推，所有內(nèi)球座脫落并卡緊連接成一體，上提打撈工具即可打撈出全部內(nèi)球座。

(3)開關(guān)外滑套。投球雙層滑套的外滑套部分有特殊設(shè)計的專用開關(guān)凹槽，與開關(guān)外滑套專用工具的外齒模塊尺寸相匹配。水平井分段壓裂完井后生產(chǎn)，如監(jiān)測到某段滑套生產(chǎn)時出水嚴重，即可實施外滑套開關(guān)作業(yè)。外滑套開關(guān)工具下入作業(yè)深度后，打壓并上下運動，如遇外滑套凹槽，外齒模塊凸起膨出，卡入外滑套凹槽，再下放或上提工具，實現(xiàn)開關(guān)外滑套作業(yè)。外滑套開關(guān)完成后，泄壓，強力彈簧帶動外齒模塊縮起回位，起出工具。

1.2 可開關(guān)滑套結(jié)構(gòu)

水平井分段壓裂開關(guān)滑套主要由投球雙層滑套、內(nèi)球座打撈工具和外滑套開關(guān)工具組成?？梢愿鶕?jù)地質(zhì)情況及分段壓裂的段數(shù)進行調(diào)整，滿足多種工況的分段壓裂施工，內(nèi)球座打撈以及層段開關(guān)，滿足地質(zhì)要求。

投球雙層壓裂滑套主要由上接頭、內(nèi)球座、外滑套、下接頭、密封圈和剪釘?shù)冉M成，主要功能為形成分段壓裂時噴砂通道和地層液流通道。結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 投球雙層壓裂滑套結(jié)構(gòu)示意圖

內(nèi)球座打撈工具主要由上接頭、外筒、打撈頭、密封圈等組成，主要功能為打撈投球雙層滑套內(nèi)球座。

內(nèi)球座打撈工具結(jié)構(gòu)見圖3。

圖3 內(nèi)球座打撈工具結(jié)構(gòu)示意圖

外滑套開關(guān)工具主要由上接頭、外筒、鎖緊機構(gòu)、強力彈簧、開關(guān)頭、密封圈等組成，主要功能為打開或關(guān)閉投球雙層滑套之外的滑套。結(jié)構(gòu)見圖4。

圖4 外滑套開關(guān)工具結(jié)構(gòu)示意圖

1.3 性能特點

(1)技術(shù)特點:①投球雙層滑套為雙層設(shè)計，外層滑套可自由開關(guān);②內(nèi)球座可由打撈工具一次性取出，實現(xiàn)全通徑;③任意段可實現(xiàn)二次壓裂作業(yè);④外滑套可選擇性開關(guān)，實現(xiàn)水平井堵水和分段選擇性測試;⑤?114.3 mm和?139.7 mm基管連接時最高壓裂段數(shù)達18段;⑥使用低密度、耐高壓壓裂球(密度1.4 g/cm3，抗壓420 MPa)。

(2)技術(shù)參數(shù):①適用于?152.4 mm以上的套管;②耐溫為150℃，耐壓差為70 MPa，打開壓差為11.5 MPa;③投球雙層滑套外徑為?145 mm，內(nèi)徑為?21～?62 mm，長度為777 mm;④內(nèi)球座打撈工具外徑為 ?95 mm，內(nèi)徑為 ?76 mm，長度為555～860 mm;⑤外滑套開關(guān)工具外徑為?95 mm，內(nèi)徑為?73 mm，長度為1575 mm。

2 現(xiàn)場應(yīng)用情況

2012年6月在 HH37P32、HH12P512口井使用可開關(guān)滑套裸眼封隔器分段壓裂施工，分別壓裂了6段和7段。其中HH37P32由于裂縫發(fā)育，進行解堵性壓裂。施工參數(shù)詳見表1。壓裂后實施滑套打撈，2口井共11只內(nèi)球座及低密度球全部帶出，成功率為100%。

典型井分析:HH37P32打撈過程，地面連接打撈工具(自下而上)為:打撈器?92 mm×0.77 m+變扣?79.7 mm×0.10 m+馬達頭總成?73 mm×0.79 m+變扣?79.7 mm×0.18 m+連接器?79.7 mm×0.24 m，工具總長為2.08 m。緩慢下放連續(xù)油管打撈工具至1800 m，用連續(xù)油管伴注液氮進行打撈，清水泵車排量為250～300 L/min，泵壓為16.1～31.8 MPa，液氮泵車排量為30～100 L/min，泵壓為25～31.7 MPa，在2195.66、2288.67、2360.00、2453.55、2556.84 m進行5級滑套打撈作業(yè)，加壓為2～4 t，上提力為11.5～17.5 t，5級滑套均成功打撈，提出打撈工具及5級投球滑套(包括4枚復(fù)合材料球)。實現(xiàn)了油管內(nèi)全通徑，對后續(xù)的生產(chǎn)不造成影響。

3 結(jié)論

(1)可開關(guān)滑套下入內(nèi)球座打撈工具，可一次性打撈出全部內(nèi)球座，實現(xiàn)完井管柱全通徑。

(2)可開關(guān)滑套外滑套有獨特凹槽設(shè)計，通過下入專用外滑套開關(guān)工具，可實現(xiàn)外滑套選擇性開關(guān)，達到水平井分段堵水或選擇性測試的目的。

(3)可開關(guān)滑套結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，打撈、開關(guān)可靠，壓裂后打撈內(nèi)滑套后油管全通徑，可滿足后期油氣藏重復(fù)改造以及測試要求，解決了水平井預(yù)置管柱分段壓裂的核心問題，市場前景廣闊，可以大力推廣。

［1］許建國，王峰，等.水平井滑套分壓工藝技術(shù)及現(xiàn)場應(yīng)用［J］.鉆采工藝，2008，31(S0):54－56.

［2］劉志斌，程智遠，等.BZ－60型無阻壓裂噴砂滑套的研制與應(yīng)用［J］.石油機械，2009，37(10):88－89.

［3］羅懿，鄧學(xué)峰，等.富縣淺層水平井中生產(chǎn)管柱下入可行性分析［J］.江漢石油職工大學(xué)學(xué)報，2012，25(3):39－41.

［4］Loyd East，Ron Willett，Multiple fracture stimulations in horizontal open—hole wells—the example of well boetersen Z9 Germany［C］.SPE50609，1998:21 －23.

［5］Jim Surjaatmadja.Multiple precision hydraulic fractures of low permeability horizontal open hole sand stone wells［C］.SPE84163，2003:9 －10.

［6］戴強，王申申，吳怡，等.適用于不同壓力體系儲層的分層完井技術(shù)［J］.特種油氣藏，2012，19(1):124－130.

［7］許建國，王峰，劉長宇.水平井滑套分壓工藝技術(shù)及現(xiàn)場應(yīng)用［J］.鉆采工藝，2008，31(S0):54－55.

［8］鄒皓.水力噴射壓裂關(guān)鍵技術(shù)分析［J］.石油機械，2010，38(6):69 －72.

［9］練章華.水平井完井管柱力學(xué)－數(shù)學(xué)模型的建立［J］.天然氣工業(yè)，2006，26(7):32 －34.

［10］劉志斌，等.BZ－60型無阻壓裂噴砂滑套的研制與應(yīng)用［J］.石油機械，2009，37(10):88－89.