套管滑套分層壓裂工具

張文星，張華光，任國富，趙廣民，胡開斌，薛曉偉，任　勇

(1.長慶油田分公司 油氣工藝研究院，西安 710018；2.低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實驗室，西安 710018)①

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套管滑套分層壓裂工具

張文星1，2，張華光1，2，任國富1，2，趙廣民1，2，胡開斌1，2，薛曉偉1，2，任勇1，2

(1.長慶油田分公司 油氣工藝研究院，西安 710018；2.低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實驗室，西安 710018)①

摘要：套管滑套壓裂工具是為滿足多層動用和單層大排量壓裂，提高單井產(chǎn)量而研發(fā)的工具。它是在充分調(diào)研國外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，以提高單井產(chǎn)量為核心，以大排量壓裂、保持壓后井筒完整性和可控開采為目標(biāo)。套管滑套分層壓裂工具耐溫120 ℃，耐壓70 MPa，獲國家發(fā)明專利2項，實用新型專利10項。已累計開展52口井現(xiàn)場試驗，起裂成功率96.3%，最大施工排量為12 m3/min，滿足了多層多段體積壓裂的技術(shù)需求，對提高單井產(chǎn)量具有重要意義。

關(guān)鍵詞：分層改造；套管滑套；大通徑；大排量

蘇里格氣田是一個典型的“四低”氣田，多層疊合特征明顯，經(jīng)濟(jì)、有效開發(fā)難度大。氣田縱向上普遍發(fā)育盒8、山1、山2等多套含氣層系，一井多層比例達(dá)80%以上。現(xiàn)場試驗結(jié)果表明，固井滑套壓裂技術(shù)可以減小甚至避免射孔等壓裂作業(yè)對儲層的傷害，降低完井成本，顯著提高儲層改造效率[1-2]。多層動用和大排量體積壓裂能有效發(fā)揮次產(chǎn)層貢獻(xiàn)進(jìn)而提高單井產(chǎn)量[3]。針對以上技術(shù)要求，開展了以套管分層壓裂為主的工具研制。

1技術(shù)分析

套管滑套分層壓裂技術(shù)采用套管滑套工具固井，套管注入，水泥環(huán)和堵塞器實現(xiàn)封隔的一種新型鉆完井、壓裂一體化技術(shù)[4-5]。與機(jī)械封隔、連續(xù)油管分層壓裂等常規(guī)分壓工藝相比，具有可選擇性開采、井筒完整性高、注入排量大等特點[6-7]。

1.1工作原理

套管滑套分層壓裂管柱主要由浮鞋、浮箍、套管滑套組成。浮鞋、浮箍、套管滑套等工具隨套管一起下入校深后固井，套管滑套位于儲層中部。壓裂時第1層采用常規(guī)射孔壓裂，第2層投球打開套管滑套壓裂端口，依靠壓力將水泥環(huán)和地層擠開，建立壓裂通道，完成壓裂施工，依次投對應(yīng)球座的球完成所有層改造后合層排液求產(chǎn)。

1.2作用和用途

套管滑套分層壓裂工具主要用于固井條件下，套管大排量分層壓裂，并可滿足后期重復(fù)改造、修井和選擇性開關(guān)目的層等作業(yè)需求。套管滑套分層壓裂工具主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1　套管滑套工具主要技術(shù)參數(shù)

1.3工具結(jié)構(gòu)

套管滑套(如圖1)主要由上接頭、筒體、球座 滑套芯子、剪釘、鎖環(huán)、端口保護(hù)罩、密封圈、固定銷釘、下接頭等組成。其特征在于上接頭、筒體、下接頭由螺紋連接在一起，并通過固定銷釘固定；端口保護(hù)罩套在筒體和上接頭上，并通過上接頭固定銷釘固定，端口保護(hù)罩內(nèi)填充有耐高溫固體油脂，防止固井過程中水泥進(jìn)入端口，影響滑套芯子的開啟和壓裂；滑套芯子裝在筒體內(nèi)，通過剪釘固定；球座裝在滑套芯子內(nèi)，螺紋固定；通過投球產(chǎn)生的推力剪斷滑套芯子剪釘，滑套芯子下移，露出端口擠開水泥環(huán)和地層壓裂；滑套芯子內(nèi)置開關(guān)槽，用于關(guān)閉滑套；鎖環(huán)主要防止滑套意外關(guān)閉。

