复合材料桥塞卡瓦加工工艺研究

桥塞分段压裂是非常规油气藏储层改造的主要开发手段,而复合材料桥塞是该工艺的核心井下工具,桥塞卡瓦的锚定性能是决定压裂作业成功与否的关键。为提高桥塞卡瓦的剪切强度,研制了高强度的玻璃纤维复合材料热压板材作为卡瓦的加工材料。为实现板材加工成品卡瓦的形状,确保产品的质量和性能,研制了合适的加工工装,将铣削加工转化为车削加工。并针对玻璃纤维复合材料特性优选了具有耐热耐磨涂层的加工刀具,通过正交试验对刀具的切削参数进行了优化,确定卡瓦加工时的旋转速度、进给量和切削深度等参数。

复合上返注灰桥塞的研究与应用

针对油水井在开发过程中出现的套管损坏、管外串漏、挤堵调层问题,从修井工艺存在的短板着手,开展复合上返注灰桥塞研究与应用配套研究,目前的坐封工具由于外径和内径的制约,只能打桥塞后,再下管柱挤灰,占井周期长。都是运用桥塞坐封或者运用灰浆打隔板封隔油气层,再进行挤灰堵漏的方法。

复合材料桥塞卡瓦的力学计算

桥塞封层工艺中,复合材料桥塞卡瓦锚定后起到支撑桥塞锁定胶筒的作用,其性能的好坏直接关系到油井的产量和生产的安全。复合材料桥塞卡瓦容易钻铣,磨掉的碎屑轻小,可有效防止卡钻,特别适用于斜井、水平井,但同时也存在着坐封不稳、卡瓦易损坏等问题导致桥塞封层失效。运用实验方法和三维有限元数值模拟技术相结合的方法,对复合材料进行强度分析,并运用有限元技术对初步设计模型进行力学计算,预测卡瓦承受的最大轴向力和压差,为复合材料桥塞的实际生产提供了一定的指导作用。

高压复合材料桥塞应用实践

利用高压复合材料制作桥塞代替金属桥塞,其独特的材料设计容易钻铣,磨掉的碎屑轻小,较易冲出,防止卡钻。特别适用于斜井、水平井的分层压裂、酸化、封堵水等作业,克服了金属桥塞易卡、钻铣困难等缺点。

基于复合材料桥塞的水平井套管分段压裂技术

介绍了基于复合材料桥塞的水平井套管完井分段压裂工艺管柱结构、工艺过程和关键技术。阐述了该工艺管柱中关键部件——复合材料桥塞和电缆坐封工具的结构、工作原理及性能特点。现场应用情况表明,复合材料桥塞可正常坐封丢手,射孔发射率100%,平均每个复合材料桥塞钻铣时间为30 min,达到国外标准;水平井套管分段压裂管柱结构合理,工艺优良,性能可靠,能够满足页岩气水平井射孔压裂联作的分段完井要求。建议进一步优化钻铣复合材料桥塞工艺和工具,扩充桥塞尺寸规格,使其形成系列化,以满足油田不同规格套管的需求。

可钻泵送桥塞研制与试验

可钻泵送桥塞是非常规油气资源水平井分段完井的关键工具。通过调研国内外页岩气完井及桥塞技术现状,研究了由2组锚定机构、多级肩保的楔形胶筒、外置式自锁机构以及啮合型防转机构等组成的可钻泵送桥塞。分析了配套工具和试验装置,并进行了系统的室内试验和关键技术的重点测试。试验和测试结果表明,桥塞设计结构合理、密封可靠、指标性能高,可以满足页岩气分段压裂完井的需求。最后建议在后期提高材料综合性能的基础上,桥塞及其配套工艺有待通过现场试验完善。

全复合材料易钻桥塞研制与应用

为满足桥塞耐高压高温的井下环境、易钻性以及钻屑完全返出井口的要求,研制开发了全复合材料高性能桥塞。该桥塞使用高强度低密度的复合树脂材料,设计了独特的桥塞密封机构和防突装置,并进行了系统的室内材料性能实验和桥塞整体性能测试,可耐压差为70MPa,耐温为120℃。通过多次现场应用,桥塞的实用性能得到了验证,能够满足现场施工要求。同时,现场应用情况表明,桥塞有很好的易钻性能,能够大幅提高现场施工效率,节省施工费用。该桥塞的研制与应用对非常规油气藏的高效开发具有重要意义。

快钻电缆桥塞的研制与应用

河南油田非常规页岩油气资源储量丰富,对水平井多级分段压裂技术需求迫切。为此,研制了快钻电缆桥塞。该桥塞主要由丢手机构、密封机构、锚定机构和防转机构组成,桥塞通过金属卡瓦牙实现可靠锚定,通过采用复合材料制作的卡瓦主体,减少了金属用量,提高了可钻性。对桥塞的复合材料进行了力学性能试验、易钻性试验和化学稳定性试验,同时对研制的桥塞进行了现场试验。试验结果表明:该桥塞在水平井能够可靠下入,桥塞坐封、丢手、锚定和密封均可靠,能够被快速钻除,满足非常规油气资源的开发要求。快钻电缆桥塞的研制成功促进了国内分段压裂技术在非常规油气资源开发中的应用。

