套管固井滑套工具现状及发展趋势

非常规油气资源丰富,开发潜力巨大。但因其渗透率低、渗透阻力大导致水平井单井产量低,难以满足经济开发要求。为提高储层改造效率实现有效增产,中外形成了水平井分段压裂的主体技术。作为水平井分段压裂的新兴技术,套管固井滑套分段压裂具有井眼适应性强、过流面积大、适合大排量压裂的优点。概述了各类套管固井滑套分段压裂工具现状,指出了工艺技术背后的缺陷与难点。通过对各类工具优缺点对比分析,提出了套管固井滑套未来的发展建议。

无限级固井滑套分压技术现场实践与适用性分析

针对水平井桥塞射孔联作分压工艺在非均质和存在边底水储层中存在改造不充分、人工裂缝过度延伸易沟通水层等问题,开展了无限级固井滑套分段压裂技术研究试验。该技术通过将多个固井滑套与油层套管一起下入固井,采用连续油管下入滑套开启工具自下而上依次开启各级滑套进行分段压裂。2017年起新疆油田累计应用无限级固井滑套技术5口水平井140级,施工成功率98.6%。结果表明,该技术具有无需射孔、起裂难度低、施工效率高等特点,是实现储层均匀充分改造的有效手段。

无限级固井滑套分压工具研制与现场试验

针对传统油管封隔器+投球滑套分层压裂工艺存在改造规模小、分压层数受限、管柱砂卡风险大等问题,开展了无限级固井滑套分层压裂工艺研究及配套工具研制。新工艺将多个固井滑套与油层套管一起下入井内,完井后通过连续油管下入滑套定位器、封隔器等组成的滑套开启工具,自下而上依次开启各级滑套,进行分段压裂。压裂结束后,提出连续油管,即可放喷投产。研制了固井滑套及滑套定位器、封隔器、循环阀等滑套开启工具串,耐压70 MPa,耐温150℃。现场试验2口井,8套滑套全部成功开启,压裂施工成功率100%。结果表明,研制的无限级固井滑套分压工具可以满足直井、定向井的多层大规模压裂改造需求,成本比进口工具降低70%以上。

套管固井滑套冲蚀磨损模拟分析与试验研究

为准确分析套管固井滑套长时间在固液两相流中冲蚀后的磨损情况及可靠性,在进行冲蚀理论分析和数值模拟的基础上,利用研制的冲蚀磨损试验装置,研究了特定工况下固井滑套带孔短节的冲蚀磨损情况,分析了滑套孔眼冲蚀磨损速率与孔眼数量、砂比及排量的关系,建立了冲蚀磨损速率新模型,研究了滑套带孔短节孔眼过流能力与冲蚀磨损速率的关系;同时,结合数值分析结果和试验数据,得到了A型材质滑套短节的冲蚀磨损系数。研究结果表明,当滑套孔眼为2个时,含砂流体对滑套孔眼周边的冲蚀磨损较为明显,且滑套孔眼冲蚀磨损速率与砂比呈线性关系,与排量呈指数关系。该研究结果可为套管固井滑套可靠性评估提供理论依据,且能够指导滑套压裂工具的现场应用。

固井滑套分段压裂技术在大牛地气田的试验应用

大牛地气田属典型的低孔、特低渗致密砂岩气藏,前期采用水平井裸眼封隔器分段压裂取得较好效果,但该工艺压裂裂缝起裂位置不明确,压后无法实现井筒全通径,为进一步提高压裂改造的针对性,试验了固井滑套分段压裂工艺。该工艺将专用固井压裂滑套与套管连接并按照气藏分析确定的压裂位置一趟管柱下入井内固井完井,并通过分级投球、液压或者机械等方式打开固井压裂滑套,进行分段压裂作业。该工艺具有固井完井分段压裂一体化管柱、压裂级数不受限制、压裂裂缝起裂位置明确、改造地层针对性强、作业速度快、压后井筒全通径等优点。A井应用表明,固井滑套分段压裂工艺1 d可完成10段压裂,压后井筒全通径,为大牛地致密低渗砂岩气田有效开发探索了一条新途径。

