平恩順 王林 解同川 王志民 劉松 滕俊男 張磊

(中國石油集團渤海鉆探工程有限公司井下技術服務分公司)

0 引 言

隨著頁巖油、致密油等低滲透油藏的勘探開發(fā)，泵送橋塞射孔聯(lián)作體積壓裂技術得到廣泛應用[1]。目前非常規(guī)光套管壓裂井放噴后，關井壓力高，常規(guī)完井工藝采用壓井液壓井，壓井完成后上修井機進行完井作業(yè)，存在污染儲層和降低壓裂效果的問題。另外，采用帶壓作業(yè)裝置下泵完井不僅成本較高，施工周期長，而且存在不能下入電泵完井作業(yè)的局限。

楊康敏等[2]研制了液控找堵水開關器及配套管柱，可實施不動管柱多級分層找水和堵水等工藝；王子健等[3]研制了井下開關滑閥及配套的連續(xù)管傳送井下控制工具，形成了連續(xù)管水平井找堵水作業(yè)技術；孫丕昊等[4]針對油井檢泵作業(yè)地層壓力較大的情況，研制了液控式修井井下開關；王玲玲等[5]介紹了高壓油井免帶壓作業(yè)的檢泵技術，研制了配套的相關工具，但并未指出關鍵工具一旦遇堵如何保持連續(xù)生產(chǎn)的問題。

以上研究成果均未明確解決套管壓裂后如何帶壓完井的問題[6-11]。鑒于此，本文研究了套管壓裂后完井過程中的不壓井作業(yè)工藝技術，不僅研究了不壓井作業(yè)工藝管柱及主要施工步驟，還詳細介紹了配套工具的結構、原理和主要技術參數(shù)，形成了適用于光套管壓裂井不壓井的完井工藝技術；不僅實現(xiàn)了使用修井機下泵或后期小修檢泵作業(yè)時的不壓井作業(yè)，而且滿足了低成本不壓井完井工藝技術的需要，有效避免了壓井液壓井，對油層無污染，保證了壓裂效果，同時降低了作業(yè)成本，施工周期明顯長于常規(guī)帶壓作業(yè)工藝。該工藝不僅適用于有桿泵完井工藝，還適用于電泵完井工藝，具有良好的推廣應用前景。

1 不壓井完井工藝技術

1.1 完井工藝管柱

套管壓裂井不壓井完井工藝管柱主要由連續(xù)管、坐封工具、通孔橋塞、滑套閥、壓控開關閥、尾管(包括篩管)和絲堵等組成[12-13]，其結構示意圖如圖1所示。

1—連續(xù)管+坐封工具；2—通孔橋塞；3—滑套閥；4—壓控開關閥；5—尾管(包括篩管)；6—絲堵；7—空心光桿；8—防噴盒；9—井口四通；10—?73 mm加厚油管；11—?22 mm H級桿；12—?19 mm H級桿；13—?28 mm加重桿；14—?38 mm等徑防砂泵；15—?73 mm平式油管；16—通孔橋塞及以下工具串。

連續(xù)管下入工具串后可暫閉油層，通過通孔橋塞、滑套閥與壓控開關閥三者之間的有效配合，調(diào)控采油的流通通道，保證井口處于安全受控保護狀態(tài)，避免壓井液壓井，使油層不受壓井液污染，實現(xiàn)了油井壓裂后不壓井完井作業(yè)。

1.2 施工步驟

套管壓裂井不壓井完井工藝的主要施工步驟如下。

(1)連續(xù)管沖砂，通井，刮削，熱洗井。

(2)在井口帶壓狀態(tài)下，下入連續(xù)管工具串：連續(xù)管+鉚釘連接器+單流閥+安全接頭+扶正器短節(jié)+坐封工具+通孔橋塞+滑套閥+壓控開關閥+尾管(包括篩管)+絲堵。

(3)上水泥車，通過連續(xù)管正加壓20 MPa坐封通孔橋塞并脫手，上提連續(xù)管工具串，下放連續(xù)管工具串復探通孔橋塞。

(4)復探通孔橋塞位置無誤后，上提連續(xù)管工具串。打開套管閥門，觀察溢流情況，如無溢流顯示，則說明通孔橋塞坐封情況良好。至此完成封閉油套環(huán)空的施工工序。

