分层压裂工具

2024-07-23

分层压裂工具（精选六篇）

分层压裂工具篇1

关键词：139.7mm套管,套变井,修复,分层压裂工具,提高采收率

1 概况

随着中原油田主力油气藏区块开发进入中后期, 井内套管受井深、高压、地应力异常等因素影响, 易发生套管缩颈变形, 占全部套损井的70%左右。修复后的套管内径无法得到100%的复原, 导致油田常用的分层压裂管柱无法下入, 不能进行精细化分层压裂改造。针对上述问题, 中原油田进行了封隔器及井下辅助工具的研制与试验应用工作, 完成了Y221-105封隔器、Y341-105封隔器、PMZC-105喷锚总成、DSJT-102丢手接头、XHF-102反循环洗井阀、SSQ-102伸缩补偿器等工具, 能够分别在内径118.62mm、121.36mm、124.26mm井段坐封、压裂施工任务。

2 工具的研制

中原油田主要生产套管规格是:139.7mm, 内径有:124.26mm、121.36mm、118.62mm;至此研制了以Y221-105、Y341-105封隔器为主体的分层压裂工具。

2.1 Y221-105封隔器

(1) 结构组成:主要由水力锚、胶筒、中心管、卡瓦体总成、换向摩擦体总成等组成。

(2) 技术参数:总长:1261mm钢铁外径:105mm内通径:36mm耐温:135℃耐压:50 MPa可通过最小变径:106mm座封载荷:80-120KN

2.1.2 Y341-105封隔器

(1) 结构组成:主要由:水力锚、胶筒、液压缸、芯轴、锁定总成等组成。

(2) 技术参数:总长:1345mm钢铁外径:105mm内通径:36mm耐温:150℃耐压:50 MPa可通过最小变径:106mm座封压力:15 MPa

2.1.3 PMZC-105喷锚总成

(1) 结构组成:主要由喷锚本、水力锚爪、滑套、下接头等组成。

(2) 功能用途:它是水力锚与喷砂器一体化工具组合, 具有锚定、防上顶的功能。

(3) 技术参数:总长:676mm钢铁外径:105mm内通径:33mm耐温:150℃耐压:70 MPa开启压力:10 MPa

2.1.4 XJF-102反循环洗井阀

(1) 结构组成:主要由本体、阀芯、下接头等组成。

(2) 功能用途:快速处理压裂砂堵时, 解封时平衡油管、套管之间的压力等用途。

(3) 技术参数:总长:540mm钢铁外径:102mm内通径:40mm耐温:135℃耐压:70 MPa开启最小压力:<0.5 MPa关闭最小流量:>500 L/min

2.1.5 DSJT-102安全丢手接头

(1) 结构组成:主要由上接头、本体、锁套、变扣等组成。

(2) 功能用途:它是一种能够传递扭矩, 解锁后通过旋转丢手的井下安全控制性工具。一旦管柱井下遇卡, 可快速分离压裂油管, 简化后期修井程序的用途。

(3) 技术参数:总长:530mm钢铁外径:102mm内通径:40mm耐温:135℃耐压:70 MPa解锁压力:15 MPa丢手圈数:8n。

3 分层压裂工艺管柱结构与工作原理

3.1 单封封上压下分层压裂管柱

该管柱采用单封隔器及井下辅助工具隔离压裂目的层段以上层段, 对目的层段进行压裂改造。管柱至上而下的组合为:油管+DSJT-102安全丢手接头+XJF-102反循环洗井阀+Y221-105封隔器 (带水力锚) +喇叭口 (图1) 。

按次序下入管柱, 缓慢通过套变井段 (注意指重表变化) , 顺利通过后将工具下至预定位置 (通过校深确定) 。上提管柱、旋转、下放压重坐封。Y221-105封隔器是一种特别设计上水力锚、下卡瓦结构的小直径封隔器, 卡瓦通过机械方式伸出作用在套管上防止工具下行, 水力锚通过液压作用伸出作用在套管上防止工具上行。因此保障Y221-105封隔器在压裂工程中的稳定性和可靠性。

3.2 双封分压两层或单选一层压裂管柱

该管柱采用双封隔器及井下辅助工具组成一趟管柱、不动管柱完成两个目的层段压裂改造或单一目的层段进行压裂改造。压裂完成后, 管柱可起出地面。管柱至上而下的组合为:油管+DSJT-102安全丢手接头+XJF-102反循环洗井阀+Y341-105封隔器 (带水力锚) +PMZC-105喷锚总成+Y221-105封隔器+喇叭口 (图2) 。

按次序下入管柱, 缓慢通过套变井段 (注意指重表变化) , 顺利通过后将工具下至预定位置 (通过校深确定) 。上提管柱、旋转、下放压重坐封Y221-105封隔器;打压验Y221-105封隔器的过程完成Y341-105封隔器坐封。

两封隔器之间采用PMZC-105喷锚总成, 它与Y221-105封隔器组合在一起, 它是水力锚与喷砂器一体化工具。当完成第一目的层压裂后, 投入开启钢球, 送球到位、打压、开启滑套, 建立第二目的层段的压裂通道。

4 现场应用情况

自2010年到2013年8月, 应用上述管柱在中原油田内应用11口井, 其中单封封上压下层管柱应用7口井;双封分层压裂两层施工4口井。一次坐封、验封成功率91%;11口井15层压裂施工成功率93.3%;一次解封成功率100%。封隔器下入最深卡点3455米;最高井温130℃;最大井斜50°。

5 结论及建议

(1) 分层压裂管柱应用成功率高、性能可靠。能够满足部分139.7mm套管缩径变形井修复后 (最小通径106mm) 分层压裂改造, 快速回复产能的需求。

(2) 研制可带反洗井通道Y341-105封隔器, 能够传递平衡压。

(3) 缩径套变井修复后, 虽然能够下入这种分层管柱完成压裂改造。但是仍然存在缩径复原或加剧的风险, 需要甲乙双方充分论证。

参考文献

多级分层压裂酸化技术研究篇2

关键词：压裂,多级管柱,封隔器,配套,工具

分层压裂用在多层或厚层的油气井中, 由于各层段渗透率差别较大, 需要分层进行压裂, 以保证压开渗透率低的层段。目前, 使用的工艺有暂时堵塞剂分层压裂、封堵球分层压裂、封隔器压裂等。如何保证多层同时被压开是要解决的一个重要问题。针对上述情况, 开发一种单趟管柱压裂多层, 提高成功率, 节省作业成本, 成为必然选择。

