張曉川

(中國(guó)石油大慶油田 采油工程研究院，黑龍江 大慶 163453)①

?

直井全通徑大排量多層壓裂工藝技術(shù)研究

張曉川

(中國(guó)石油大慶油田 采油工程研究院，黑龍江 大慶 163453)①

為了滿足大慶油田外圍低滲透扶楊油層開發(fā)的需要，針對(duì)現(xiàn)有壓裂工藝管柱節(jié)流損失大、排量低等問題，研究了直井全通徑大排量多層壓裂工藝技術(shù)；研制了液控可變徑全通徑壓裂噴砂封隔器，并進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。研究與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，該工藝可有效降低節(jié)流損失，實(shí)現(xiàn)大排量、無(wú)限級(jí)壓裂施工。研究成果不僅可以滿足低滲透儲(chǔ)層大規(guī)?？p網(wǎng)壓裂施工的需要，還可以提高施工效率、降低開發(fā)成本，具有較好的應(yīng)用前景。

封隔器；全通徑；壓裂；節(jié)流損失

大慶油田進(jìn)入開發(fā)后期，外圍低滲透扶楊油層已成為大慶油田開發(fā)的主戰(zhàn)場(chǎng)，該油層特低滲透占40 %以上。針對(duì)難采儲(chǔ)量，大規(guī)模壓裂初期試驗(yàn)已取得了較好的改造效果，試驗(yàn)18口井，其中葡扶區(qū)塊壓后初期平均單井日增油7.8 t[1-3]。但是還沒有與之相配套的壓裂工藝管柱，而目前的噴砂器滑套采用級(jí)差式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，施工中會(huì)產(chǎn)生較大的節(jié)流效應(yīng)，約36 %的能量損失在管柱的節(jié)流上，摩阻大，無(wú)法實(shí)現(xiàn)大排量施工，壓裂段數(shù)也受到限制[4]。研制了液壓式全通徑大排量壓裂工藝，通過全通徑大排量多層壓裂管柱，使多級(jí)噴砂器通徑相同，實(shí)現(xiàn)大通道(通徑大于?50 mm)，并研制了其關(guān)鍵工具——液控可變徑全通徑壓裂噴砂封隔器。

1　全通徑大排量多層壓裂管柱

1.1工藝組成與原理

全通徑大排量多層壓裂管柱主要由可縮徑全通徑壓裂噴砂封隔器、K344型壓裂封隔器、導(dǎo)壓噴砂器、安全接頭以及絲堵組成，如圖1所示。壓裂管柱采用全通徑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，液控球座變徑，每段投送壓裂球尺寸相同，突破常規(guī)球座級(jí)差限制，降低節(jié)流損失，實(shí)現(xiàn)大排量、無(wú)限級(jí)壓裂施工[5-6]。

該工藝管柱下入到預(yù)定位置后，地面高壓液體向油管內(nèi)加壓，通過全通徑導(dǎo)壓噴砂封隔器。壓裂上一層時(shí)，環(huán)空壓力通過封隔器導(dǎo)壓通道傳遞到下一層中的滑套中，使滑套中的可變徑球座收縮，做好投球打滑套準(zhǔn)備；壓裂本層位時(shí)，投球打開對(duì)應(yīng)層位滑套，進(jìn)行壓裂施工；其他層段依次類推，使用同一規(guī)格球能夠完成多段壓裂施工[7]。

圖1　全通徑壓裂工藝管柱示意

1.2技術(shù)參數(shù)

耐溫

120 ℃

工作壓力

70 MPa

變徑球座

?50 ～?46 mm

單體噴砂器最大過砂量

80 m3

管柱最小內(nèi)通徑

50 mm

排量

8 m3/min

2　液控可變徑全通徑壓裂噴砂封隔器

2.1結(jié)構(gòu)及原理

液控可變徑全通徑壓裂噴砂封隔器主要由上下接頭、滑套、節(jié)流嘴、導(dǎo)壓中心管、活塞、鎖環(huán)套、上下鋼碗及膠筒等組成，如圖2?？蓪?shí)現(xiàn)大通徑、無(wú)限級(jí)數(shù)壓裂，減少了管柱更換次數(shù)，施工效率提高1倍以上。

圖2　液控可變徑全通徑壓裂噴砂封隔器示意

壓裂施工時(shí)，液控可變徑全通徑壓裂噴砂封隔器下入井中指定位置，高壓液體從地面沿滑套上的割縫處進(jìn)入，通過導(dǎo)壓中心管上的坐封通道壓縮膠筒，使該工具坐封；同時(shí)高壓液體進(jìn)入導(dǎo)壓中心管的另一個(gè)導(dǎo)壓通道，使環(huán)空壓力傳遞到滑套中，使滑套中的球座形成縮徑。投球加壓后球座和滑套整體下行打開壓裂通道，進(jìn)行壓裂[8]。

