固井开关滑套多级分段压裂完井工艺技术分析

为实现胜利油田薄互层低渗透砂岩油藏、页岩油藏的开发,研制了套管固井滑套多级分段压裂完井工艺管柱。形成了以套管固井,可开关滑套及液压开关工具等为主体的分段压裂完井工艺。该工艺具有固井完井分段压裂一体化管柱、压裂级数不受尺寸限制、大通径等优点,满足大排量、大规模的压裂需要,后期可选择性开启或关闭滑套实现生产控制。该工艺技术通过现场试验取得了一定的认识和研究成果,但仍存在地层难被压裂出有效裂缝等问题,针对压裂存在的问题开展分析,提出下一步解决对策及研究方向。

可反复开关滑套分段压裂工具的研制与应用

为解决常规水平井多级滑套裸眼分段压裂技术存在的后续储层改造困难的难题,开展了可反复开关滑套分段压裂工具技术研究。研究开发了投球式开关滑套、压差式开关滑套及配套机械开关工具,重点进行了滑套锁紧限位技术、球座快速钻除技术和工具耐冲蚀技术等关键技术研究。地面试验结果表明,可反复开关滑套结构设计合理,可以顺利实现打开及关闭功能。可反复开关滑套分段压裂工具在东胜气田进行了2口井的现场应用,滑套打开显示明显,进一步验证了该工艺的可行性和工具的安全可靠性。

投塞(球)式多次开关滑套的研制与应用

国内增产改造完井封隔器管柱中,通常使用常开阀和常闭阀进行替液循环,只能通过投球一次性关闭或打开,开关后内通径较小,不能实现全通径。国外大多采用的是绳索或连续管机械式操作多次开关滑套,操作技术难度大,可靠性不高。鉴于此,研制了投塞(球)式液压多次开关滑套。介绍了滑套及其配套开关工具的结构、工作原理和技术指标。地面试验和现场应用表明,滑套具有结构设计合理、加工组装容易、操作简便和性能可靠的特点。

水平井分段压裂可开关滑套的研制与应用

针对常规的水平井裸眼封隔器分段压裂管柱不能实现油管全通径,制约后期储层再改造、卡堵水以及单段测试的问题,研发了水平井分段压裂可开关滑套和相应的配套工具。该滑套由投球双层压裂滑套、内球座打捞工具和外滑套开关工具等组成,通过与悬挂封隔器、裸眼封隔器、坐封球座、筛管引鞋及低密度球配合使用,可以根据地质情况及分段压裂的段数进行调整,可实现压裂后油管全通径,不影响后期措施及测试作业。红河油田2口井的现场应用表明,水平井分段压裂开关滑套结构简单、操作方便,很好地解决了多层段压裂、压裂后管内有阻碍影响后续生产等问题。

页岩气水平井压裂连续管滑套开关工具的研制

页岩气井可通过电缆射孔与机械封隔器层间封隔,通过依次投球,打开压裂滑套,实现多级压裂改造。但是该技术需要下球座投球封堵影响到采油通道的直径,且下入开关工具的时候均需要精确定位,无法很好满足目前页岩气井压裂的发展需求。为此,通过工艺分析,研制了液压式滑套开关工具来配合固井水泥+开关滑套多段压裂技术使用,并对此液压开关工具进行了三维设计,结构有限元分析和流动分析,验证了该工具结构的合理性。试验测试结果表明,该工具可在较小压力下实现滑套的打开和关闭,其设计原理正确,技术性能可靠,现场操作方便,开启关闭滑套的成功率高。

聚合物单管多层滑套开关配注器研制

随着聚合物单管多层分注技术推广应用规模的逐年扩大,该工艺自身设计上存在的工艺问题逐步暴露出来。其中现场出现的最主要问题是生产过程中打捞憋压套发生卡阻几率高,以及封隔器坐封效果不好,管柱密封率低,造成高作业返工率。为此研制了聚合物单管多层滑套开关式配注器,介绍了滑套开关式配注器研制、室内实验和矿场应用情况。

机械式滑套开关多级找堵水技术研究与应用

针对常规插管式多级找堵水管柱不能实现Ⅰ、Ⅲ层合采的问题,以及在封上采下时不能进行反洗和监测动液面影响了部分井生产资料录取的难题,研发了机械式滑套开关多级找堵水技术。该技术工艺管柱主要由Y441-114封隔器、滑套、开关工具、丢手接头及泄压球座等配套工具组成,通过下放或上提管柱使开关工具打开或关闭对应油层的滑套,实现多层之间分层开采或合采。现场12井次的应用结果表明,该工艺开关控制灵活,地面显示明显,调层成功率100%。机械式滑套开关多级找堵水技术为中浅油藏找堵水一体化工艺提供了新的技术支持。