1 多级分层压裂酸化工艺管柱研究

该工艺管柱由多级扩张式压裂封隔器、喷砂器、滑套密封器、底部球座等工具组成, 通过自下而上的处理方式可以实现不动管柱酸化压裂3层或对其中任意1层进行施工造。多级分层压裂酸化工艺管柱自上而下组成工具有:安全接头、上级带锚定扩张封隔器 (简称上封锚) 、上级喷砂器 (简称上喷器) 、扩张封隔器、中级带锚定扩张封隔器 (简称中封锚) 、中间喷砂器 (简称中喷器) 、扩张封隔器、下级带锚定扩张封隔器 (简称下封锚) 、滑套密封器、下级喷砂器 (简称下喷器) 、底部球座等。

1.1 带锚定扩张式封隔器的研制

MK344-114型封隔器由接箍、短接、O型圈、缓冲座、壳体、锚爪、弹簧、螺钉、压板、筛管、上胶筒座、胶筒、中心管、下胶筒座、球座、剪环、剪钉、滑套、下接头等部件组成。缓冲座可有效减轻高速携砂液通过时对工具的涡流冲蚀;滑套上部的球座由氧化硅陶瓷构成, 有效减少冲蚀;胶筒肩部有钢丝连线与橡胶硫化。并上、下连接套与胶筒细脖子处留有一定间隙, 防止胶筒肩部突出时被啃坏、滑动接头在胶筒砂卡时, 上提一定负荷下, 有强制恢复胶筒原状功能。

工作原理为:压裂管柱下至井内预定位置后, 在一定压差情况下封隔器分隔油层, 同时锚定器锚爪伸出抓住套管防止油管蠕动, 压裂液通过喷砂器的喷砂孔进入油层, 经过试挤、压裂加砂, 替挤等工艺后, 完成压裂工序, 然后上提管柱起出压裂管柱。

1.2 扩张式封隔器的研制

K344-114型封隔器由接箍、短接、O型圈、缓冲座、上胶筒座、胶筒、中心管、下胶筒座、球座、剪环、剪钉、滑套、下接头等部件组成。缓冲座可有效减轻高速携砂液通过时对工具的涡流冲蚀;滑套上部的球座由氧化硅陶瓷构成, 有效减少冲蚀;胶筒肩部有钢丝连线与橡胶硫化。并上、下连接套与胶筒细脖子处留有一定间隙, 防止胶筒肩部突出时被啃坏、滑动接头在胶筒砂卡时, 上提一定负荷下, 有强制恢复胶筒原状功能。

工作原理为:配合锚定封隔器使用, 防止锚定封隔器上部积砂, 强化管柱的密封效果。压裂管柱下至井内预定位置后, 在一定压差情况下封隔器分隔油层, 压裂液通过喷砂器的喷砂孔进入油层, 经过试挤、压裂加砂, 替挤等工艺后, 完成压裂工序, 然后上提管柱起出压裂管柱。

1.3 压裂喷砂器的研制

喷砂器的主要作用是形成节流, 造成压裂管柱内外压差, 为封隔器提供坐封压力, 保证封隔器密封;为压裂液提供通往地层的通道, 使压裂液进入地层;避免压裂砂直接冲击套管, 造成套管内壁损伤。

喷砂器由接箍、短节、O型圈、缓冲座、上体、弹簧、液缸、密封座、剪钉、陶瓷喷嘴、密封圈、滑套、调节环、下体等组成。缓冲座的设计可有效减轻携砂液在此处形成的涡流冲蚀效应;通过调节弹簧的松紧控制喷砂器的节流压差, 从而为封隔器的开启创造可靠坐封压力;密封座采用陶瓷材料, 提高抗冲蚀能力, 为后续投球创造良好密封条件;喷嘴采用陶瓷材料, 提高抗冲蚀能力, 从而提高管柱的加砂能力。

工作原理为:投入钢球坐在滑套芯子上, 从油管加液压, 剪断剪钉打掉滑套芯子, 节流喷砂滑套进入工作状态, 高压流体经喷砂滑套节流孔节流后喷出, 形成节流压差, 使相应的封隔器处于工作状态, 按照设计工艺进行压裂酸化施工, 压开措施层。

2 施工工艺

2.1 下层施工工艺

按设计要求配好管柱。连接管线, 循环泵、小排量替液 (排量小于0.7m3/min, 正反顶替均可) , 此时, 由于滑套的作用, 上封锚、中级封隔器、中封锚、上喷器、中喷器均处于密封状态, 而下级封隔器、下封锚、下喷器处于工作状态。此时, 可直接依照施工设计进行下层压裂酸化施工。

2.2 中层施工工艺

待上层施工结束后, 投球 (Φ38mm) 至中封锚坐封球座处, 油管内憋压15 MPa将滑套打落至滑套密封器处使中封锚、中喷器处于工作状态, 此时下级封隔器、下封锚依然处于工作状态。依照施工设计进行中层压裂酸化施工。

2.3 上层施工工艺

待中层施工结束后, 投球 (Φ44mm) 至上封锚坐封球座处, 油管内憋压15 MPa将滑套打落至密封面处, 使上封锚、上喷器、中级封隔器、中封锚的水力锚处于工作状态, 此时中封锚封隔器以下各工具处于非工作状态。依照施工设计进行中层压裂酸化施工。

3 现场应用

2009年7月, 在钱36井进行现场应用。钱36井压裂目的层井段跨度较大, 笼统压裂难以受效, 适合采用分层压裂进行改造, 共分三层, 井段分别为1号层段1 721.5~1 763.8m、2号层段1 655.1~1 678.8m、3号层段1 693.6~1 701.8m。各级压裂管柱顺利座封, 封隔器密封情况良好, 设计复合率达到100%。日增油67t/d, 累增油18 090t。

4 结论

1) 该管柱可以不动管柱进行2层或3层分层压裂施工, 在施工前可以小排量正反替液;2) 该管柱还可以用于2层或3层分层酸化作业施工, 可以很方便地进行反洗井冲砂或排酸作业, 施工简单方便, 施工成本低。

参考文献

[1]油田用封隔器及井下工具编写组.油田用封隔器及井下工具手册[M].北京:石油工业出版社, 1981.

