«114.3 mm套管分层压裂管柱的研制与应用

许 莉,王治国,张丽娟,赵广民,朱西柱

(1.西安石油大学,西安710065;2.长庆油田公司油气工艺研究院,西安710021; 3.长庆油田公司第二采油技术服务处,甘肃庆阳745100) ①

«114.3 mm套管分层压裂管柱的研制与应用

许 莉1,2,王治国2,张丽娟2,赵广民2,朱西柱3

(1.西安石油大学,西安710065;2.长庆油田公司油气工艺研究院,西安710021; 3.长庆油田公司第二采油技术服务处,甘肃庆阳745100)①

华庆油田长6厚油层是超低渗透油藏,大多数井为大斜度井,采用«114.3 mm(41/2英寸)套管完井。为使多油层段的井得到有效开发,研制了«114.3 mm(41/2英寸)套管分层压裂工艺管柱及配套工具。工艺管柱由水力锚、K344型封隔器、喷砂器等组成,实现了一趟管柱压裂3层的目的。至2009年底,现场应用113口井,施工成功率95%以上,起钻成功率100%,满足了井深2 500 m、井斜<45°的«114.3 mm(41/2英寸)套管分层压裂的需要。

低渗透油藏;小眼井;大角度斜井;分层压裂

华庆油田超低渗透油藏平均埋深2 200 m,大 多数井为大斜度井,采用«114.3 mm(41/2英寸)套管完井,开发难度大,单井产量低。为实现低成本有效开发,结合长庆安塞油田、江汉坪北油田合作区1 500 m井深、«114.3 mm(41/2英寸)套管压裂工艺存在的问题,经过室内研究及现场应用,形成了高效、高安全性为突出特点的«114.3 mm(41/2英寸)套管分层压裂技术,满足了该油藏分层压裂改造要求。

1 小套管分层压裂工艺管柱优化设计

目前,常见的«114.3 mm(41/2英寸)套管分层压裂方式主要有填砂分层压裂、双封隔器卡层拖动分层压裂和封隔器封隔不动管柱分层压裂[1-3]。3种分层压裂工艺优缺点对比如表1。

表1 «114.3 mm(41/2英寸)套管分层压裂工艺优缺点

从表1可看出,不动管柱分层压裂工艺能够实现一趟管柱压裂2～3层、快速施工的需要,对于目前长庆超低渗透油藏分层改造较为合适,但对于3层不动管柱分层压裂的实施,存在反洗不到位,形成砂卡的风险,因此优化设计了«114.3 mm(41/2英寸)套管分层压裂施工管柱方案(如图1)。

对于2层:采用不动管柱分层压裂。

对于3层:采用不动管柱压裂第1、2层,拖动管柱压裂第3层。

图1 «114.3 mm(41/2英寸)套管分层压裂工艺管柱

按设计一次射开2段或3段油层,下入分层改造完井管柱,改造下层,直至下层达到设计要求,然后投钢球打开滑套喷砂器,使中间层改造层段连通,并封隔下段改造层,实现中间层改造,如果需压裂第3层,压完中间层后放喷,反冲洗井,上提管柱至合适位置,进行上层的改造。最终实现不动管柱压裂改造第1、2层,上提管柱压裂改造第3层的目的。其中图1a为压裂第1、第2层时的管柱位置,图1b为压裂第3层时的管柱位置。

2 配套工具

2.1 K344-93型封隔器

该封隔器主要由上接头、上胶筒座、中心管、扩张式胶筒、下胶筒座、下接头等组成,如图2。

图2 K344-93型封隔器

1) 坐封 当从中心管加液压0.6～1.2 MPa时,液压经中心管上水眼进入胶筒内腔,迫使胶筒向外扩张紧贴在套管内壁,密封油套环形空间。

2) 解封 放掉油管内的压力,胶筒即收回解封。

3) 特点 由于套管尺寸受限,设计工具时考虑满足承压能力要求,将扩张式胶筒与中心管硫化在一起,增强了胶筒的回弹性,胶筒两端无连接扣,组装时避免了2个不同直径、螺距的螺纹同时上紧过程中的互相干扰。

4) 技术参数

总长 878 mm

最大外径 «93 mm

最小内径 «50 mm

工作温度 120℃

承压压力 50 MPa

坐封压力 0.6～1.2 MPa

2.2 滑套喷砂器

滑套喷砂器主要由主体、密封圈、剪钉、滑套芯子、下接头等组成,如图3。

图3 滑套喷砂器

1) 工作原理 当钢球坐在滑套喷砂器上时,井口加液压,滑套上下产生压差,当压差达到滑套喷砂器剪切销钉的强度时,销钉被剪断,滑套下行,喷砂孔露出,沟通地层,进行地层的改造。