圖1　套管滑套

2室內(nèi)評價試驗

2.1強(qiáng)度試驗

為了驗證工具各項設(shè)計性能指標(biāo)是否滿足要求，對套管滑套工具進(jìn)行承內(nèi)壓，滑套開啟及鎖環(huán)解鎖力等的室內(nèi)模擬試驗，試驗結(jié)果如表2所示。

表2　套管滑套設(shè)計與試驗數(shù)據(jù)對比

2.2起裂物模擬試驗

為了驗證固井水泥環(huán)對不同面積壓裂端口起裂的影響程度，進(jìn)行了模擬試驗[8]，試驗結(jié)果如表3所示。

表3　端口面積與起裂壓力對比

從試驗結(jié)果看，端口面積越大，起裂壓力越低，因此，工具設(shè)計時，在滿足工具性能的前提下，盡可能增加端口面積。

3現(xiàn)場試驗

圖2　引進(jìn)工具和自主工具起裂對比

圖3　射孔和固井非射孔起裂壓力對比

4結(jié)論

1)套管滑套工藝具有施工排量大、鉆后全通徑及可選擇性開采的特點，解決了常規(guī)機(jī)械封隔器分壓改造的不足，為后期生產(chǎn)和作業(yè)提供了良好的井筒條件。

2)實現(xiàn)在固井非射孔條件下直接投球進(jìn)行分層改造。

3)研發(fā)了壓裂端口保護(hù)機(jī)構(gòu)，避免了固井雜質(zhì)對滑套開啟的影響，并使得端口與水泥環(huán)接觸面積，平均起裂壓力比國外同類工具降低10 MPa，而射孔起裂壓力高5～10 MPa。

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Layered Fracturing Tool of Cementing Sleeve

ZHANG Wenxing1，2，ZHANG Huaguang1，2，RE Guofu1，2，ZHAO Guangmin1，2，HU Kaibing1，2，XUE Xiaowei1，2，REN Yong1，2

(1.OilandGasTechnologyResearchInstitute，ChangQingOilfieldCompany，Xi’an710018，China；2.NationalEngineeringLaboratoryforExplorationandDevelopmentofLow-PermeabilityOil&GasFields，Xi’an710018，China)

Abstract：Improving output of single well is effective of multi layer and single volume-fracturing.Cementing sleeve is researched that the goal of large displacement fracturing，wellbore integrity and controllable mining On the basis of full research on foreign advanced technology.The cementing sleeve is bearing temperature 120 ℃ and pressure 70 MPa.It won the national invention patents 2 and utility model patents 10.It carried out 52 field test，the success rate of 96.3%，maximum displacement 12 m3 per minute，average gas output is 1.2 times of the adjacent wells.It has important significance to improve the yield of single well，and has a broad market demand scale and promotion potential.

Keywords：layered reconstruction；cementing sleeve；large inner diameter；large displacement

中圖分類號：TE931.2

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1001-3482.2016.03.019

作者簡介：張文星(1973-)，男，工程師，碩士，現(xiàn)從事井下工具研發(fā)工作，E-mail：zwenx_cq@petrochina.com.cn。

收稿日期：①2015-09-01 中石油集團(tuán)公司科技項目“油氣藏儲層改造技術(shù)重大現(xiàn)場攻關(guān)試驗”(2012FCGYLGZ002)

文章編號：1001-3482(2016)03-0081-03