李 才,王彥興,趙亞芬,胡振江

(大慶油田有限責(zé)任公司井下作業(yè)分公司工具廠,黑龍江大慶163112)

套損井噴砂器改進與現(xiàn)場試驗

李 才,王彥興,趙亞芬,胡振江

(大慶油田有限責(zé)任公司井下作業(yè)分公司工具廠,黑龍江大慶163112)

原套損井噴砂器不適用于規(guī)模較大的壓裂。分析了原套損井噴砂器在壓裂過程中出現(xiàn)的問題、原因及實例。對套損井噴砂器進行了結(jié)構(gòu)改進,通過對7口井的試驗,能夠滿足通徑>?108 mm套變井和加固井的壓裂要求。

套損井;噴砂器;改進;壓裂試驗

針對常規(guī)壓裂管柱無法通過套管變形點和加固管導(dǎo)致的變形點、加固管以下油層無法分層壓裂改造的問題,成功地研制了套損井壓裂管柱。噴砂器是套損井壓裂管柱的主要組成工具,其工作性能關(guān)系到管柱的適應(yīng)性,因此,結(jié)合外徑小的特點設(shè)計并完善了新結(jié)構(gòu)的噴砂器,已成功應(yīng)用了近百口井。但在2008-06壓裂西91-17井時,套損井噴砂器出現(xiàn)滑套打不下去的故障,經(jīng)分析是由于該井的施工排量和加砂量大所致,說明套損井噴砂器的適應(yīng)性還有一定的局限性。因此,根據(jù)套損井壓裂管柱的結(jié)構(gòu)原理[1]對套損井噴砂器進行改進,對保證套損井壓裂施工具有重要意義。

1 施工問題及原因分析

1.1 施工問題

西91-17井原設(shè)計采用55 MPa壓裂管柱壓裂3層,壓裂管柱下至最上部預(yù)壓層段內(nèi)遇阻,即在最上部預(yù)壓層段內(nèi)發(fā)生套管變形,最上部預(yù)壓層段棄壓后,改用套損井壓裂管柱對下部薩Ⅲ7-10和薩Ⅱ3-12二個層段進行重復(fù)限流法壓裂,壓裂前每層擠土酸2 m3,下入小直徑封隔器4級和套損井噴砂器A、B各1級。擠土酸后利用套損井噴砂器B對第1層薩Ⅲ7-10進行壓裂,施工最高壓力37 MPa,停注壓力36 MPa,施工排量3.2～3.8 m3/min,加砂9.5m3,施工正常。擠土酸投球采用套損井噴砂器A壓裂第2層薩Ⅱ3-12,憋壓16次,峰值壓力為34～39 MPa,持續(xù)時間28 min,無排量顯示,停止壓裂施工。提出壓裂管柱后發(fā)現(xiàn)鋼球坐在套損井噴砂器A滑塊上,但下滑套未動,打開工具發(fā)現(xiàn)方形滑塊被沖刷成楔形。

1.2 原因分析

結(jié)合套損井噴砂器A的結(jié)構(gòu)原理進行分析,在正常情況下,打入下滑套時鋼球坐在方形滑塊上(如圖1),液壓力作用下的軸向力大大超過徑向力,推動滑塊帶動下滑套剪斷滑套固定銷釘后下行,到達預(yù)定位置滑塊失去外支撐后退,鋼球下落到下級噴砂器內(nèi),實現(xiàn)打套動作。但是該井壓裂時將方形滑塊沖刷成楔形,鋼球坐在楔形滑塊上(如圖2),在液壓力作用下產(chǎn)生的徑向力遠遠大于軸向力,使滑塊卡于中心管內(nèi)壁上,無法將下滑套打到預(yù)定位置。方形滑塊變成楔形可能是因為在第1層壓裂過程中,由于3.2～3.8 m3/min的施工排量和9.5 m3的加砂量均超過通常的2.4 m3/min施工排量和6 m3加砂量,將滑塊沖刷成楔形。此外,該井鋼球到達楔形滑塊上產(chǎn)生的軸向力和徑向力之比發(fā)生變化,不能及時把下滑套打下去,含有壓裂砂的液體通過鋼球與下滑套之間的較小間隙時,形成流速很高的液流沖刷滑塊,加劇其楔形變化。

圖1 噴砂器滑塊磨損前打入滑套

2 結(jié)構(gòu)改進及工作原理

2.1 結(jié)構(gòu)改進

改進前的套損井噴砂器為雙滑套結(jié)構(gòu),滑套移動時不離開本級噴砂器,具有自封性。結(jié)合不動管柱分層壓裂的技術(shù)思路[2-3],改進后的套損井噴砂器為單滑套結(jié)構(gòu),打滑套時鋼球坐在滑套上(如圖3),在滑套和鋼球的上下壓差超過剪斷滑套固定銷釘壓力約8.7 MPa[4]時,即能準(zhǔn)確地完成打滑套動作,滑套下行離開本級噴砂器到下一級噴砂器中,對下一級噴砂器進行密封。