可开关压裂滑套关键技术研究与应用

针对常规投球多级滑套存在的后续储层改造困难的难题,研制了一种新型分段压裂工具——可开关压裂滑套。相比常规压裂滑套,可开关压裂滑套可在井下进行多次开关。在压裂后期,根据储层改造需要,下入开关工具并对可开关压裂滑套进行开关作业,满足后期储层二次改造作业需求。研制了用于水平井裸眼分段压裂作业的可开关压裂滑套及配套开关工具。开展了工具耐冲蚀技术、反复过孔高压密封技术、滑套锁紧限位技术、开关工具定压节流启动技术、开关显示技术等关键技术研究。通过模拟试验,证明可开关压裂滑套的性能达到设计要求。现场应用20多井次,取得了良好的效果。

可反复开关投球滑套的研制

为满足一趟管柱分层试油联作及选择性投产作业工艺中的技术需求,研制了一种新型可反复开关投球滑套。介绍了可反复开关投球滑套的结构组成、工作原理以及主要技术参数,分析计算了投球滑套工具的关键元件,并对试验滑套进行高温环境下室内性能评价试验。试验结果表明,研制的可反复开关投球滑套在120℃高温环境下满足70 MPa密封承压性能,环空带压情况下可反复开关动作五次以上,为该滑套工具投入现场应用提供技术依据。

海上完井滑套开关工具弹性爪机构性能研究

弹性爪机构是海上完井滑套开关工具中最重要的部件,其力学性能稳定性对于作业成败至关重要。基于受力分析和有限元模拟,建立开关工具弹性爪力学理论模型和三维有限元分析模型,研究弹性爪结构应力分布与作业性能。基于受力理论分析可知,弹性爪机构最大轴向拉力为4 116 N,最大应力为675 MPa;基于有限元模拟计算,弹性爪机构最大轴向拉力为3 924 N,最大应力747 MPa,弹性爪结构强度满足要求。功能试验结果表明,理论计算方法存在一定的误差,有限元模拟结果相对比较精确和可靠,功能试验发现若弹性爪最大应力接近屈服极限,作业过程中结构本身会发生一定的微屈服变形,试验结果偏小,设计弹性爪结构时应特别注意。

水平井固井预置滑套多级分段压裂完井技术

针对胜利油田薄互层低渗透等致密砂岩油藏及页岩油气的地质特点和非常规压裂改造的需要,研发了水平井套管固井预置滑套多级分段压裂完井技术。该技术具有压裂级数不受限制、管柱保持统一通径可满足大排量、大规模网缝压裂的需要,后期可选择性开关滑套实现生产控制或重复压裂等特点。室内模拟试验结果表明,预置可开关滑套在模拟固井状态下开启和关闭可靠,密封压力达70 MPa,能够满足现场需求。

利用高扩张滑套开关工具关闭投球压裂滑套

XD1井是海上致密气开发的第一口先导试验井,采用尾管固井及射孔完井、封隔器及带有球座的压裂滑套方式进行压裂,在出水风险高的对应压裂段使用了可重复开关的投球压裂滑套。受管柱、工具结构及施工风险的影响,常规滑套开关工具无法关闭可疑出水层位的滑套。高扩张滑套开关工具通过连续油管下至需要打开或关闭的可重复开关压裂滑套深度,采用加压使铰链式结构的锁块张开以挂住球座,通过上提或下放工具,在不钻磨球座的前提下实现压裂滑套的打开与关闭作业,为同类型压裂滑套打开或关闭作业提供了借鉴。

组合式滑套分段压裂管柱研究及现场应用

为了实现无限制、大排量体积压裂和复杂层段生产控制的高效改造和开采目标,提出了一种在下部产层稳定层段安放投球滑套、在上部需要生产控制层段安放开关滑套组合应用的分段压裂技术。施工中,依次投球逐级打开并压裂投球滑套段,然后投入隔离球封隔下部已压裂段;再下入连续油管开关工具,根据地层需要有选择性地开关各开关滑套层段,实现个性化压裂。后期开采阶段,如果开关滑套层段出现问题,可再次下入连续油管开关管柱关闭问题段,实现其他层段的正常开采。组合式滑套分段压裂技术在苏75-60-34H井进行了3段开关滑套和7段投球滑套整体10段现场应用,施工排量达到9.2 m^3/min,施工压力达到72 MPa,日产气20×10~4 m^3,施工效果超过预期,为复杂油气藏各段一对一压裂和生产控制提供技术借鉴。

一种分仓式智能控水工具性能评价装置

水平井产能高,故广泛应用于海上油田开发,但由于边底水水侵以及跟趾效应的影响,含水率上升较快,容易过早水淹。目前,各种类型的智能控水工具包括ICV、ICD、AICD等已广泛应用。主要通过自身的特殊结构对通过的流体产生附加阻力压降,降低高出水层位的产水量,从而发挥控水作用。分仓式智能控水工具(图1)是在这些控水工具的基础上集成示踪短节、智能开关、封隔器等装置(图2),通过封隔器实现水平井分段,根据示踪剂识别出水层位,克服传统的机械开关滑套必须通过钢丝进行开关控制的问题,无需动管柱,实现了主动卡控水。