复合材料桥塞卡瓦试验研究

目前常用的各种规格的金属桥塞普遍存在易卡钻以及钻铣困难等缺点,为此,试验研究了复合材料桥塞卡瓦。该卡瓦采用热固性树脂基复合材料模压制作,满足了页岩气井用桥塞的各项指标要求,实现了桥塞整体"无金属化"。研究结果表明,镶嵌碳化硼牙齿的复合材料桥塞适用工作压差为35 MPa,镶嵌氧化铝牙齿的桥塞适用工作压差为50 MPa,陶瓷牙齿在卡瓦上的最佳镶嵌角度为18°。碳化钨牙齿虽然强度很高,其桥塞承载破坏为复合材料卡瓦本体破坏,碳化钨牙齿无损伤,但其密度太大,磨铣困难且容易卡钻,因此不适合用作该复合材料桥塞嵌件。

复合材料压裂桥塞的研制及测试

复合材料压裂桥塞是水平井泵送桥塞分段压裂工艺技术的核心工具之一。根据水平井泵送桥塞分段压裂工艺技术原理,进行桥塞的结构和技术参数设计,并对其零部件进行受力分析,得到了可钻桥塞坐封脱手和压裂这2种极限工况下材料的最小屈服强度,据此确定除了卡瓦、悬挂套和挡环采用铸铁材料外,桥塞的其他零部件均采用低密度复合材料。通过对关键零部件(固定销钉、心轴和套筒、卡瓦基体和卡瓦片)的测试,对桥塞的心轴和套筒、卡瓦基体和卡瓦片进行改进。最后对桥塞的地面泵送和井下磨铣进行测试,测试结果表明,桥塞的各项性能均达到现场应用要求。

复合材料卡瓦的有限元分析

通过模压短玻璃纤维增强酚醛树脂的压溃实验和对实验进行有限元模拟计算,分析得出了模压短玻璃纤维增强酚醛树脂的强度;通过对复合材料桥塞卡瓦工作过程进行分析,对卡瓦结构进行简化,建立了复合材料卡瓦的有限元模型,模拟结果与卡瓦加载实验结果符合较好,证实了有限元模拟的有效性。有限元分析结果表明,仅在复合材料卡瓦的局部区域产生高应力,如果在这些区域进行增强,则可能进一步提高复合材料桥塞卡瓦的耐压性。

桥塞技术的发展历程及现状分析

桥塞与射孔联作为水力压裂的核心技术之一,已成为油气井分段压裂改造的重要工艺技术。桥塞是用于层间封隔的主要工具,其随着完井工艺的进步而不断发展,从最初的可回收式发展到一次性的铸铁桥塞,省去了反复下工具解封和坐封的过程,只需全井筒压裂完后统一下一趟钻去除。当油气井压裂段数增多,特别是水平井的普遍应用,小体积、易磨铣的复合桥塞逐渐替代了铸铁桥塞,提高了磨铣效率。当可溶材料兴起之后,采用可溶材料制造的桥塞由于无需钻磨,提高了生产效率,降低了生产成本,其在井筒中自主溶解解决了深井和超深水平井的磨铣难题。结合水力压裂完井需求,论述了桥塞随其工艺技术的进步更新而不断发展的过程,并对哈里伯顿、斯伦贝谢和威德福公司的桥塞结构加以分析。可溶桥塞与传统的复合桥塞都在向着大通径、小型化的方向发展,在水平井分段压裂中发挥着重要作用。

吸水膨胀树脂堵漏材料的研制及其室内性能评价

针对石油开采过程中遇到的井漏问题,为了增强堵漏材料在漏失通道的滞留能力,设计并制备了2种新型结构的吸水膨胀树脂堵漏材料。一种以丙烯酰胺、阳离子单体、交联剂及植物纤维类桥堵剂为原料,另一种以丙烯酰胺、丙烯酸、阳离子单体、交联剂为原料,采用氧化还原引发体系,室温共聚制备出吸水树脂与纤维复合材料及吸水膨胀树脂材料,其粒径可根据堵漏作业需要进行调整。采用红外光谱对吸水膨胀树脂的结构进行了分析表征,并测定了2种类型堵漏材料在清水中的吸水倍数。结果表明:吸水树脂与纤维复合材料及吸水膨胀树脂材料4 h吸水倍数分别在14.99~39.09倍和41.41~92.06倍;可以通过改变单体比例、交联剂和引发剂加量的方式调整材料的吸水倍数。