(5)之后關閉套管閥門，水泥車通過連續(xù)管正加壓20 MPa，穩(wěn)壓10 min，然后水泥車泄壓至0。打開套管閥門，觀察溢流情況，以此來驗證壓控開關閥是否打開。如有溢流顯示，且溢流持續(xù)穩(wěn)定，則說明壓控開關閥打開狀態(tài)良好。之后關閉套管閥門。

(6)水泥車繼續(xù)通過連續(xù)管正加壓20 MPa，穩(wěn)壓10 min，然后水泥車泄壓至0。打開套管閥門，觀察溢流情況，如無溢流顯示，且持續(xù)無溢流顯示，則說明壓控開關閥關閉狀態(tài)良好。至此完成一次暫閉油層的施工工序。之后關閉套管閥門。

(7)起出連續(xù)管，撤連續(xù)管設備，上修井機通過油管下入抽油泵(包括有桿泵或無桿泵，下面以有桿泵為例)。

(8)下入活塞+泵桿組合。試抽憋壓合格后，把活塞放入泵筒底部，最上部1根泵桿倒扣起出。

(9)換采油樹上掛，下入泵桿對扣，上提重新緊扣后，下入泵桿短節(jié)及光桿，試抽合格后，裝配好地面抽油機，之后打開套管閥門，通過水泥車向井筒內(nèi)加壓20 MPa，穩(wěn)壓10 min，然后水泥車泄壓至0，則可以打開壓控開關閥，完井。

(10)采油很長一段時間后，如遇產(chǎn)量降低，則可通過水泥車向井筒內(nèi)加壓30 MPa，穩(wěn)壓10 min，然后水泥車泄壓至0，則可以打開滑套閥，繼續(xù)進行采油作業(yè)。

2 主要配套工具

2.1 通孔橋塞

2.1.1 結構

通孔橋塞是一種通過液壓坐封工具坐封，上提打撈工具解封的井下封隔工具，具有承受壓差高，坐封、解封穩(wěn)定的特點，其結構如圖2所示。其中，坐封機構主要由鎖定接頭、連接頭和剪釘?shù)冉M成；密封機構主要由連接筒、膠筒Ⅰ、膠筒Ⅱ和下規(guī)環(huán)等組成；卡瓦錨定機構采用單卡瓦雙向錨定方式，卡瓦置于卡瓦筒內(nèi)，主要由上錐體、限位套、卡瓦筒、卡瓦、卡瓦彈簧和下錐體等組成。鎖定結構主要由鎖套接頭、鎖套和開口鎖環(huán)組成。

1—鎖定接頭；2—連接頭；3—解封頭；4—鎖套接頭；5—鎖套；6—開口鎖環(huán)；7—連接筒；8—膠筒Ⅰ；9—膠筒Ⅱ；10—心軸；11—下規(guī)環(huán)；12—上錐體；13—限位套；14—卡瓦筒；15—卡瓦；16—下錐體；17—導向頭；18—卡瓦彈簧。圖2 通孔橋塞結構示意圖Fig.2 Schematic structure of through-hole bridge plug

2.1.2 工作原理

將通孔橋塞上端與液壓坐封工具連接，向坐封工具加壓，當壓力達到一定值時，液壓坐封工具推動鎖定接頭，鎖定接頭推動解封頭、鎖套接頭和鎖套下移，卡瓦先靠近套管壁，繼續(xù)下移，壓縮膠筒，膠筒壓縮好后，繼續(xù)加壓，直至卡瓦牙咬死套管壁。鎖套帶動開口鎖環(huán)下移至中心管外部鎖齒處，鎖定整個工具。

2.1.3 主要技術參數(shù)

最大外徑：104 mm；

最小內(nèi)徑：36 mm；

總長度：780 mm；

工作壓差：50 MPa；

工作溫度：150 ℃；

坐封壓力：18～20 MPa。

2.2 滑套閥

2.2.1 結構

滑套閥主要由上接頭、限位套、滑套、卡環(huán)、限位環(huán)、滑閥套、外筒和下接頭組成，其結構如圖3所示。

1—上接頭；2—限位套；3—盤根Ⅰ；4—滑套；5—卡環(huán)；6—限位環(huán)；7—緊定螺釘；8—盤根Ⅱ；9—滑閥套；10—剪釘；11—外筒；12—下接頭。圖3 滑套閥結構示意圖Fig.3 Schematic structure of sleeve valve

