氣田壓后油管全通徑關(guān)鍵工具的研制與應(yīng)用*

□ 韓永亮 □ 劉志斌 □ 詹鴻運(yùn) □ 周后俊 □ 任正軍 □ 宗慶偉 □ 秦詩(shī)濤

中國(guó)石油集團(tuán)渤海鉆探工程有限公司 工程技術(shù)研究院 天津 300280

1 研制背景

蘇里格氣田直井主要采用K344封隔器+滑套的壓裂方式,通過下入一次管柱可以實(shí)現(xiàn)分層壓裂、合層求產(chǎn)的目的。由于大部分氣井壓后直接將壓裂管柱作為生產(chǎn)管柱使用,且油管通徑受噴砂滑套球座內(nèi)徑的限制,壓后油管不能實(shí)現(xiàn)全通徑,因此影響后續(xù)排液采氣、沖砂、測(cè)試，無(wú)法進(jìn)行二次改造作業(yè)[1-4]。馬洪芬等[5]針對(duì)常規(guī)分兩層壓裂管柱不能實(shí)現(xiàn)油管暢通,影響后期測(cè)試效果的問題,研制了無(wú)阻噴砂滑套和工藝管柱,可實(shí)現(xiàn)分兩層壓裂，壓后油管無(wú)阻，方便后期測(cè)試。文獻(xiàn)[6]針對(duì)常規(guī)氣井三層壓裂管柱存在壓后鋼球停留在管柱內(nèi)，制約排液采氣效果的問題,研制了自帶無(wú)阻噴砂滑套的K344封隔器,可以實(shí)現(xiàn)全井筒無(wú)阻生產(chǎn)。劉輝等[7-8]針對(duì)非常規(guī)油氣藏對(duì)規(guī)模大、風(fēng)險(xiǎn)低、投產(chǎn)時(shí)間短、實(shí)現(xiàn)二次改造的技術(shù)需求,提出開展國(guó)產(chǎn)可溶橋塞和智能橋塞研制的必要性、迫切性。申志偉等[9]針對(duì)常規(guī)分壓技術(shù)井筒管徑受限的問題,研制了一種基于射頻識(shí)別技術(shù)的智能分段壓裂滑套控制系統(tǒng),可以實(shí)現(xiàn)對(duì)壓裂滑套開啟、關(guān)閉和壓裂級(jí)數(shù)的智能控制。

從以上研究?jī)?nèi)容可以看出,通過常規(guī)分層壓裂技術(shù)，只能實(shí)現(xiàn)兩三層壓后油管全通徑,無(wú)法滿足更多層壓裂施工要求。通過可溶橋塞或其它新技術(shù)，雖然可以實(shí)現(xiàn)全通徑、大規(guī)模和二次改造的技術(shù)需求,但是存在作業(yè)成本高、施工周期長(zhǎng)、技術(shù)不成熟等問題。筆者針對(duì)蘇里格氣田應(yīng)用K344封隔器+滑套分層壓裂技術(shù)壓后油管不能實(shí)現(xiàn)全通徑,影響后續(xù)作業(yè)的問題,通過應(yīng)用可溶金屬材料[10-11],研制了新型氣田壓后油管全通徑關(guān)鍵工具，包括噴砂滑套、滑套密封器和節(jié)流底閥。壓后可溶球，以及節(jié)流底閥、滑套密封器內(nèi)的可溶部分自動(dòng)溶解,不可溶部分脫離可溶部分的束縛，全部下行掉落至井底,最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)油管的全通徑,滿足后續(xù)作業(yè)的要求。