2) 技术参数

总长 455 mm

最大外径 «90 mm

内径 «32 mm

工作压力 50 MPa

承压压力 50 MPa

工作温度 120℃

销钉剪切压力 16 MPa

两端扣型 27/8″TBG

2.3 KDB-93型水力锚

水力锚主要由主体、螺钉、弹簧、锚爪、压板等组成,如图4。

图4 KDB-93型水力锚结构

1) 工作原理 从油管内加液压,锚爪在液压作用下,压缩弹簧,并被推向管内壁和卡牢在套管的内壁上,从而起到固定管柱的目的。放掉油管的压力,锚爪在弹簧的作用下就退回解卡。锚爪的外径设计为«101.6 mm,与套管内径一致,在油管内加液压时,锚爪伸出后可均匀的贴在套管壁上,增大了接触面积,锚定力增强。锚爪锚牙采用钝型设计,防止尖锚牙切入套管太深导致水力锚遇卡。

2) 技术参数

总长 352 mm

最大外径 «95 mm

最小内径 «50 mm

工作压力 50 MPa

3 现场应用

通过前期的技术论证、分层压裂工艺管柱优选、配套工具设计及压后返排工艺优化,«114.3 mm (41/2英寸)套管分层压裂工艺及配套技术已趋于成熟。2008—2009年,现场应用113口井,其中不动管柱2层分压96口井,一趟管柱3层分压17口井,各层间破压、施工压力差异明显,总体施工成功率95%以上。其中109口井压后顺利起出,起钻载荷增加值不超过50 kN,其他井通过抽汲、活动管柱、增加起钻力等方式顺利起出,总体起钻成功率100%。实现了对超低渗透油藏快速、经济有效开发。数据如表2。

表2 114.3 mm(41/2英寸)套管分层压裂总体实施情况统计

图5 陈X井长623层压裂施工曲线

图6 陈X井长下层压裂施工曲线

图7 陈X井长上层压裂施工曲线

4 结论

1) «114.3 mm(41/2英寸)套管分层压裂工艺管柱及配套工具可满足井深2 500 m、井斜≤45°,单层加砂量30 m3,最高砂比45%,施工排量1.4～2.5 m3/min条件下分层压裂改造的需要。

2) 通过不动管柱压裂第1、2层,拖动管柱压裂第3层工艺方法的试验,降低了3层不动管柱压裂时管柱结构复杂导致封隔可靠性降低、易卡钻的风险。

3) 现场应用表明,«114.3 mm(41/2英寸)套管分层压裂工艺层间封隔可靠、施工简单、作业速度快,取得了较好的改造效果。

[1] 赵广民,任 勇,张丽娟,等.组合封隔器分压管柱使用条件分析[J].石油矿场机械,2009,38(12):83-85.

[2] 李兴煜.不动管柱分层压裂技术研究[J].石油矿场机械,2008,37(9):103-105.

[3] 罗 懿,邹 皓,刘金林.小套管井一次多层压裂管柱的研制与应用[J].钻采工艺,2004(3):61-63.

Research and Application of Separate Layer Fracturing in«114.3 mm Casing

XU Li1,2,WANG Zhi-guo2,ZHANG Li-juan2,ZHAO Guang-min2,ZHU Xi-zhu3
(1.Xi’an Shiyou University,Xi’an710065,China;2.Oil&Gas Technology Research Institute, Changqing Oilf ield Company,Xi’an710021,China;3.The Second Production Technology Service,Changqing Oilf ield Company,Qingyang745100,China)

In view of the ultra-low permeability reservoirs characteristics of Chang 6 zone in Huaqing oilfield,Oil&Gas Technology research institute,Changqing Oilfield Company developed separate layer fracturing string and supporting tools in«114.3 mm casing,with the current status of exploitation of«114.3 mm casing well completion and most for high-deviated wells.One-trip string could fracture three layers,which has been made up of hydraulic anchors,K344 packers, blasts and so on.By the end of 2009,in the ultra-low permeability reservoirs in Huaqing oilfield, this technology was applied in 113 wells,which resulted a operation success ratio of more than 95%and a hoisting success of 100%,which can meet the demand of separate layer fracturing wells.In the«114.3 mm casing,it could separate layer fracture in the well depth within 2500m and the oblique within 45°.

low permeability pools;slim hole;high angle deviated hole;separate layer fracturing

1001-3482(2011)02-0076-04

TE934.2

B

2010-06-26

中国石油股份有限公司勘探与生产公司(1002-9)

项目来源:实用新型专利(ZL200920108821.1)

许 莉(1981-),女,甘肃榆中人,硕士研究生,2003年毕业于江苏工业学院计算机科学与技术专业,现从事企业内控管理工作,E-mail:xli_cq@petrochina.com.cn。