[2]中国农业机械化科学研究院.实用机械手册[M].北京:中国农业机械出版社, 1984.

[3]石步乾, 李家明, 张宏禄, 等.多层酸化工艺研究及应用[J].石油钻采工艺, 2004, 26 (3) :49-51.

分层压裂工具篇3

随着长庆区域试油作业技术的发展, 试油压裂作业工具也更加适用。其中长庆区域特有的工具有很多, 比如KHT型滑套开关、导压喷砂器等。除了这些完全独特的, 还有部分经改造更适用的工具。虽然井下作业更加方便, 但工具的多变性就相应提高了。在发生事故时, 我们很有必要根据现有的工具规格, 探讨工具的搭配。搭配的原则就是安全、简单, 最重要的就是适用。

1 打捞工具选配

1.1 落物分类

首先要简单将落物分类, 分别是:管类, 杆类, 绳类和小件落物。按照这些落物在井下的情况, 我们将打捞工作分为简单和复杂两类。绳子类或者是管类的物体落入井下, 还可能是封隔器卡断落入井内的这些情况, 只需要提拉、震击简单操作就可以解决, 这就是简单打捞。而复杂打捞, 就是落物落入水中, 需要钻磨、倒扣甚至爆炸才能解决的问题。只有这样, 才能保证井下作业的正常运行。落物可能是一样的, 但落入的情况不一样, 就需要采用不同的策略, 这就要求我们具体分析遇到的情况, 采取合适的工具搭配组。

1.2 打捞工具选择的要求

1) 首先, 我们想到的应该是可退式工具, 在不能使用时, 才会考虑不可退式的。前提是一定要配有安全接头。为了保证安全, 我们要对工具进行全面的检查。保障工具的完整、规格尺寸的正确、强度等。

2) 工具的选择要根据制定的策略, 当然, 策略的制定是根据当时落物的落入方式决定的。一般下井的工具外径与套管内径的间隙是有一定要求的。如果由于什么原因, 使得间隙<6 mm, 就要采取一定的措施。通常我们是先下入外径和长度都不小于工具的通井规, 再下入准备的打捞工具。

1.3 长庆区域试油压裂事故常见鱼头及工具选配

1.3.1 油管

1) 弯鱼头油管。

由于弯鱼头的规则不统一, 所以对于类似的问题, 简单的打捞工具不能解决, 这里提出两个解决方案:一种是使用开窗捞筒。开窗捞筒主要用来打捞由于单吊环造成的落井问题, 打捞接箍台阶部位, 就可以把落物捞出来。前提是捞筒的长度、内径、外径都满足成功打捞的要求, 这也是制作时需要留意的。打捞时切忌猛的用力, 这样, 窗舌很容易折断。另一种工具就是弯鱼头打捞筒。它和开窗捞筒有一点是相同的, 那就是不需要改变鱼顶, 可直接进行打捞。它是扁形的, 用的是锥面具有的夹紧力, 将落物的关注紧紧抓住。相对于前一个, 弯鱼头打捞筒可打捞的重量大一些, 但若鱼头的变形很严重, 很难抓住。

2) 规则鱼头。

既然是规则的鱼头, 打捞就显得比较简单了。通常为了尽可能的使打捞作业简易, 我们选择可退式的工具。一般要用到捞矛和捞筒。至于倒扣式的在不需要倒扣时也可作为打捞工具。

1.3.2 封隔器

封隔器看大小需要不同的工具来搭配。较大型号的封隔器, 外捞型的工具显然不适用, 就要从内捞工具中选择。上面提到的捞矛和倒扣捞矛都属于内捞工具。Y344型的封隔器零件比较繁琐, 需要特殊处理。可以使用配套的捞矛。为了保证封隔器不会倒散, 捞矛要一定程度的加长, 固定接头。

1.3.3 导压喷砂器

其内部有滤网、喷嘴等小零件, 内捞工具就不能使用了, 且两壁间的间隙<6 mm, 也就不能使用捞筒。可以考虑用接箍捞矛捞取上方螺纹部位。除此, 我们还可以使用母锥捞接头外壁, 但要根据实际情况, 截断母锥的断面, 保证母锥开口的长度符合要求。

1.3.4 滑套开关

它的内部有瓦片, 所以同导压喷砂器一样, 不能使用内捞工具。可以考虑搭配捞筒使用, 如果需要倒扣的话, 可以使用倒扣捞筒。捞取下鱼头时, 可以使用倒扣的母锥, 同上面提到的使用方法一样, 参照即可。

2 打捞辅助工具的选用

2.1 井下液压解卡器

解卡器是在确定没有被卡死的情况才使用的。它的工作原理就是利用很大的力量将落物上提, 从而解卡。所以一定要保证落物没有被卡死。它是怎样产生那么大力气的呢?那是因为其内部有多级液压缸, 地面打压后自然会有很大的上提力。它的作用点在套管上, 避免了对井架的大力损害。在解卡方面, 它的作用是不容忽视的, 毕竟很多情况下, 都是小的落物问题, 复杂打捞还是不多见的。

2.2 井下倒扣器

当需要倒扣打捞时, 井下倒扣器是一个很重要的工具, 将它与倒扣打捞工具的管柱连接在一起, 这样就将一个复杂打捞过程变成了一个简单的过程。具体的连接顺序是这样的:倒扣打捞工具+倒扣安全接头+下击器+倒扣器+油管。注意这是从下到上的顺序。还有必须使用下击器, 倒扣时管柱向上的行程就是它的作用。