基于CFD的固井滑套冲蚀特性分析

固井滑套在分段压裂过程中,压裂液排量大,固相颗粒含量高,会导致滑套喷砂口严重破坏。文中运用稠密离散相模型(Dense Discrete Phase Model,DDPM)预测了固井滑套内部颗粒运动和分布规律,利用半经验冲蚀模型求解了颗粒对固井滑套的冲蚀率,并设计了相关试验,验证了数值模拟的正确性。结果表明,数值模拟能较准确地预测固井滑套的冲蚀位置,通过对单元冲蚀率积分可以求得质量损失,与试验结果对比相差6.5%,说明该模型能够较好地运用于高砂比下的固井滑套冲蚀模拟。在此基础上分析了固井滑套内流场、颗粒的运动分布特点,解释了冲蚀破坏的原因,有望为固井滑套的可靠性评估和进一步优化提供参考。

模拟套管固井滑套工况下冲蚀实验方案设计

新研发的井下工具必须经严格实验检验才能投放现场,因此,实际工况的准确模拟显得尤为重要。针对固井滑套在压裂时具有大排量与高含砂比的特点,设计了四泵串并联方式的工况模拟实验模型。根据实验条件,先假设冲蚀实验设备连接方案为两泵并联方式,而理论计算得出泵为管路所提供的扬程需达到35.82 m,与实测单台离心泵Q H特性曲线相结合,最终确定了设备连接方案为四泵串并联方式。通过监测模拟冲蚀实验中的排量与含砂比,结果表明,所设计的实验方案能够满足模拟大排量(4.5～7.0 m3/min)、高含砂比(体积比25%)的冲蚀要求且存在较大余量;同时得出进行压裂作业时不同孔眼数的滑套对管路整体压力损耗、实验流量、泵送能力等影响明显。

固井滑套压裂起裂压力的预测及端口参数影响分析

针对国内外对流固耦合条件下起裂压力研究的不足,建立了流固耦合条件下滑套-水泥环-地层三维非线性有限元模型,基于该模型分析了水泥环起裂时水泥环及地层的应力场分布特征。结合最大拉应力准则,提出了固井滑套压裂起裂压力的计算方法,并用现场试验验证了该方法的合理性。基于该模型及方法,研究了端口的主要结构参数对起裂压力的影响规律。首先比较了端口面积相同条件下圆形端口与矩形端口对起裂压力的影响,认为矩形端口有利于降低起裂压力;其次,对矩形端口研究了端口长度、端口个数及端口宽度对起裂压力的影响,研究结果表明,端口长度的增大及端口个数的增加可明显降低起裂压力,端口宽度对起裂压力的影响较小。该项研究结果为固井滑套工具的端口设计提供了理论依据。

固井滑套新工艺在自203井的应用

自203井是威远构造上龙马溪组页岩气开发井,为验证井筒完整性和提高完井时效,采用延时压差固井滑套和投球固井滑套的新工艺。针对套管串刚性增加、延时压差固井滑套压力限制、飞镖胶塞水平段启动排量大的特点,采取了3个扶正器的通井组合、施工压力控制、连续顶替施工措施,套管串顺利下到位,固井成功碰压。完井时套管串进行试压,延时压差固井滑套和投球固井滑套顺利开启,解决了验证井筒完整性与提高完井时效的问题,为高效开发页岩气提供了有益参考。

固井滑套多簇体积压裂在大牛地气田致密砂岩气藏的应用

随着大牛地致密砂岩气藏规模开发,可动用储量区的储层逐渐变差,呈现出砂体变薄、物性变差、非均质性变强等特点。为了探索既能满足储层变差后气藏的改造要求,又能大幅提高压裂作用效率的工艺,在大牛地气田致密砂岩水平井中开展了固井滑套多簇体积压裂先导试验。现场试验表明:①先导试验井一天顺利完成8段压裂施工,较可溶桥塞工艺作业效率提高了86.5%;②压裂施工过程中各段投球打开滑套显示明显,固井滑套工具可靠;③在物性及钻遇显示差于邻井,压裂段数少于邻井的情况下,采用固井滑套多簇体积压裂工艺后可获得和邻井相近的产量。综合分析认为,固井滑套多簇体积压裂技术具有转层快、易操作的特点;同时配套一球打开多个滑套的多簇设计,可提高裂缝的复杂程度,增大改造体积,压后效果较好。