2 關(guān)鍵工具結(jié)構(gòu)與原理

2.1 噴砂滑套、滑套密封器

噴砂滑套是實(shí)現(xiàn)與地層連通的關(guān)鍵工具,主要由外筒、內(nèi)滑套、噴砂孔、銷釘和硫化橡膠密封圈等組成,如圖1所示。噴砂滑套通過與K344封隔器、滑套密封器配合使用,可以實(shí)現(xiàn)分層壓裂的目的?；酌芊馄饕话惆惭b在K344封隔器下部,既可以實(shí)現(xiàn)封堵下部油氣層,又可以保證K344封隔器的正常坐封?；酌芊馄髦饕赏馔病⒒鬃鶛C(jī)構(gòu)和可溶合金套等組成,如圖2所示。壓裂施工時(shí),向油管內(nèi)投入與噴砂滑套相匹配的可溶球。送球到位,憋壓剪斷銷釘,可溶球與內(nèi)滑套在壓力的推動(dòng)下下行,露出噴砂孔,對(duì)上部油氣層進(jìn)行壓裂。同時(shí)，可溶球與內(nèi)滑套繼續(xù)下行,穿過水力錨和K344封隔器,掉落到滑套密封器內(nèi),通過在內(nèi)滑套下端面設(shè)置的硫化橡膠密封圈與滑套密封器內(nèi)的滑套座機(jī)構(gòu)形成密封,實(shí)現(xiàn)對(duì)下部油氣層的封堵隔離。壓裂施工結(jié)束后,可溶球和滑套密封器內(nèi)的可溶合金套開始溶解,內(nèi)滑套與滑套座機(jī)構(gòu)脫離可溶合金套的束縛，下行掉落,保持油管的大通徑。

▲圖1 噴砂滑套結(jié)構(gòu)▲圖2 滑套密封器結(jié)構(gòu)

噴砂滑套技術(shù)參數(shù)如下:總長(zhǎng)為280 mm,承壓為70 MPa,耐溫為120 ℃,滑套開啟壓力為13 MPa～17 MPa,最大外徑為110 mm,內(nèi)滑套最小內(nèi)徑為27 mm,內(nèi)滑套最大內(nèi)徑為42 mm,壓后內(nèi)通徑為57 mm。

滑套密封器技術(shù)參數(shù)如下:總長(zhǎng)為250 mm,承壓為70 MPa,耐溫為120 ℃,最大外徑為95 mm,最小內(nèi)徑為43 mm,1%KCl溶液中初始溶解時(shí)間長(zhǎng)于72 h,1%KCl溶液中溶解時(shí)間短于7 d,壓后內(nèi)通徑為61 mm。

2.2 節(jié)流底閥

節(jié)流底閥是實(shí)現(xiàn)K344封隔器坐封和第一層壓裂施工的關(guān)鍵工具,主要由上接頭、節(jié)流閥芯、可溶合金套和下接頭等組成,如圖3所示。壓裂施工時(shí),通過節(jié)流閥芯變徑產(chǎn)生的節(jié)流壓差,可以實(shí)現(xiàn)K344封隔器坐封,同時(shí)通過節(jié)流閥芯通道實(shí)現(xiàn)對(duì)第一層的壓裂施工。壓裂施工結(jié)束后,可溶合金套開始溶解,節(jié)流閥芯脫離可溶合金套的束縛，下行掉落至井底。同時(shí)，噴砂滑套的內(nèi)滑套和滑套密封器的滑套座機(jī)構(gòu)也穿過節(jié)流底閥下行掉落至井底,實(shí)現(xiàn)整個(gè)油管的全通徑。

▲圖3 節(jié)流底閥結(jié)構(gòu)

節(jié)流底閥技術(shù)參數(shù)如下:總長(zhǎng)為230 mm,承壓為70 MPa,耐溫為120 ℃,最大外徑為95 mm,最小內(nèi)徑為30 mm,1%KCl溶液中初始溶解時(shí)間長(zhǎng)于72 h,1%KCl溶液中溶解時(shí)間短于7 d,壓后內(nèi)通徑為61 mm。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

壓后油管全通徑分層壓裂技術(shù)可以滿足一次管柱分七層壓裂施工。自關(guān)鍵工具成功研制以來,應(yīng)用該技術(shù)在蘇里格氣田共計(jì)完成十口井的現(xiàn)場(chǎng)施工,效果良好,并在已投產(chǎn)的三口井中進(jìn)行了鋼絲帶通徑規(guī)通徑作業(yè),確認(rèn)了油管的全通徑,同時(shí)也驗(yàn)證了關(guān)鍵工具溶解性能的可靠性。