3 建议

1) 在出现井下落物的情况以后, 要保证信息的畅通, 工具中心部门与作业部门要有良好的沟通。尤其是作业部门要详细描述事故信息, 根据实际情况, 工具中心更便于选择对应正确的打捞工具。

2) 工具中心的工具要尽可能的全面。针对已经有的压裂工具, 尽可能的搭配相应的打捞工具和辅助工具, 以备不时之需。在遇到紧急情况时, 尽可能的缩短准备时间。若现场作业的情况所需工具我们没有时, 要及时考虑现有工具改动, 满足需求。

摘要：近些年, 随着长庆试油作业技术不断完善, 渐渐的拥有了自己独特的作业工具。但井下作业自身带有的危险性是我们不能忽略的, 所以我们必须对事故发生后的处理做好万全的准备, 其中, 工具的最优选择是至关重要的一点。在不同工具作为鱼头时, 合理搭配使用打捞工具, 有完整的策略, 才能达到更好的效果, 对人员的救援才会更加及时。

分层压裂工具篇4

1.1 直井多层 (3层) 常规分层压裂方法

常规的分层压裂技术有: (1) 封隔器+滑套分层压裂。该工艺由3级封隔器和滑套喷砂器组成, 根据油层在纵向上分布的特点, 通过自下而上的处理方式可以实现需压裂3层分别得到改造, 针对性强, 提高压裂效果明显。其压裂管柱结构如图2-1所示。

(2) 限流法分层压裂。该工艺可用于欲压开多层而各层破裂压裂有差别的油井。通过控制各层射孔孔眼数量和孔径, 并尽可能提高注入排量, 利用先压开层孔眼摩阻提高井底压力而达到一次分压多层的目的。该工艺的关键在于必须按照压裂的要求设计合理的射孔方案, 包括射孔孔眼、孔密和孔径, 使完井和压裂构成一个统一的整体。其工艺原理见图2-2。

(3) 堵塞球选择性压裂。该工艺是将井内欲压层段一次射开, 首先压开低破裂压裂层段后加砂, 然后注入带堵塞球的顶替液使射孔孔眼暂堵, 提高压力压开具有稍高破裂压力的底层。

青海油田主要采用封隔器+堵塞球的复合分层压裂工艺。

1.2 直井多层 (3层) 分层压裂应用情况

从2005年开始青海油田就尝试分层压裂多层 (3层) 的压裂实验。直至2011年, 在南翼山III+IV及Ⅴ油组共实施封隔器滑套配合暂堵球3层分层51井次, 设计压裂145层, 实际压开117层, 压裂一次压开率69.59%, 措施有效率91.3% (见表2-1) 。

从上表可以看出2010年以前分层一次性压开率很低, 平均57.8%。未压开的层基本都是压裂施工时出现滑套工作性能不好或球 (杆) 不能顺利到位, 无法打开滑套造成的。2010年通过总结分析, 结合优化分层压裂管柱, 对直井3段分层压裂工艺进行了三大改进:

投球分压工艺改进。由以往的常规暂堵球分压工艺改为前置液投球分压工艺;

顶替量改进。由以往的欠顶替技术改为过顶替技术, 便于上层滑套开启, 能有效打开滑套。

配液方式改进。以往现场配制压裂液不能建立有效循环, 液体性能差, 配置射流泵现场配液后, 液体携砂性能特到了大幅度提高。

通过直井3段分层压裂“三大改进”后, 压开率大幅提高, 2010年分层一次性压开率达到88%, 2011年更是达到了98.41%, 完全解决了分层滑套开启的问题。

2005年至2010年, 通过“三大改进”后直井常规三层分段压裂工艺得到了验证, 是适合柴达木盆地特点的长井段、多储层油藏提高单井产量的首选方法, 并开始大面积推广应用于青海油田。但是受该工艺技术的局限性, 无法满足对于需要一次施工压裂3段以上的情况。

2 2011年青海油田直井多层分层压裂新技术应用情况

2.1 双封单卡压裂工艺技术

双封单压分层压裂技术是近几年新发展起来的一项油田增产措施工艺, 该工艺具有针对性强、效率高、安全可靠和加砂量大等特点。该工艺一趟管柱可压裂3-15层段, 极大的降低了单层施工成本。能达到精细分层改造, 解放所有目的层, 是对以往混压部分油层未得到有效改造的全面补充技术。但是该工艺也具有局限性:由于工艺耐温80摄氏度, 不满足对高温地层的措施需要;由于工艺耐压60兆帕, 不满足对高破裂压力地层的措施需要;对固井质量的要求较高, 固井质量较差且2段距离较近的井可能造成套管外窜无法正常施工;不满足对裸眼、筛管完井的油井措施需要。2011年青海油田引进双封单卡拖动分层压裂工艺, 在前期优化选井、选层的基础上, 用于直井分层压裂取得了很好的措施效果。

2.1.1 双封单卡压裂配套工具

双封单卡压裂配套工具是双封单卡压裂工艺中的关键部分, 它是由安全接头、水力锚、压差式封隔器、导压喷砂器、扶正器、导向丝堵组成。 (见图3-1)

(1) 封隔器特点:

为了提高封隔器承压密封性能, 钢碗设计为上端固定、下端活动;钢碗外径大于胶筒外径, 确保胶筒承压变形后仍能受到钢碗的保护, 预防拖动管柱时刮胶筒。由于胶筒内的最大应力发生在肩部附近, 是其他部分应力的3.0~3.6倍, 故胶筒布线采取钢丝连线和尼龙连线, 在2层尼龙线之间增加钢丝连线层;优化钢丝连线角度;均匀分布钢丝连线张力, 确保受力均匀, 缩小两端金属固件间隙, 避免钢丝锁紧后位移。以提高胶筒承压能力, 降低残余变形。

(2) 导压喷砂器特点:

导压喷砂器与下封隔器直接相连, 喷砂器内衬套设有2条导压槽, 确保上、下两只封隔器同时座封;喷砂口与下封隔器距离短, 以减小封隔器上端沉砂, 如发生砂卡, 利用导压喷砂器冲砂反洗的功能, 通过边冲砂边上提管柱, 达到安全起下管柱的目的。

(3) 确定锚定及扶正工艺:

工具串上部锚定。通过受力分析压裂管柱采用水力锚锚定可以大大减少由于活塞效应、螺旋弯曲效应、膨胀效应及温度效应等引起的管柱伸缩, 提高上下封隔器的密封性能。

采用扶正器扶正。扶正器设计为刚性扶正结构, 并开有导流槽, 外径116mm, 大于封隔器外径, 可以保护封隔器的起下, 同时避免支撑剂堆积, 提高封隔器密封及回收性能。

2.1.2 双封单卡现场实验

2011年分别在七个泉油田和花土沟油田进行了一趟管柱拖动压裂5段工艺实验3井次 (见表3-1) 。措施成功率为100%。

以七新6-2井为例, 对双封单卡直井多层压裂工艺技术进行分析。

(1) 七新6-2井基本情况:

七新6-2井属于柴达木盆地西部坳陷区茫崖凹陷亚区小红山—阿哈堤-七个泉背斜带上的七个泉构造。于2010年12月5日完钻, 完钻井深为1290.0m, 措施层段储层温度42.85℃。该井于2 0 1 1年3月1 1日, 对1 1 5 0.0 0 m-1170.00m压裂, 施工总液量124.00 m3, 共加砂22.00 m3, 压后日产油1.12吨。

(2) 施工规模及其参数优化设计:

根据该井储层特点, 对施工规模和施工参数进行了优化, 优化结果 (见表3-2) 。

(3) 裂缝参数优化:

根据该井储层特性、射孔段长度及间距情况, 采用Stim Plan进行裂缝参数优化 (见表3-3) 。

施工情况

该井于6月20日进行现场施工, 共泵入总液量708.74m3, 加砂90m3, 平均砂比21.16%, 最高施工压力75.3PMa, 施工成功。各层施工参数 (见表3-4) 。

施工参数与设计参数对比分析

从表3-5分析得出:七新6-2井施工完成设计液量的92.41%、完成设计加砂量的100%。双封单卡拖动压裂工艺现场试验取得了成功, 同时也验证了该井所用工具具有较高的可靠性。

2.1.3 双封单卡措施后效果分析

从表3-6可以看出, 七新6-2井压后日产油13.54吨, 含水7.5%, 日增油12.54吨;七6-10井压后日产油11.1吨, 含水12%, 日增油9.3吨;N9-2-4井压后日产油5.7吨, 含水62%, 日增油4.2吨。均取得了明显的措施效果。

直井双封单卡拖动多层段压裂工艺现场实验的成功和措施的有效, 验证了该工艺技术具有较高的可靠性, 同时也为青海油田长井段、薄多油藏直井多段改造提供了一项新的工艺技术支持。

2.2 多级封隔器+滑套压裂工艺技术

多级封隔器+滑套压裂工艺技术具有耗液量少、施工时间短、起钻时如遇沙卡可分级打捞等特点, 极大的降低了封隔器压裂措施风险。该工艺适用于高温、高压储层及地层能量较好, 压裂措施后有自喷能力的长井段多油层储层。2011年青海油田在前期优化设计的基础上, 使用多级封隔器+滑套压裂工艺技术进行直井多段分层压裂措施效果明显。

2.2.1 多级封隔器+滑套压裂配套工具

多级封隔器+滑套压裂配套工具是由安全接头、水力锚、封隔器 (A、B、C) 、喷砂滑套、球栏和丝堵组成。 (见图3-2)

1—安全接头;2—水力锚;3—封隔器 (C) ;4—喷砂滑套;5—封隔器 (B) ;6—封隔器 (A) ;7—球栏;8—丝堵

该工艺由封隔器 (A) 即座封封隔器, 封隔器 (B) 即工作封隔器, 封隔器 (C) 即顶封, 这3种类型的封隔器组成。

该工艺的特点是:

(1) 压裂封隔器是一种液压座封, 双向卡瓦锚定, 上提管柱解封式工具

(或下专用打捞工具解封) , 可承受70MPa上压差及下压差。在解封方面采用分级解封、振击解卡、分段打捞结构, 解封力低, 解封可靠。如果压裂后出现封隔器遇卡时, 将遇卡封隔器丢开, 再下打捞工具、冲砂将封隔器捞出。

(2) 管柱所配置的工具都设有抗阻机构, 下井过程中遇软硬阻时工具不误动下井过程中遇软硬阻时工具不误动作, 可适用于大斜度井。

(3) 管柱所配置的井下工具的进液通道设计了防砂机构, 避免了压裂砂进入工具内腔, 保证各工具工作及解封的可靠性。

(4) 管柱所配置的井下工具的关键件均采用优质合金钢, 并耐压裂砂磨损处理。

(5) 压裂时喷砂通道面积大, 对套管损伤小。

2.2.2 多级封隔器+滑套压裂现场实验

2011年青海油田首次采用多级封隔器+滑套压裂工艺技术实现直井压裂5段, 该工艺已施工试验4井次 (见表3-7) , 工艺成功率95%。

以南浅3-06井为例, 对多级封隔器+滑套直井多层压裂工艺技术进行分析。

(1) 南浅3-06井基本情况:

南浅3-06井位于柴达木盆地西部坳陷区南翼山构造高点。于2006年5月28日完钻, 完钻井深为1610.0m, 措施层段储层温度61-77℃。该井于2007年6月12日, 对1418.0-1430.6m投产压裂, 共加砂19 m3, 2007年6月28日对1473.0-1477.2m进行补孔压裂, 共加砂16方, 目前日产油0.4吨, 含水81.17%。

(2) 施工规模、参数及管柱优化设计:

根据该井储层特点和以往压裂措施情况, 对施工规模、施工参数及管柱设计进行了优化, 优化结果 (见表3-8、表3-9) 。

(3) 裂缝参数优化:

根据该井储层特性、射孔段长度, 采用Stim Plan进行裂缝参数优化 (见表3-10) 。

(4) 施工情况

该井于10月15日进行现场施工, 共泵入总液量781.6m3, 加砂115m3, 平均砂比24.35%, 最高施工压力61.72PMa, 施工成功。各层施工参数 (见表3-11) 。

(5) 施工参数与设计参数对比分析

从表3-12分析得出:南浅3-06井施工完成设计液量的105.5%、完成设计加砂量的102.7%。多级封隔器+滑套压裂工艺现场试验取得了成功, 同时也验证了该工艺具有加砂量大, 耗液量少的特点。

2.2.3 多级封隔器+滑套措施后效果分析

从表3-13可以看南浅3-06井压后日产油3.9吨, 含水60%, 日增油3.5吨, 南浅3-05井、南浅3-07井、七7-1井距措施后时间短, 均在排液中, 但是从排液情况来看均取得了明显的措施效果。

3 结论

(1) 2005年至2010年, 通过“三大改进”后直井常规三层分段压裂工艺得到了验证, 是适合柴达木盆地特点的长井段、多储层油藏提高单井产量的首选方法, 并开始大面积推广应用于青海油田。但是受该工艺技术的局限性, 无法满足对于需要一次施工压裂3段以上的情况。

(2) 形成了双封单卡拖动直井多段分层压裂的精细分层改造技术, 该技术是对以往混压后部分油层未得到有效改造的全面补充, 能够达到解放所有目的层的效果。为青海油田长井段、薄多油藏直井多段精细改造提供了一项新的工艺技术支持。

(3) 形成可分级解封、振击解卡、分段打捞的多级封隔器+滑套压裂技术, 解决了压裂后常规封隔器遇卡时无法起出的问题, 很大程度上降低了措施风险。在直井多段压裂中具有较高的实用性和安全性。也成为了青海油田长井段、薄多油藏直井多段改造的一项新的工艺技术。

摘要：随着青海油田油气勘探、开发力度的加大, 低渗难采储量占探明储量的80%左右, 水力压裂工艺技术在油气勘探开发中的作用越来越重要。青海油田储层埋藏深度差异大, 同一地区油气储层纵向分布跨度大, 多数是在500-3000m之内都有储层分布。部分区块平均30多个小层, 单层厚度在1.23-6.45m之间, 平均单层厚度不足2.0m, 油、气、水层以及薄泥质层间互。在进行压裂改造时, 地质要求单井压开4-6个油层, 常规混层压裂工艺一次施工不能压开所有油层, 多次压裂施工又会大幅度增加单井压裂成本。因此分层压裂是油田水力压裂技术研究的主要发展方向。2011年通过改进直井常规分层压裂工艺, 引进直井多段 (5层以上) 分段压裂工艺, 形成了以双封单卡、封隔器+滑套为主的适应青海油田长井段、薄多油藏直井多段改造工艺技术。

关键词：分层压裂,双封单卡,封隔器+滑套,现场试验,措施效果

参考文献

[1]王凤山, 张书进, 等.大庆油田低渗水平井压裂改造技术新发展[J].大庆石油地质与开发.2009.5

分层压裂工具篇5

1 煤层气水平井的自身特点及压裂难点

1.1 煤层气水平井的自身特点

煤层气水平井钻井技术作为煤层气重要的增产措施, 具有增大控制面积、提高沟通煤层割理裂缝、减少征地面积、增产效果突出的特点, 已经越来越多的应用于煤层气的开采当中。目前, 我国煤层气水平井主要有三种井型:单支水平井、U型连通水平井、多分支水平井。完井方式主要有裸眼完井、筛管完井、以及套管不固井完井等, 其中套管不固井完井后期需进行分段压裂改造。

1.2 煤层气水平井压裂改造的难点

(1) 煤层气储层压裂时, 需尽量形成长的具有强导流能力的水力裂缝, 以便投产后尽可能降低储层压力, 加快煤层气的解吸速度。

(2) 煤层气储层一般呈低压低温状态, 会给压裂液的破胶和返排造成困难。需选择低伤害的压裂液进行大排量压裂, 加大施工规模, 最大限度的沟通储层。

(3) 煤层气储层的杨氏模量低、柏松比大, 压裂时形成短宽裂缝影响压裂效果。需要优选出低密度支撑剂、支撑剂的铺置模型从而提高支撑剂的输送性能和裂缝的导流能力。

(4) 煤层天然裂缝及割理发育, 液体滤失量大, 容易造成加砂困难, 影响造缝缝长, 甚至发生砂堵。在前置液阶段, 应分几段加入较大量的降滤失剂。

(5) 煤层气水平井通常采取不固井的完井方式, 常规的分段压裂工艺无法起到封隔效果, 导致压裂液沿油套外壁流至其他目的层位。

1.3 水力喷射分段压裂技术在煤层气水平井中的适用性

针对煤层气水平井压裂的相关难点, 水力喷射分段压裂技术有以下适用性:

(1) 水力喷射压裂加砂量显著提高。水力喷射压裂可以显著松弛地层应力, 降低地层破裂压力, 易形成主裂缝, 从而减少近井多缝造成的液体滤失量大导致的加砂困难。同时水力射孔孔眼直径大, 降低了近井地带节流阻力, 不易产生砂堵, 有利于提高单井产能。

(2) 煤层气水平井井身结构特殊, 水平段采用套管不固井的方式, 且底部与直井洞穴连通。水力喷射压裂工艺在压裂过程中喷嘴处的高速射流将造成一个相对负压区, 卷吸着套管环空压裂液进入目的层段, 相对其他压裂工艺起到了“自封隔”的效果。因此, 可以有效隔离压裂层段的连通, 套管与裸眼环空窜通可能性降低, 满足煤层气水平井压裂的工艺需要。

