水平井裸眼分段压裂套压阀研制与应用

2014-06-05徐玉龙程智远李文艳姚卫东

石油矿场机械 2014年11期

关键词：套压压阀油压

徐玉龙，程智远，李文艳，姚卫东

（1.渤海钻探工程技术研究院，天津300280；2.渤海装备中成装备有限公司，天津300280）①

水平井裸眼分段压裂套压阀研制与应用

徐玉龙1，程智远1，李文艳2，姚卫东1

（1.渤海钻探工程技术研究院，天津300280；2.渤海装备中成装备有限公司，天津300280）①

水平井裸眼分段压裂技术作为低压、低渗透油气藏开发的重要增产措施之一，近年来在苏里格地区得到大力推广应用。套压阀是水平井分段压裂配套工具的重要组成部分，主要为压裂施工后期提供气举通道和套压监测。针对水平井施工中出现的套压阀压力打开不稳定的问题，设计了内置滑套式套压阀，利用油套压差剪断剪钉推动内置滑套移动并锁紧。同时，给出了入井管柱结构和施工工艺。该结构设计合理，打开压力稳定，能够满足现场压裂施工要求。

水平井；分段压裂；套压阀

苏里格气田具有储层连续性差、非均质性强、低压、低孔、低渗的特点，采用常规开采方式效果不理想。水平井的长水平段可以扩大气层的渗流面积，有效地提高单井产量［1］。经过多年发展，国外石油公司已形成了各具特色的水平井分段压裂技术，例如BJ公司的水力射孔和封隔器分段压裂技术、贝克休斯公司的Frac-Point TM封隔器分段压裂系统、PACKERS PLUS的Stage FRACTM增产系统［2-3］等。

为了满足苏里格地区水平井生产需求，渤海钻探工程技术研究院自主研发了水平井分段压裂配套工具［4］。工具主要由悬挂器、裸眼封隔器、投球滑套、压差滑套、坐封球座、回插接头和套压阀组成。套压阀是为了在生产阶段方便、安全地连通油套管，避免带压作业的施工风险，保证水平井的安全生产。

1 技术分析

1.1 结构设计

套压阀是水平井分段压裂配套工具中的关键部件。它的主要作用是压裂施工后期利用泵车向套管施压打开套压阀内部滑套，建立油管和套管环空之间的液流通道，准确提供后期投产的油压和套压监测数据。套压阀主要由上接头、内滑套、平衡套、外筒、下接头、剪钉和锁紧机构组成，如图1所示。其中内滑套和平衡套为关键零部件。

图1 套压阀结构

1.1.1 内滑套

油压和套压作用在相同面积上，由于压力差而产生轴向的作用力。压裂时，油压大于套压，作用力将内滑套沿上接头方向压紧。需要打开套压阀时，作用力将推动内滑套沿下接头方向移动，推动平衡套剪断剪钉，从而打开油套之间的泄流通道。

1.1.2 平衡套

平衡套用剪钉固定，两端各2道胶圈保证密封，主要作用是防止下入过程和压裂过程中由于液力冲击作用造成剪钉剪断，使得套压阀提前打开。

1.1.3 锁紧机构

剪钉剪断后，内滑套向下移动，依靠锁紧机构将内滑套锁紧，避免内滑套在油压大于套压时回缩，使得套压阀重新关闭。

1.2 工作原理

将套压阀与水平井压裂配套工具回插接头按管柱结构进行连接，将回接插头插入至悬挂器回接筒位置。正常压裂施工压裂时，油压始终比套压压力高，油压通过内滑套上的传压孔作用在凸台下端面上，保证施工过程中内滑套始终处于固定状态；平衡套两端压力值相同，剪钉不会被剪断。施工结束后，平衡泵车加套压20 MPa。如果放喷排液后套压比油压高15 MPa，作用在内滑套上向下作用力推动平衡套剪断剪钉，压力继续推动内滑套下行到位，锁紧机构启动，实现锁紧。如果放喷排液后期油压较高不足以剪断套压阀上的剪钉，可以利用泵车重新连接管线加套压至15 MPa将其打开。套压阀打开后，可以对油压和套压进行监测，避免后期起管柱，减少施工风险。

1.3 结构参数

套压阀总长850 mm，外径ø130 mm，内径ø76 mm，打开压力15 MPa，耐温120℃，两端扣型为ø88.9 mm（3 1/2英寸）UP TBG。

这事也不是个小事，老鳜鱼可是真的想杀一个人哩。不管怎么说，应该让院长知道最好。让他想个应付的办法。然后，我们顺便再问下当年的事。

1.4 剪钉计算

套压阀在井下作业时要剪断剪钉，需施加套压和油压压差p作用于内滑套，作用端面直径d1＝112.5 mm，d2＝96.5 mm；剪钉材料为黄铜，其抗剪切强度τb＝290 MPa。

式中：F′为套压阀开启压力，N；F为剪钉剪断时的压力，N；p为滑套打开压差，MPa；d3为剪钉直径，mm。

设计套压阀开启压差为15 MPa，剪钉数量为6个，代入公式得到投球开启滑套的剪钉直径d3＝5.37 mm。

2 现场施工工艺

该工具在苏里格地区成功应用水平井50余口井，打开压力稳定，现场应用效果良好。

1）工具下入。管柱结构：插入密封＋水力锚＋油管＋套压阀＋油管＋油管挂＋油补距。

3）压裂施工。套管需要平衡压力，注意套压不要超过油压20 MPa，以免套压阀提前打开。

4）打开套压阀。压裂施工结束后，套管加压，当油套压差大于20 MPa时，套压阀内滑套向下移动剪断连接剪钉，从而实现油套连通。

3 结论

1）套压阀针对压裂施工管柱设计，结构合理紧凑，操作方便，打开压力稳定，下入过程中不会因为磕碰造成误打开。

2）可以实现下行锁紧，保证内滑套下行到位后不会回弹，避免套压阀打开后重新关闭。

3）解决了水平井不起管柱监测油套压力的问题，提高了压力监测数据的准确性。

4）丰富了水平井裸眼完井分段压裂工艺的内容，推动了水平井裸眼完井分段压裂技术在油田作业中应用。

［1］杨健，陶健林，陈郸.苏里格气田储层改造工艺分析［J］.天然气工业，2007，27（12）：96-98.

［2］柴国兴，刘松，王慧莉，等.新型水平井不动管柱封隔器分段压裂技术［J］.中国石油大学学报：自然科学版，2010，34（4）：141-145.

［3］姚展华，张世林，韩祥海，等.水平井压裂工艺技术现状及展望［J］.石油矿场机械，2012，41（1）：56-61.

［4］朱正喜，李永革.水平井裸眼完井分段压裂技术研究［J］.石油矿场机械，2011，40（11）：44-47.

Research and Application of Sliding Sleeve Opened by Casing Pressure Used for Staged Fracturing in Openhole Horizontal Wells

The staged fracturing technique for open hole horizontal wells is efficient for reservoirs with low pressure，low porosity and low permeability and has been widely applied in Sulige gasfield recently.Casing valve is the important part of matching tools for staged fracturing which is mainly for providing gas lift channel and casing pressure monitor.With respect to instability problems of open pressure，casing valve of built-in sliding sleeve was designed and differential pressure between oil pipe and casing pipe cut the shearing pins and inner barrel went down to be locked.Meanwhile，running string structure and construction technology was also proposed.The design of structure is reasonable and open pressure is stable and field fracturing requirements can be satisfied.

horizontal well；staged fracturing；casing pressure valve

TE934.2

10.3969／j.issn.1001-3842.2014.11.023

1001-3482（2014）11-0090-06