固井滑套多层压裂工艺在LS307井的应用

介绍了YT断陷营二段火山岩气藏LS307井的固井滑套多层压裂工艺、参数确定和施工过程,该井的成功压裂表明:固井滑套工艺技术是一项新型多层分压工艺技术,可实现一次改造多层动用,提高了储层动用程度,且分层针对性强;采用套管压裂方式,有效降低了施工压力,满足深井多薄层储层分层压裂需求;完井、压裂、投产一体化,缩短了作业周期。该工艺解决了YT断陷多薄层火山岩气藏储层改造难的问题。

致密砂岩气藏水平井固井滑套分段压裂工艺

鄂尔多斯盆地大牛地气田属于典型的低孔、低渗致密砂岩气藏,水平井分段压裂是经济高效开发气田的关键技术。针对现有水平井裸眼封隔器分段压裂工艺无法控制裂缝起裂位置、二次改造困难等问题,探索了固井滑套分段压裂工艺在大牛地气田的适应性,阐述了该工艺的技术原理、工具组合和工艺特点,并开展现场应用和压后分析。现场应用情况表明:固井滑套分段压裂工艺不仅能够实现水平井定点压裂,而且施工效率高,能够实现一天压裂改造10段。此外,该工艺采用环空压裂施工,施工摩阻低,工具性能好,施工成功率高,在大牛地气田以及国内其他致密低渗油气田具有较好的推广应用价值。

固井滑套体积压裂技术在致密油水平井的应用

致密油水平井投产前需要进行体积压裂,目前应用的压裂工艺主要为单段多簇复合桥塞压裂,但该工艺存在施工效率低、费用高、裂缝改造不充分及全井压裂后需要钻塞等问题。针对复合桥塞压裂存在的问题,在致密油扶余油层选取YP42-P1井开展固井滑套体积压裂试验,采用连续油管打开滑套进行单段单簇压裂改造。通过深化水平段储层品质认识及缝间距优化,共部署33条裂缝(即部署33段固井滑套),平均缝间距35m。结合地震属性预测图、砂体平面发育情况及邻井测井综合解释成果等,对缝长、施工排量及压裂液等参数进行优化,实现储层动用最大化,保证改造规模。从现场应用情况看,下入一趟压裂管柱按设计完成33段压裂施工,33级滑套打开成功率为100%、施工效率显著提高、施工费用大幅降低,且每条裂缝均得到充分改造,取得了较好的效果。该技术可为致密油水平井科学高效压裂开发提供技术支持,同时为同类型油藏压裂开发起到一定的借鉴作用。

固井滑套多级分段压裂完井水泥环对地层破裂影响研究

固井开关滑套多级分段压裂完井工艺是为解决胜利油田低渗透难动用储量和非常规油藏的新技术,在非射孔条件下水力能量是否能突破水泥环并成功压裂地层是该工艺面临的主要问题。通过数值模拟结合室内试验,评价该完井工艺中水泥环弹性参数的影响。研究表明,水泥环强度降低过程,储层井周地层最大主应力呈增大趋势,有利于岩石起裂。但增大滑套通道口与原始最大水平地应力间的方位角时,井周地层最大主应力会降低,降低了压裂的进程,使得井周地层应力处于临界应力状态。水泥环胶结强度的数值模拟研究表明一旦突破水泥环后,压开地层效果显著,水泥胶结强度的影响是可忽略的。室内实验证实固井开关滑套压裂完井工艺水泥环在较低的压力下即可破裂,对压裂时压开储层影响不大。研究结论对优化和改进固井开关滑套多级分段压裂完井工艺及其在低渗透储层油藏应用提供了理论支持。