2 水力喷射分段压裂工艺及其常规压裂管柱

2.1 水力喷射分段压裂的工艺介绍

水力喷射分段压裂结合了水力喷射射孔和压裂两个过程, 使得射孔、压裂可以一次完成, 其工艺流程如下:从地面由高压泵车将混砂液经油管泵入井里并经前端喷射器由喷嘴喷出, 喷射器射出的高压携砂水射流射穿套管及水泥环, 继续在地层中射孔形成孔道, 随着孔的加深, 地层中出现微裂缝。此后, 向环空泵入压裂液增加环空压力, 喷射流体增压和环空压力叠加超过破裂压力瞬间将射孔孔眼顶端处地层压破, 环空压裂液在高速射流的带动下进入射孔通道和裂缝中, 使裂缝得以充分扩展。

常见的水力喷射压裂按加砂方式的不同分为三类:油管加砂型、油管+环空加砂型、环空加砂型。其中环空加砂型以环空加砂为主, 油管喷射为辅, 兼有水力喷射压裂方式和光套管注入压裂方式的优点, 如:环空排量大, 油管排量低, 施工压力低, 适合大排量施工;喷嘴磨损极小;施工成功率较高等。但相比于前两者, 环空加砂型需要悬砂更好的压裂液, 且无法实现彻底“自封隔”。

针对煤层气水平井的特点, 综合考虑压裂施工安全和施工工艺的需要, 适宜选择环空加砂型水力喷射分段压裂方式进行施工。

2.2 国内常见水力喷射压裂工具管柱

常见水力喷射压裂工具管柱包括扶正器、喷射器、单流阀、滤管、导向头等结构, 如图1所示。

四机赛瓦石油钻采设备有限公司的连续管压裂工具管柱包括连续管外卡瓦式连接接头、机械式安全丢手接头、机械式套管接箍定位器、喷射器+导向扶正器等结构, 如图1所示。

中石油长庆油田带有偏心定位器的水力喷射压裂工具管柱包括万向节、偏心定位器、喷射器、单流阀、滤管及导向头等结构, 如图3所示。

3 煤层气水平井水力喷射分段压裂管柱的优化

常规的水力喷射压裂管柱, 由于射流增压的局限性, 压裂过程中油套环空的目的层与已压层之间, 难以实现彻底的“自封隔”效果。为了辅助实现层间隔离, 减少水平井与连通直井之间的相互干扰, 保证管具稳固不动, 特在喷射器下部加装一打压式底部封隔器和底部水力锚定工具, 从而提高了封隔效果, 实现封隔有效性的“双保险”。

优化后水力喷射压裂管柱包括安全接头、上流动短节、喷射器、下流动短节、底部封隔器、底部锚定、扶正器、单流阀、滤管及导向头等结构, 如图4所示。

优化后压裂管柱主要工具性能介绍:

(1) 水力喷射工具

由于施工段为水平段, 井斜角大, 垂直深度差异小, 通过不同喷嘴组合对应的射流速度和泵压计算, 最终采用水力喷射压裂工具的喷嘴组合方式为:6×Φ6mm, 相位角120°。喷嘴分上下两层, 对应喷嘴为同相位, 上下两层喷嘴间距80mm, 喷射工具外径Ф105m m, 耐温120℃, 耐压50Mpa, 优化施工排量为2.6-2.7m3/min。

(2) 底封封隔器

为满足总排量8.0-10.0m3/min的施工需要, 压裂过程中采用油套混注方式, 为降低非压裂层的压裂液滤失量, 压裂层与井底及已压裂层进行封隔器隔离。选用可反复座封、解封, 承压性能高的小直径水平井压裂底部封隔器, 外径Ф108mm, 耐温120℃, 耐压50Mpa, 打压>1.5Mpa座封, 泄压解封, 解封后外径<114mm。

(3) 底部锚定

射孔及压裂过程中管柱受内压及环空活塞压影响, 有一定的伸长, 为保证封隔器可靠座封, 底部需加防下移锚定工具, 底部锚定工具外径Ф114mm, 耐温120℃, 耐压50Mpa, 1.5Mpa压差锚定, 防下移锚定力为400k N, 泄压自解锚, 也可上提管柱强制解锚。

(4) 安全接头

为避免意外砂卡等原因造成管柱死卡, 工具组合上部采用安全接头与油管连接, 安全接头为滑套式结构, 可投球打压丢手, 井下工具串留有φ62m m标准内通道, 便于后续打捞, 工具长度400mm, 内通径50mm, 承压50Mpa, 耐温120℃。

(5) 扶正器

为保证管柱上提下放过程中减少卡阻和喷枪喷嘴离开套管下沿和封隔器座封需要, 工具组合上下需要适度居中, 采用两个Φ114mm扶正器。

4 现场应用

4.1 SN007-1水平井情况介绍

SN007-1井组是中联煤有限责任公司在沁水盆地柿庄南区块部署的一组U型水平连通井, 隶属于山西沁水盆地南部煤层气直井开发示范工程。

为了进一步查明柿庄南区块西区煤层气赋存的基本地质条件和富集规律, 评价采用不同完井方式的U型连通水平井开采3#煤的技术经济可行性, 对SN007-1水平井进行了储层压裂改造。

SN007-1水平井完钻井深1780.23m, 造斜点795.32m, 最大井斜88.90°, 三开水平段进尺604.38m。

4.2 现场施工流程

通洗井→压前准备→正循环压裂液顶替井筒→水力喷砂射孔→水力喷射压裂程序→测压降→压力自然降落→油嘴控制放压→饭循环洗井→上提管柱至下一层, 坐封井口→压裂下一层。

为了充分造缝和增强液体的携砂能力, 施工采用大排量方式进行压裂。现场配置两套各自独立互不干扰的补液单元及主压单元, 其中油管泵注系统为3台2000型压裂车, 环空泵注系统为5台1800型压裂车。设计排量大于8.0m3/min, 其中油管注入排量2.6-2.7 m3/min, 套管注入排量大于5.5 m3/min。支撑剂选用20-40目的石英砂, 压裂液选用携砂性能好、降阻性能突出、破胶彻底的VES清洁压裂液。