2.2.2 工作原理

滑套閥上端連接通孔橋塞，下端連接壓控開關閥，通過水泥車向井筒加壓，高壓流體進入傳壓孔，流體在壓差作用下推動滑套呈下移趨勢，最終剪切銷釘，滑套閥下移，露出環(huán)空過液孔。在下泵采油很長一段時間后，如遇產(chǎn)量減少，很可能是壓控開關閥堵塞，則可通過井筒加壓打開滑套閥，露出環(huán)空循環(huán)孔，則可繼續(xù)進行采油作業(yè)。

2.2.3 主要技術參數(shù)

最大外徑：89 mm；

總長度：540 mm；

工作壓差：50 MPa；

工作溫度：150 ℃；

打開壓力：30～35 MPa。

2.3 壓控開關閥

2.3.1 結構

壓控開關閥主要由上接頭、上外套、彈簧、上中心管、滑銷套、滑銷、活塞、O形密封圈、連接套、下外套、下中心管、閥罩、鋼球、球座和下接頭組成，其結構如圖4所示[5]。

1—上接頭；2—上外套；3—彈簧；4—上中心管；5—滑銷套；6—滑銷；7—活塞；8—O形密封圈；9 —連接套；10—下外套；11—下中心管；12—閥罩；13—鋼球；14—球座；15—下接頭。圖4 壓控開關閥結構示意圖Fig.4 Schematic structure of pressure-controlled switch valve

2.3.2 工作原理

壓控開關閥上端連接滑套閥。當需要壓控開關閥打開時，從套管加壓，高壓流體推動活塞和滑銷套上行，使滑銷沿上中心管的長軌道上行，壓縮彈簧，當液壓力達到一定壓力值時，滑銷到達長軌道的上頂點。泄壓后，滑銷在彈簧力的作用下下行至短軌道的下頂點，打開中心管的進液孔，地層流體通過球座及閥罩流經(jīng)進液孔進入工具串內(nèi)部，通過泵抽出地面[14-15]。

當需要壓控開關閥關閉時，從套管再次加壓，高壓流體推動活塞和滑銷套上行，使滑銷到達短軌道的上頂點。泄壓后，滑銷在彈簧力的作用下下行至長軌道的下頂點，同時推動活塞下行，關閉中心管的進液孔，關閉進液通道，隔離工具串與地層流體。

2.3.3 主要技術參數(shù)

本體最大外徑：106 mm；

內(nèi)通徑：48 mm；

總長度：1 050 mm；

工作壓差：50 MPa；

工作溫度：150 ℃；

換向打開/關閉壓力：18～20 MPa。

3 關鍵技術分析

(1)通孔橋塞解封機構通過下入打撈工具，打撈矛卡瓦牙錨住解封頭內(nèi)壁，上提載荷，剪斷銷釘，實現(xiàn)解封。

(2)滑套閥盤根Ⅰ設置為兩個V形盤根對稱布置，且兩個V形盤根中間設置有中間擋環(huán)；卡環(huán)、限位環(huán)與兩個V形盤根設置在一起，保證在井底高溫高壓條件下，長時間性能可靠，不易碳化失效。

(3)壓控開關閥上中心管設計為長、短軌道式，通過液壓力與彈簧力的共同作用，控制滑銷在長、短軌道上交替滑動，實現(xiàn)中心管液流通道的打開與關閉。滑銷在滑銷套的帶動下，做軸向移動和徑向旋轉(zhuǎn)運動。壓控開關閥結構簡單，安全可靠，可重復多次使用。

(4)不壓井完井工藝采用通孔橋塞封閉環(huán)空，壓控開關閥暫閉油層的方式。壓控開關閥通過井筒多次加壓實現(xiàn)開啟和關閉，調(diào)控采油流通通道，保證井口處于安全受控的保護狀態(tài)，有效避免了壓井液壓井。

4 現(xiàn)場應用

4.1 基本情況

截至2020年7月，套管壓裂井不壓井完井工藝在大港油田現(xiàn)場應用4口井，其中井口最高壓力5.2 MPa，最大井斜91.2°，橋塞最大下入井深5 073 m，不壓井作業(yè)工藝成功率100%。套管壓裂井不壓井完井工藝的成功應用，是套管壓裂井帶壓完井技術的又一次突破。