无限级压裂固井滑套及关闭工具的研制

分段压裂技术已成为低渗致密油气藏提高产量的有效技术手段,尤其是液压式分段压裂技术能实现无限级层段压裂施工改造,改造后可保持原套管通径。为了解决现有固井滑套只能采用液压开启,后期无法关闭,且现有的关闭工具不具备强制脱手功能而无法满足油气藏安全开发的技术问题,研制了无限级压裂固井滑套及其配套的关闭工具,并对固井滑套和关闭工具的关键部件进行了有限元分析,验证了工具结构的合理性。测试结果表明,该固井滑套可承受60 MPa压差,液压开启压力约为16 MPa,结构简单,性能可靠;关闭工具在不低于1 MPa的压差下开关块完全突出,可有效进行固井滑套的关闭动作,其强制脱手拉力约为4 kN。研制的无限级压裂固井滑套可实现液控开启和机械关闭,关闭工具具备强制脱手功能,可有效避免在固井滑套关闭过程中因拉力过大造成的连续管拉断风险。

套管固井滑套分段压裂技术在东胜气田的应用

为了解决东胜气田杭锦旗区块气井压裂后续改造中存在的一些问题,引进了连续油管套管固井滑套分段压裂技术。该技术通过无限级滑套和套管一起固井,然后下入连续管井下工具组合逐个打开无限级滑套进行压裂。该技术在杭锦旗区块××井进行了先导性试验,有4个滑套均顺利打开,当超压滑套不能打开时,及时进行了喷砂射孔,顺利完成了8段的主压裂,压裂过程中封隔器均坐封稳定可靠,解封顺利。连续油管套管固井滑套分段压裂技术的成功实施为非常规油气藏的压裂改造提供了一种新的解决方法。

套管固井滑套分段压裂工艺常见问题分析

套管固井滑套压裂工艺目前越来越多应用于低渗储层开发中。它具有施工简单、压裂级数不受限制、易于返排等优点。但是在实际压裂作业中也出现了许多的问题,本文对常见问题进行了分析并给出了建议。

水平井固井滑套结构对起裂压力影响规律分析

在水平井无限级固井滑套分段压裂中,较高的起裂压力增加了压裂现场施工的难度和风险,是压裂施工遇到的主要问题之一。为有效降低起裂压力,以鄂尔多斯盆地无限级固井滑套压裂为工程背景,建立了地层-水泥环-压裂滑套耦合系统非线性有限元模型,分析了固井滑套长方形、斜向型、圆形孔口以及长方形孔口参数对压裂起裂压力的影响规律。结果表明,在地质力学参数相同条件下,3种孔口形状滑套的起裂压力均随孔口面积的增大而减小;而在孔口面积相同的条件下,长方形孔口比圆形和斜向型更能有效降低储层起裂压力。对于长方形孔口滑套,其宽度对降低起裂压力不明显;其孔口长度增加、数量增多、方位角减小对降低起裂压力十分明显;若孔口方位角不为零,会导致起裂位置变化,引起水力压裂起裂更为困难。

固井滑套压裂工艺在大牛地气田的应用

随着大牛地气田的持续开发,难动用储量开发困难加剧,为了最大程度的进行储层改造、发掘储层油气存量,仅局限于常规的压裂工艺已经无法满足大牛地气田的改造要求,继使用水力喷射拖动管柱压裂技术、水力喷射不动管柱压裂技术、裸眼封隔器分段压裂技术、可钻桥塞分段压裂技术等之外,今年我队应华北分公司要求,首次使用了固井滑套压裂工艺进行储层的压裂改造,并顺利完成了施工作业。但是由于地质条件、工具等各方面因素的影响,压裂改造施工中出现一些问题,文章通过对所施工井的分析以及在施工中存在的问题进行探讨,以增加对该压裂工艺的全面认识。

连续油管+固井滑套分段压裂工艺应用研究

针对大港油田水平井储层特征,结合连续油管+固井滑套环空加砂分段压裂工艺技术特点,开展此项工艺技术原理、适应性及施工参数等方面研究,通过现场应用证明,该项技术适应于大港油田长井段、储层连续的水平井分段压裂。