4.3 施工结果分析

本次施工总液量2400方, 总砂量255吨, 平均砂比17.48%。优化后的水力喷射分段压裂管柱基本满足煤层气水平井压裂作业的施工要求, 现场施工比较顺利, 可继续在以后的煤层气井压裂改造中推广使用。

5 结论与思考

(1) SN007-1水平井压裂使用的主要工具为喷射器、水力锚和封隔器。现场应用表明:

喷嘴磨损扩径小, 耐磨性满足施工要求。

水力锚过于灵活, 在管具下放过程中锚爪容易伸出、锚定, 给下放造成很大困难。建议设计销钉等固定部件, 方便下放, 至目的层后打压剪切销钉, 再锚定。

封隔器虽能有效封隔, 但是重复使用次数有限, 建议改进。

(2) 五段目的层的施工压力差异较大, 套压多次超过限压。

第三层施工压力起伏波动较大, 目的层吃砂困难, 说明煤层的非均质性强。以后应取全取准地层物性参数, 做到精细化压裂设计。现场要多备压裂液, 以便当加砂困难时降砂比施工甚至段塞式加砂, 完成设计加砂。

(3) SN007-1水平井应用优化后水力喷射分段压裂工具开展压裂施工, 在煤层气水平井的压裂项目运行模式、技术改进和施工组织等方面积累了宝贵经验。

(4) 目前SN007-1井组尚未进行后期排采作业, 该煤层气水平井储层改造后的产能情况需要继续跟进分析。

参考文献

[1]田守嶒, 李根生, 黄中伟, 等.水力喷射压裂机理与技术研究进展[J].石油钻采工艺, 2008, 30 (1) :58-62

[2]李宝林.连续油管压裂技术在大牛地气田的应用[J].石油地质与工程, 2008, 22 (3) :88-90

[3]田守嶒, 李根生, 黄中伟, 等.连续油管水力喷射压裂技术[J].天然气工业, 2008, 28 (8) :61-63

分层压裂工具篇6

1 工艺原理

TAP lite套管滑套分层压裂, 是综合集成应用完井。是将多个针对不同产层的TAP lite阀与套管入井, 并一起被固井的完井工艺, 固井后直接通过套管压裂。其工艺过程如下:

(1) 按照指令将各个TAP lite阀与套管串连接, 下入预定压裂井段, 测井校深, 保证TAP lite阀位置准确无误;

(2) 实施固井、测井、完井作业;

(3) 安装井口装置及套管试压作业;

(4) 首先实施压裂测试, 修整下一级压裂预案;

(5) 第一层压裂泵注压裂液, 缓慢加压, 使爆破阀破裂, 打开第一级滑套, 进行压裂施工;

(6) 第2-6层投球, 等球入座后, 隔离下面产层, 套管内形成密闭空间;

(7) 井口加压, 剪断销钉组, 内滑套下行;

(8) 从下到上, 依次投球实现多层分层压裂, 最后通过放喷返排, 返出球;

(9) 可使用连续油管和机械开关工具实施关闭滑套。

2 工艺优点及关键技术

2.1 工艺优点

TAP lite套管滑套分层压裂最大优势在于:打破了常规油管分层压裂的弊端, 简化分层多级压裂施工及配套工序, 后期出水层可以通过关闭滑套隔离, 便于二次或多次作业, 更大限度的开发储层潜力, 改造层数多。工艺安全性高、施工效率高、加砂量大、工艺技术优势。

2.2 关键技术

2.2.1 高压管线及井口连接方式

由于梁平1井为套管压裂, 施工排量大 (设计施工排量为5m3/min) , 若按常规压裂高压管线连接井口上端, 施工时的大排量可能引起井口及高压管线颤动。为保证井口及管线的平稳、投球方便, 采用特殊连接法, 连接井口, 并由套管两翼注入压裂液施工, 保证施工管线及井口的平稳。如图2所示。

2.2.2 排量控制

施工排量太大, 会导致裂缝窜层, 造成压开水层的危险, 特别是对产层和水层之间的遮挡层不足够致密, 其厚度不够大时, 排量越高越危险。施工排量太小时, 既不能很好的携砂又不能充分压开产层的有效厚度, 由于梁平1井施工管径大, 保证排量的平稳是非常必要的。

2.2.3 投球

该井施工时, 等球自然下落到水平段后再采用液体送球, 防止直接液体送球, 液体进入前一层施工层位, 造成上层压裂效果不好, 防止裂缝闭合形成俗称的“包饺子”现象。

3 现场应用

梁平1井是青海油田的一口水平致密油评价井, 地处于柴达木盆地小梁山构造靠近梁101井井口的东南方向750m处。该井油层套管外径为Φ139.7mm, 壁厚为9.17mm, 水平井井段长600.16m, 该井施工总液量1372.10 m3, 共加砂165.00 m3。

3.1 梁平1井概况

3.1.1 储层岩性及物性特征

邻井梁101井储层段的岩性为灰色含泥晶灰岩、灰色藻灰岩、灰色灰质粉砂岩及黄色含泥粉砂岩。根据岩心分析资料统计可知, 孔隙度分布范围在8.3-36.2%, 平均27.7%, 渗透率分布范围0.04-139.6m D, 平均3.9 6 m D。预测该段井地层压力为16.27MPa, 地层温度约46.9℃。

3.1.2 梁平1井TAP阀完井管串图。

如图3所示

3.1.2

压裂层段 (TAP lite位置) 数据 (表1)

3.2 压裂施工数据

3.2.1

施工参数 (表2)

3.2.2 施工曲线

4 总结与意义

(1) 首次应用TAP lite套管滑套分层压裂工艺完成6层压裂, 为致密油勘探迈出了重要的一步。

(2) 该工艺施工安全、可靠、高效, 简化完井流程、减少完井时间节省完井费用, 比传统射孔压裂工艺提前三天, 大大提高了施工效率, 节省了施工成本。

(3) 施工过程中按照作业标准执行, 保证压裂管柱、设备、井口及工具符合施工要求, 保证排量稳定, 防止排量忽大忽小是该工艺成功的关键。