2.2關(guān)鍵技術(shù)

2.2.1一體化全通徑導(dǎo)噴封隔器

全通徑導(dǎo)噴封隔器集封隔、噴砂、液控導(dǎo)噴和球座變徑于一體，如圖3所示。液控系統(tǒng)采用雙向橋式通道結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)變徑、坐封壓力有效傳導(dǎo)的橋式雙向4通道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，節(jié)省空間并確保大通徑；液壓通過液控系統(tǒng)坐封通道將壓力傳遞至膠筒，控制封隔器坐封，并通過縮徑通道將壓力傳遞至活塞，推動(dòng)球座下行擠壓形成球座，投球加壓后球座和滑套整體下行打開壓裂通道，進(jìn)行噴砂壓裂[9]。

圖3　一體化全通徑導(dǎo)噴封隔器結(jié)構(gòu)

2.2.2球座變徑結(jié)構(gòu)

設(shè)計(jì)了活塞位移式可變徑球座。球座采用彈簧爪結(jié)構(gòu)；材料選用彈簧鋼，表面鍍鉻，并滲碳處理，提高了工具的耐磨蝕性能，解決了大砂量條件下球座沖蝕磨損嚴(yán)重的問題，加砂施工前、后球座對(duì)比如圖4所示。球座不變徑時(shí)受磨蝕影響小、適應(yīng)性強(qiáng)、加砂規(guī)模大；變徑時(shí)啟動(dòng)壓力低，5 MPa即可完成縮徑動(dòng)作，縮徑后在70 MPa狀態(tài)下彈簧爪割縫處無(wú)位移變形，不滲不漏，大幅提升了球座縮徑的穩(wěn)定性。實(shí)現(xiàn)了大排量、大砂量施工改造要求，單層可加砂80 m3，全井可加砂800 m3(按10層計(jì)算)。

a　施工前

b　加砂后

2.2.3側(cè)壁徑向節(jié)流結(jié)構(gòu)

管柱采用側(cè)壁節(jié)流方式坐封全部封隔器。側(cè)壁節(jié)流噴砂器與常規(guī)導(dǎo)壓噴砂器相比具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、壓降損失小的特點(diǎn)，且側(cè)壁節(jié)流噴砂器將節(jié)流部位集成到側(cè)壁，有效地增加了管柱通徑，減少了壓力損失，有利于高排量施工[10]。

借助于Fluent模擬軟件，對(duì)全通徑側(cè)壁部分進(jìn)行了有限元分析，如圖5～6所示。由圖5～6可以看出，等面積節(jié)流嘴施工條件下，側(cè)壁噴砂器較常規(guī)導(dǎo)壓噴砂器壓降損失降低了2倍。

2.2.4擴(kuò)張式膠筒

原擴(kuò)張式膠筒尺寸長(zhǎng)，高壓長(zhǎng)時(shí)間施工后，膠筒殘余形變量大，上提管柱易卡管柱，同時(shí)膠筒內(nèi)徑尺寸小，無(wú)法滿足現(xiàn)場(chǎng)大排量施工要求，為此研制了擴(kuò)張式高溫高壓短膠筒。優(yōu)選強(qiáng)度更高的“鋼絲+芳綸簾線”，研制新型粘貼劑解決芳綸與橡膠的粘接性能差的問題，使膠筒內(nèi)部幾種不同材料的變形率趨于一致，解決膠筒工作時(shí)斷絲或斷線問題，同時(shí)提高了膠筒的承壓以及耐溫指標(biāo)。與原膠筒相比內(nèi)徑增大25 %，膠筒長(zhǎng)度縮短27 %，達(dá)到通徑大、尺寸短、易解封的目的，提高了膠筒性能指標(biāo)及工藝安全性。膠筒技術(shù)特點(diǎn)如下：

1)膠筒長(zhǎng)度僅為415 mm，內(nèi)徑?77 mm。尺寸小，易解封。

2)膠筒性能指標(biāo)達(dá)到耐溫120 ℃，承壓70 MPa。

3)最高壓力達(dá)到80 MPa，無(wú)泄漏，殘余變形最大4.6%，回收性能良好。

膠筒油浸試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1。

圖5　側(cè)壁節(jié)流噴砂器內(nèi)部壓降損失云圖

圖6　常規(guī)導(dǎo)壓噴砂器內(nèi)部壓降損失云圖

工具名稱溫度/℃浸泡時(shí)間/h壓力/MPa次數(shù)浸泡前外徑/mm試驗(yàn)后外徑/mm變形率/%K344?115型封隔器120　16　708081113　118．2　4．6　

