压裂爬行器研制

张华光,桂 捷,王亚娟,张文星,张丽娟

(1.长庆油田公司油气工艺研究院,西安710021;2.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室,西安710021) *

压裂爬行器研制

张华光1,2,桂 捷1,2,王亚娟1,2,张文星1,2,张丽娟1,2

(1.长庆油田公司油气工艺研究院,西安710021;2.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室,西安710021)*

封隔器分压合采一体化管柱工艺开启上层滑套采用的钢球在压裂施工结束后大多留在井筒内,该钢球导致产气剖面测试无法实施。研制的压裂爬行器在压裂施工结束后能伴随返排液到达井口,实现井筒畅通的目的,为气井后期作业提供了较好的井况。

爬行器;井筒;气井;分层压裂

长庆气田储层非均质性强,气层薄而多,单层产能较低,开采难度大,降低成本是气田经济有效开发的必由之路。经过几年的技术攻关,开发出了封隔器分压合采一体化管柱工艺[1](如图1)。

该工艺一次射开上、下气层,下入封隔器分压合采一体化管柱并投球加压,封隔器坐封后压裂下层;继续投球打开滑套,建立上层通道同时封堵下层;压裂上层,合层排液后合层开采。开启上层滑套采用的钢球大多留在井筒内,类似于一个单流阀,对气井合层测试有一定的影响,并导致开发井产气剖面测试困难,气探井分层测试数据不准确[2]。为解决钢球留井问题,进行了空心钢球、尼龙球等轻质球的试验,但这种球只有在井底能量较好的情况下才能到达井口,而且打捞困难。由于其可控性较低,研制了压裂爬行器。

图1 封隔器分压合采一体化管柱

1 结构及工作原理

1.1 结构

压裂爬行器由打捞头、滑套开启装置、爬行装置及锁套、下层密封、压差产生装置等组成,如图2。

图2 压裂爬行器

1.2 工作原理

一次下入封隔器分压合采一体化管柱,投球坐封封隔器,然后打掉钢球建立下层压裂通道压裂下层;下层压裂结束后,从井口投入压裂爬行器到达喷砂滑套位置后,油管加压开启上层压裂通道,同时压裂爬行器下行到达滑套工作筒位置密封下层,压裂上层。在上层压裂过程中,上液腔与上层连通,下液腔与下层连通。由于上层施工压力大于下层关井压力,爬行机构锁套在压差作用下剪断销钉下行,爬行机构开启,压裂结束后,压裂爬行器随返排液到达井口,打捞头进入预先安装在井口的捕捉器进行打捞。如果未能到达井口或者捕捉器没有捕捉住钢球,可以通过钢丝作业打捞。

2 爬行理论计算

压裂施工结束后压裂爬行器在井筒内的受力状况如图3。主要有4个力:爬行器上行的上推力FSH、爬行器受到的液体浮力 FF、爬行器自重力Wg、爬行器与管壁之间的摩擦力fM。

图3 压裂爬行器受力分析

向上爬行必须满足

FSH是靠液流节流压差产生,爬行机构的瓦片在遇到阻力时可以收缩,因此 fM较小,可以忽略。将式(1)简化为

爬行器截面的孔隙相当于8个«8.5 mm的孔(如图4),液流产生的节流压降推动爬行器上行。

图4 压裂爬行器爬行机构横截面

喷嘴节流压差计算公式[3-4]为

式中,△p为间隙节流压降,MPa;ρ为返排液密度, kg/m3;Q为排量,m3/min;n为孔隙个数;d为孔隙当量直径,mm;Cd为流量系数,无因次。

则有

式中,S为爬行机构的有效面积,mm2。

由式(2)～(3),可以得出压裂爬行器启动所需要的最低排量仅为160.7 L/min,(压裂液返排量> 500 L/min)。

3 试验情况

3.1 室内试验

为确保现场施工安全,对压裂爬行器进行了室内试验,试验装置如图5,试验数据如表1。压裂爬行器自重5.2 kg,当油管加压10 MPa时,爬行机构开启,然后从油套环空实施反洗,当反洗排量达到180 L/min时,压裂爬行器顺利爬出油管(如图6)。

图5 试验装置结构

图6 室内试验现场

表1 压裂爬行器室内试验数据

3.2 现场试验

在长庆气田苏X井进行了现场试验。该井喷砂滑套约深3 600 m,在上层施工过程中,由于上封隔器失效导致上层压裂施工没有完成,但压裂爬行器伴随返排液到达了井口捕捉器。

4 结论

1) 应用该压裂爬行器能够解决因钢球留井影响气井合层测试的问题,并有利于井内压裂液的返排。

2) 为后期在气探井开展分层测试、在开发井开展产气剖面测试等提供了技术支撑。

[1] 张丽娟,赵广民,赵粉霞,等.Y241型封隔器分压管柱可靠性分析[J].石油矿场机械,2010,39(7):25-28.

[2] 付钢旦,桂 捷,赵粉霞,等.气井分压合采工艺技术研究[J].天然气工业,2005,25(4):71-73.

[3] 王步娥,舒晓晖,尚绪兰,等.水力喷射射孔技术研究与应用[J].石油钻探技术,2005,33(3):51-54.

[4] 李宪文,陈生圣,赵文珍.水力喷砂射孔压裂喷嘴的损伤试验与分析[J].石油矿场机械,2009,38(2):42-46.

Development of Crawl Device in Fracturing

ZHANG Hua-guang1,2,GUI Jie1,2,WANG Ya-juan1,2,ZHANG Wen-xing1,2,ZHANG Li-juan1,2
(1.Oil and Gas Technology Research Institute,Changqing Oilf ield Company,Xi’an710021,China; 2.N ational Engineering L aboratory of Low-permeability Oil and Gas Ex ploration and Development,Xi’an710021,China)

Most of the balls used to open the up sliding sleeve for sand blast of the separate pressure production string remain in the well bore,which may lead to the failure of well testing.The crawl device could get back to the wellhead with the return liquid after fracturing,which makes a straightway in well bore and provides a better well bore condition for later job.

crawling device;well bore;gas well;separated layer fracturin

1001-3482(2011)07-0074-03

TE934.2

B

2010-12-21

张华光(1980-),男,山东临朐人,工程师,2003年毕业于中国石油大学(华东)机械设计制造及其自动化专业,主要从事井下配套工具的研制和新技术推广应用方面的工作,E-mail:zhguang_cq@petrochina.com.cn。