3.1 壓裂施工管柱

某井完鉆井深為3 673.0 m,完鉆層位為太原組。氣層套管采用壁厚為9.17 mm、鋼級(jí)為N80的φ139.7 mm套管完井,壓裂方式采用φ73.02 mm外加厚油管注入。通過壓后油管全通徑分層壓裂管柱進(jìn)行三層分壓施工。第一層施工山2段88號(hào)、89號(hào)層,射孔井段為3 607.0～3 609.0 m。第二層施工山1段82號(hào)～84號(hào)層,射孔井段為3 576.5～3 578.5 m。第三層施工盒8段74號(hào)層,射孔井段為3 535.3～3 536.8 m。該井壓裂施工管柱結(jié)構(gòu)主要由安全接頭、水力錨、K344封隔器、噴砂滑套、滑套密封器和節(jié)流底閥等組成,如圖4所示。地層溫度分別為107 ℃、106 ℃和105 ℃。

▲圖4 壓裂施工管柱結(jié)構(gòu)

3.2 施工步驟

施工一般分為六步。

(1)打開套管閥門,以0.5 m3/min的排量正替一根油管容積的前置液后,迅速增大排量至1.2 m3/min。當(dāng)油套管壓差達(dá)到0.3～0.5 MPa時(shí),K344封隔器即完成坐封。

(2)關(guān)閉套管閥門,通過節(jié)流底閥進(jìn)行第一層壓裂施工。

(3)第一層施工完成后,油管內(nèi)投入與噴砂滑套1匹配的可溶球,加壓15 MPa。內(nèi)滑套下行,露出噴砂孔,同時(shí)可溶球與內(nèi)滑套一起下落至滑套密封器的滑套座上,實(shí)現(xiàn)對(duì)第一層的封堵,開始進(jìn)行第二層壓裂施工。

(4)重復(fù)步驟(3),完成第三層壓裂施工。

(5)施工結(jié)束后,可溶球，以及節(jié)流底閥、滑套密封器的可溶部分自動(dòng)溶解,不可溶部分脫離可溶部分的束縛,全部下行掉落至井底,最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)油管的全通徑。

3.3 小結(jié)

井壓裂施工管柱在井內(nèi)浸泡時(shí)間長(zhǎng)達(dá)2 d后才進(jìn)行壓裂施工,整個(gè)壓裂施工過程順利,施工壓力平穩(wěn),套壓穩(wěn)定,壓裂施工管柱及配套關(guān)鍵工具的耐溫、承壓、密封性能均良好,兩個(gè)噴砂滑套打開壓力顯示明顯?？傄毫繛?27.5 m3,總砂量為65 m3,施工排量為2.9～3.2 m3/min,最高施工壓力為70 MPa,最高砂比為27%。

歷時(shí)5 h順利完成三層壓裂施工,壓裂施工曲線如圖5所示。

▲圖5 壓裂施工曲線

4 結(jié)束語(yǔ)

氣田壓后油管全通徑關(guān)鍵工具的溶解時(shí)間可控,初始溶解時(shí)間長(zhǎng)于72 h,壓后可溶部分溶解時(shí)間短于7 d,不可溶部分脫離可溶部分的束縛，下行掉落至井底,最終整個(gè)油管全通徑可達(dá)57 mm。關(guān)鍵工具現(xiàn)場(chǎng)操作方便,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,耐溫、承壓和密封性能良好。氣田壓后油管全通徑關(guān)鍵工具配合全通徑分層壓裂技術(shù),不但繼承了K344封隔器+滑套分層壓裂技術(shù)的優(yōu)點(diǎn),而且能夠滿足一次管柱分七層壓裂施工,保證壓后整個(gè)油管的全通徑,為后續(xù)排液采氣、沖砂、測(cè)試、監(jiān)測(cè)產(chǎn)液剖面和二次改造作業(yè)提供了全通徑通道,實(shí)現(xiàn)氣田的低成本、高效開發(fā),具有良好的應(yīng)用推廣前景。