3　現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

該壓裂工藝現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)5口井，施工成功率100%。以X-X井為例，單層加砂80 m3，全井加砂800 m3(共10層)，起出后對(duì)工具進(jìn)行檢查，無(wú)磨損，可滿足多段壓裂施工的要求。

4　結(jié)論

1)直井全通徑大排量多層壓裂工藝，多級(jí)噴砂器通徑相同，實(shí)現(xiàn)了大通道，滿足了外圍低滲透扶楊油層大規(guī)模縫網(wǎng)壓裂施工的需要。

2)該工藝可有效降低節(jié)流損失，實(shí)現(xiàn)大排量、無(wú)限級(jí)壓裂施工，施工排量可達(dá)8 m3/min。

3)擴(kuò)張式高溫高壓短膠筒提高了工具的內(nèi)通徑，工具可耐溫120℃、承壓70 MPa。

4)液控可變徑全通徑壓裂噴砂封隔器集封隔、噴砂、液控導(dǎo)噴和球座變徑多功能于一體，縮徑及密封效果好，為外圍低滲透油藏高效開發(fā)提供技術(shù)支持。

[1]高利軍.延安氣田西部深井壓裂工藝改進(jìn)及效果[J].山東工業(yè)技術(shù)，2015( 6)：77-78.

[2]賈振甲.固井滑套多層壓裂工藝在LS307井的應(yīng)用[J].石油地質(zhì)與工程，2014( 1)：118-120.

[3]蔣艷芳，何青，陳付虎，等.水平井固井完井分段壓裂工藝在紅河油田的應(yīng)用[J].重慶科技學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2015(1)：18-20.

[4]屈靜，劉斌.水平井全通徑分段壓裂工藝的研究和應(yīng)用[J].天然氣與石油，2014，32(5)：61-63.

[5]楊永青，王治華，王磊，等.無(wú)限級(jí)滑套壓裂新工藝在蘇里格氣田的應(yīng)用[J].鉆采工藝，2015(1)：62-63.

[6]戴文潮，秦金立，薛占峰，等.一球多簇分段壓裂滑套工具技術(shù)研究[J].石油機(jī)械，2014，42(8)：103-106.

[7]屈靜，劉斌.水平井全通徑分段壓裂工藝在川西氣田的研究和應(yīng)用[J].油氣井測(cè)試，2014(4)：69-70.

[8]蘇偉東，陳存慧，文果，等.壓裂改造儲(chǔ)層的平面均質(zhì)性評(píng)價(jià)方法及壓裂工藝探討[J].鉆采工藝，2014(5)：63-65.

[9]付佩.水平井壓裂液評(píng)價(jià)[J].遼寧化工，2015(10)：1226-1227.

[10]李艷麗.低滲油藏壓裂工藝研究與應(yīng)用[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2014(8)：161.

Research of Packers’ Same Inner Size & Large Displacement Multilayer Fracturing Technology in Vertical Wells

ZHANG Xiaochuan

(Production Engineering & Research Institute，PetroChina Daqing Oilfield，Daqing 163453，China)

The research of packers’ full bore & large displacement multilayer fracturing technology in vertical wells was researched in order to develop the low permeability Fuyang reservoirs in the periphery of Daqing Oilfield，which could get over the shortcomings of throttle loss and low displacement in the existing fracturing pipe strings.The fracturing sand jet packer，as the key tool，was designed and analyzed.The hydraulic pressure could change the packers’ inner size.Meanwhile，the field experiment was conducted successfully.The research and field application showed that the technology could effectively reduce the throttle loss to fulfill the large displacement and non-limited multi-layers fracturing operation.The research could not only perform the large-scale fracturing networks for developing the low permeability reservoirs，but also could improve the rig efficiency，reduce the development cost with favorable development prospects.

packers；full bore；fracturing；throttle loss

1001-3482(2016)10-0068-04

2016-04-14

大慶油田公司科研項(xiàng)目“特低滲透扶楊油層直井全通徑大排量多層壓裂工藝技術(shù)研究 ”( dqp-2013-cy-ky-002)

張曉川(1987-)，男，工程師，主要從事油氣藏改造技術(shù)研究和新技術(shù)推廣工作。

TE934.2

Bdoi：10.3969/j.issn.1001-3482.2016.10.016