該工藝管柱結構簡單，不僅實現(xiàn)了使用修井機下泵或后期小修檢泵作業(yè)時的不壓井作業(yè)，而且滿足了低成本不壓井完井工藝技術的需要，單井縮短施工周期4～6 d，有效避免了壓井液壓井，對油層無污染，保證了壓裂效果?，F(xiàn)場應用情況統(tǒng)計如表1所示。

表1 套管壓裂井不壓井完井工藝現(xiàn)場應用情況統(tǒng)計Table 1 Field applications statistics of completion technique without killing in casing fracturing wells

4.2 典型井例

2020年1月12日，套管壓裂井不壓井完井工藝在大港油田G2井進行了現(xiàn)場應用。在井口壓力5.1 MPa條件下，首先通過連續(xù)管底帶鉚釘連接器+單流閥+安全接頭+扶正器短節(jié)+坐封工具+?104 mm通孔橋塞×780 mm+?89 mm滑套閥×540 mm+?106 mm變扣×140 mm+?106 mm壓控開關閥×1 050 mm+尾管(包括篩管)+絲堵。下到設計深度2 997 m，正加壓25 MPa坐封通孔橋塞，上提連續(xù)管工具串10 m，再下放連續(xù)管工具串加壓15 kN，復探通孔橋塞位置無變化。打開套管閥門，觀察溢流25 min。無溢流顯示，說明通孔橋塞坐封良好。之后關閉套管閥門。水泥車連接熱水罐車通過連續(xù)管正加壓25 MPa，穩(wěn)壓10 min，然后水泥車泄壓至0。打開套管閥門，觀察有溢流顯示，繼續(xù)觀察20 min，溢流持續(xù)穩(wěn)定，說明壓控開關閥已打開。之后關閉套管閥門。通過連續(xù)管正加壓25 MPa，穩(wěn)壓10 min，然后水泥車泄壓至0。打開套管閥門，持續(xù)觀察溢流25 min，無溢流顯示，說明壓控開關閥已關閉，試驗成功。然后通過修井機下入完井生產(chǎn)管柱，對井筒加壓25 MPa，打開壓控開關閥后進行采油生產(chǎn)。

2020年6月18日，在井口壓力4.5 MPa條件下，需要上小修檢泵作業(yè)時，上水泥車先反洗井，然后打開套管閥門，對井筒加壓25 MPa關閉壓控開關閥，穩(wěn)壓10 min，然后水泥車泄壓至0。之后打開套管閥門，持續(xù)觀察溢流25 min，無溢流顯示，說明壓控開關閥已關閉，之后小修進行不壓井檢泵作業(yè)。G2井成功應用套管壓裂井不壓井完井工藝，現(xiàn)場應用效果良好，投產(chǎn)后最大日產(chǎn)液23.7 m3，最大日產(chǎn)油4.9 m3，達到了降本增效的施工目的。

5 結 論

(1)套管壓裂井不壓井完井工藝解決了套管壓裂井帶壓完井的問題，通過通孔橋塞、滑套閥與壓控開關閥三者之間的有效配合，調(diào)控采油的流通通道，使井口處于安全受控保護狀態(tài)，有效避免了壓井液壓井，對油層無污染，保證了壓裂作業(yè)效果，滿足了非常規(guī)油井套管壓裂后不壓井完井作業(yè)的需要。

(2)套管壓裂井不壓井完井工藝配套工具耐高溫、高壓，性能安全可靠。壓控開關閥通過井筒加壓實現(xiàn)開啟和關閉，控制壓力低，可重復多次使用?；组y解決了壓控開關閥一旦遇堵則不能保持連續(xù)生產(chǎn)的問題。

(3)套管壓裂井不壓井完井工藝管柱結構簡單，通孔橋塞封閉環(huán)空，壓控開關閥暫閉油層，對儲層起到了很好的隔離保護作用，實現(xiàn)了使用修井機下泵或后期小修檢泵作業(yè)時的不壓井作業(yè)，滿足了低成本不壓井完井工藝技術的需要。該工藝不僅適用于有桿泵完井工藝，而且適用于電泵完井工藝，具有良好的推廣應用前景。