衳眼封隔器完井水平井出水治理技术研究

针对吉林油田大安北致密油水平井采用裸眼滑套可开关封隔器多段分压工艺开采,对压后段间矛盾突出,呈现产量低、含水高的情况进行了出水治理技术研究。采用普通油管或连续管带动开关工具,可以将任意层的滑套打开或关闭进行逐层试采,也可以将高含水层段关闭,达到堵水消除段间干扰目的。2口井的现场施工结果表明,施工成功率100%,有效率100%,其中施工后的红平X1井由原来平均日产油0.5 m3增至5.0 m3,红平X2井由原来平均日产油1.8 m3增至8.5 m3。研究结果可为该类水平井的出水治理提供参考。

液控滑套开关在胜利埕岛油田的应用

海上油井的完井管柱结构由于安全环保法规要求下入井下安全阀和油套环空封隔器,电泵在完井管柱中有下入单流阀,通过油套环空则很难顺利实施油井的酸化等增产措施,而现有的机械式滑套的开启关闭则很受条件限制,在埕岛油田应用的液控滑套开关很容易的解决了上述的问题,该工具应用方便可靠,具有重要的推广价值。

火驱同心双管分层注气管柱研制及试验

针对目前分层火驱注气管柱存在高温和常温频繁转换情况下密封失效及分层注气滑套有时打不开的问题,开展了火驱同心双管分层注气管柱的研制。该分层注气管柱采用同心双管的方式进行分层注入,利用可熔阀芯和可熔垫环,形成不同注气阶段内外管的注气通道,利用高回弹耐高温密封胶筒进行层间密封,具有密封可靠,操作便利的特点。现场应用2井次,达到了分层火驱的目的。该技术能够有效解决分层火驱的密封问题,改善火驱前缘剖面,提高火驱波及体积,具有推广价值。

深层碳酸盐岩水平井分段压裂管柱工艺研究及应用

分段压裂是水平井开发关键配套技术之一,运用分段压裂可在较短时间内一次性完成对多个储层的压裂,并最大限度地减少对储层的伤害,达到多层合采提高单井产量、最大限度提高地质储量可动用程度的目的。西部油田深层碳酸盐岩水平井分段压裂是水平井分段压裂改造的重要工艺之一,研究选配性能可靠的分段压裂管柱是实施该项工艺的关键。为此,对国内外分段压裂工艺、工具进行研究,结合深层碳酸盐岩储层水平井特点,对封隔器、开关滑套等井下工具功能特点进行分析,研究优选可靠的分段压裂管柱,通过该分段压裂管柱现场的运用成功,解决了深层碳酸盐岩水平井分段压裂的难题。

长庆油田水平井体积压裂工具发展浅析

长庆油田致密油资源丰富,水平井钻井及体积压裂工艺是主要开发方式,而体积压裂工具是工艺实现的关键。通过对前期水平井分段改造管柱及配套工具对比分析,结合体积压裂工艺在作业排量、多簇射孔方式等方面对工具的要求,重点介绍了水力喷射分段多簇体积压裂工具、大通径快钻桥塞压裂工具和可开关套管滑套压裂工具。结果表明,在139.7mm套管固井完井条件下,当施工总排量低于8m3/min时,水力喷射分段多簇体积压裂工具具有操作简单、作业成本低的优点,成为长庆油田水平井体积压裂主体工具,已规模应用505口油田水平井;当施工排量超过8m3/min时,则采用大通径快钻桥塞压裂工具,该工具压后无需钻磨,可直接放喷、投产,已在长庆油田应用井数42口;而可开关套管滑套压裂工具不仅可以满足大排量压裂改造,还考虑了后期分层测试以及找水、堵水、重复改造等需要,将是最具有发展潜力的工具,它代表着体积压裂工具的发展方向。

国内水平井压裂技术研究进展

水平井压裂技术已成为低渗透、超低渗透致密油气藏改造的主体技术。经过10多年的发展,国外主要形成了水力喷射分段压裂技术、裸眼封隔器分段压裂技术和快钻桥塞分段压裂技术,其中裸眼封隔器分段压裂技术应用最为广泛。通过借鉴国外技术及自主研究,国内在水平井压裂技术方面已经形成了很多核心技术,为我国油气生产提供了可靠的保障。阐述了上述压裂技术的发展现状和应用情况,分析了各种压裂技术的优缺点以及适用性,最后指出可开关套管滑套技术将是国内压裂技术的发展方向。