圖2 噴砂器滑塊磨損后打入滑套

圖3 噴砂器改進后打入滑套

2.2 工作原理

改進后的套損井噴砂器分為有滑套和無滑套2種形式,組配管柱時,有滑套的噴砂器在上,無滑套的噴砂器在下。改進后的壓裂管柱結(jié)構(gòu)如圖4。壓裂下部層段時,直接向管柱內(nèi)注入一定排量和壓力的壓裂液,無滑套噴砂器的中心管出液孔處于開啟狀態(tài),高壓液體經(jīng)過噴砂器的閥時,由于彈簧作用和過液通道的節(jié)流作用,在管柱內(nèi)和油套環(huán)空之間形成壓差,該壓差保證封隔器坐封。高壓液體經(jīng)無滑套噴砂器和油套環(huán)空進入下部預(yù)壓層段壓開裂縫,經(jīng)加砂、頂替完成下部層段的壓裂施工。在壓裂上部層段之前,向管柱內(nèi)投入一鋼球,鋼球在液壓力作用下打入有滑套噴砂器的滑套,使其中心管出液孔處于開啟狀態(tài),鋼球頂著滑套繼續(xù)下行落入無滑套噴砂器的中心管內(nèi),密封中心管出液孔。高壓液體經(jīng)打入滑套的噴砂器和油套環(huán)空進入上部預(yù)壓層段,壓開裂縫,經(jīng)加砂、頂替完成上部層段的壓裂施工。擴散后活動壓裂管柱,解封后提出壓裂管柱完成全部壓裂施工。

圖4 套損井分層壓裂管柱

3 改進前后對比

3.1 主要技術(shù)參數(shù)

對總長和最小通徑進行了改進,最小通徑由?37mm改為?33 mm,施工中產(chǎn)生的節(jié)流損失有所增加,但從目前壓裂設(shè)備的性能指標(biāo)來看,不會對壓裂施工產(chǎn)生影響。套損井噴砂器改進前后的主要技術(shù)參數(shù)如表1。

3.2 性能

改進前套損井噴砂器為雙滑套結(jié)構(gòu),打滑套時鋼球坐在滑塊上,在液壓力的作用下使滑套移動不離開本級噴砂器,鋼球繼續(xù)下行,噴砂器具有自封性。用該噴砂器組配壓裂管柱可不使用工作筒及其配套的堵塞器。改進后套損井噴砂器為單滑套結(jié)構(gòu),打滑套時鋼球坐在滑套上,在液壓力的作用下,鋼球頂著滑套下行離開本級噴砂器,落入下一級無滑套噴砂器的中心管內(nèi),對下一級噴砂器進行密封,具有打滑套動作準(zhǔn)確的特點。用改進后的噴砂器組配壓裂管柱時,需要在壓裂管柱上連接工作筒并配備相應(yīng)的堵塞器,以解決提出壓裂管柱時發(fā)生的反噴問題。

表1 套損井噴砂器改進前后技術(shù)參數(shù)

4 現(xiàn)場試驗

套損井噴砂器改進后已經(jīng)試驗7口井,使用有滑套噴砂器 7套、無滑套噴砂器 7套,成功率100%,對前3口試驗井進行了現(xiàn)場跟蹤,試驗數(shù)據(jù)如表2。

由表2看出,壓裂施工的最高壓力達到 38 MPa、最大加砂量達到 14 m3、最大排量達到 3 m3/min。改進后套損井噴砂器能夠滿足通徑>?108 mm套變井和加固井的壓裂要求。

表2 改進后的套損井噴砂器試驗數(shù)據(jù)

5 結(jié)論

1) 原套損井噴砂器的結(jié)構(gòu)存在問題是造成套損井壓裂施工不成功的原因。

2) 經(jīng)過7口井的現(xiàn)場試驗表明,改進后的套損井噴砂器強度適中,工作可靠,能夠滿足通徑> ?108 mm套變井和加固井的壓裂要求,為套損井壓裂提供了硬件支持。

[1] 王彥興,蘭中孝,張曉君.套損井壓裂管柱的研制[J].石油礦場機械,2006,35(6):90-92.

[2] 李興煜.不動管柱分層壓裂技術(shù)研究[J].石油礦場機械,2008,37(9):103-106.

[3] 劉文喜,張 鵬,韓 俠.井下工具的可靠性設(shè)計[J].石油礦場機械,2009,38(7):56-59.

[4] 蘇翼林.材料力學(xué):上冊[M].北京:高等教育出版社, 1979:50-53.

Improvement and Site Test of Sand-sprayer for Casing Damage Wells

LI Cai,WAN G Yan-xing,ZHAO Ya-fen,HU Zhen-jiang
(Tool Factory of Downhole Service S ub-company,Daqing Oilf ield Co.,Ltd.,Daqing163112,China)

Since the sand-sprayer was successfully developed,it has played an important role in the fracture of casing damage wells.With incessant use of the sand-sprayer we found that original sand-sprayer for casing damage wells was limited in larger dimension fracture.An example is adduced that the sand-sprayer for casing damage wells had a screw loose in fracture,analyses the reason why sand-sprayer had a screw loose,the configuration improvement of sand-sprayer for casing damage wells was presented,and an introduction to the property change of sand-sprayer around the improvement of sand-sprayer for casing damage wells was made.

casing damage wells;sand-sprayer;improvement;fracture test

TE934.2

B

2009-07-29

李 才(1961-),男,黑龍江通河人,工程師,從事井下工具研究工作,E-mail:Jx_licai@petrochina.com.cn。