□ 韓永亮 □ 劉志斌 □ 詹鴻運 □ 周后俊 □ 任正軍 □ 宗慶偉 □ 秦詩濤

中國石油集團渤海鉆探工程有限公司 工程技術研究院 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現(xiàn)分層壓裂、合層求產的目的。由于大部分氣井壓后直接將壓裂管柱作為生產管柱使用,且油管通徑受噴砂滑套球座內徑的限制,壓后油管不能實現(xiàn)全通徑,因此影響后續(xù)排液采氣、沖砂、測試，無法進行二次改造作業(yè)[1-4]。馬洪芬等[5]針對常規(guī)分兩層壓裂管柱不能實現(xiàn)油管暢通,影響后期測試效果的問題,研制了無阻噴砂滑套和工藝管柱,可實現(xiàn)分兩層壓裂，壓后油管無阻，方便后期測試。文獻[6]針對常規(guī)氣井三層壓裂管柱存在壓后鋼球停留在管柱內，制約排液采氣效果的問題,研制了自帶無阻噴砂滑套的K344封隔器,可以實現(xiàn)全井筒無阻生產。劉輝等[7-8]針對非常規(guī)油氣藏對規(guī)模大、風險低、投產時間短、實現(xiàn)二次改造的技術需求,提出開展國產可溶橋塞和智能橋塞研制的必要性、迫切性。申志偉等[9]針對常規(guī)分壓技術井筒管徑受限的問題,研制了一種基于射頻識別技術的智能分段壓裂滑套控制系統(tǒng),可以實現(xiàn)對壓裂滑套開啟、關閉和壓裂級數(shù)的智能控制。

從以上研究內容可以看出,通過常規(guī)分層壓裂技術，只能實現(xiàn)兩三層壓后油管全通徑,無法滿足更多層壓裂施工要求。通過可溶橋塞或其它新技術，雖然可以實現(xiàn)全通徑、大規(guī)模和二次改造的技術需求,但是存在作業(yè)成本高、施工周期長、技術不成熟等問題。筆者針對蘇里格氣田應用K344封隔器+滑套分層壓裂技術壓后油管不能實現(xiàn)全通徑,影響后續(xù)作業(yè)的問題,通過應用可溶金屬材料[10-11],研制了新型氣田壓后油管全通徑關鍵工具，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、滑套密封器內的可溶部分自動溶解,不可溶部分脫離可溶部分的束縛，全部下行掉落至井底,最終實現(xiàn)整個油管的全通徑,滿足后續(xù)作業(yè)的要求。

2 關鍵工具結構與原理

2.1 噴砂滑套、滑套密封器

噴砂滑套是實現(xiàn)與地層連通的關鍵工具,主要由外筒、內滑套、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?、滑套座機構和可溶合金套等組成,如圖2所示。壓裂施工時,向油管內投入與噴砂滑套相匹配的可溶球。送球到位,憋壓剪斷銷釘,可溶球與內滑套在壓力的推動下下行,露出噴砂孔,對上部油氣層進行壓裂。同時，可溶球與內滑套繼續(xù)下行,穿過水力錨和K344封隔器,掉落到滑套密封器內,通過在內滑套下端面設置的硫化橡膠密封圈與滑套密封器內的滑套座機構形成密封,實現(xiàn)對下部油氣層的封堵隔離。壓裂施工結束后,可溶球和滑套密封器內的可溶合金套開始溶解,內滑套與滑套座機構脫離可溶合金套的束縛，下行掉落,保持油管的大通徑。

▲圖1 噴砂滑套結構▲圖2 滑套密封器結構

噴砂滑套技術參數(shù)如下:總長為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,內滑套最小內徑為27 mm,內滑套最大內徑為42 mm,壓后內通徑為57 mm。

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

2.2 節(jié)流底閥

節(jié)流底閥是實現(xiàn)K344封隔器坐封和第一層壓裂施工的關鍵工具,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,通過節(jié)流閥芯變徑產生的節(jié)流壓差,可以實現(xiàn)K344封隔器坐封,同時通過節(jié)流閥芯通道實現(xiàn)對第一層的壓裂施工。壓裂施工結束后,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，噴砂滑套的內滑套和滑套密封器的滑套座機構也穿過節(jié)流底閥下行掉落至井底,實現(xiàn)整個油管的全通徑。

▲圖3 節(jié)流底閥結構

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

3 現(xiàn)場應用

壓后油管全通徑分層壓裂技術可以滿足一次管柱分七層壓裂施工。自關鍵工具成功研制以來,應用該技術在蘇里格氣田共計完成十口井的現(xiàn)場施工,效果良好,并在已投產的三口井中進行了鋼絲帶通徑規(guī)通徑作業(yè),確認了油管的全通徑,同時也驗證了關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行三層分壓施工。第一層施工山2段88號、89號層,射孔井段為3 607.0～3 609.0 m。第二層施工山1段82號～84號層,射孔井段為3 576.5～3 578.5 m。第三層施工盒8段74號層,射孔井段為3 535.3～3 536.8 m。該井壓裂施工管柱結構主要由安全接頭、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 壓裂施工管柱結構

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。當油套管壓差達到0.3～0.5 MPa時,K344封隔器即完成坐封。

(2)關閉套管閥門,通過節(jié)流底閥進行第一層壓裂施工。

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

(4)重復步驟(3),完成第三層壓裂施工。

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

3.3 小結

井壓裂施工管柱在井內浸泡時間長達2 d后才進行壓裂施工,整個壓裂施工過程順利,施工壓力平穩(wěn),套壓穩(wěn)定,壓裂施工管柱及配套關鍵工具的耐溫、承壓、密封性能均良好,兩個噴砂滑套打開壓力顯示明顯。總液量為627.5 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 結束語

氣田壓后油管全通徑關鍵工具的溶解時間可控,初始溶解時間長于72 h,壓后可溶部分溶解時間短于7 d,不可溶部分脫離可溶部分的束縛，下行掉落至井底,最終整個油管全通徑可達57 mm。關鍵工具現(xiàn)場操作方便,結構簡單,耐溫、承壓和密封性能良好。氣田壓后油管全通徑關鍵工具配合全通徑分層壓裂技術,不但繼承了K344封隔器+滑套分層壓裂技術的優(yōu)點,而且能夠滿足一次管柱分七層壓裂施工,保證壓后整個油管的全通徑,為后續(xù)排液采氣、沖砂、測試、監(jiān)測產液剖面和二次改造作業(yè)提供了全通徑通道,實現(xiàn)氣田的低成本、高效開發(fā),具有良好的應用推廣前景。