套管滑套分层压裂工具

张文星，张华光，任国富，赵广民，胡开斌，薛晓伟，任　勇

(1.长庆油田分公司 油气工艺研究院，西安 710018；2.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室，西安 710018)①



套管滑套分层压裂工具

张文星1，2，张华光1，2，任国富1，2，赵广民1，2，胡开斌1，2，薛晓伟1，2，任勇1，2

(1.长庆油田分公司 油气工艺研究院，西安 710018；2.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室，西安 710018)①

摘要：套管滑套压裂工具是为满足多层动用和单层大排量压裂，提高单井产量而研发的工具。它是在充分调研国外先进技术的基础上，以提高单井产量为核心，以大排量压裂、保持压后井筒完整性和可控开采为目标。套管滑套分层压裂工具耐温120 ℃，耐压70 MPa，获国家发明专利2项，实用新型专利10项。已累计开展52口井现场试验，起裂成功率96.3%，最大施工排量为12 m3/min，满足了多层多段体积压裂的技术需求，对提高单井产量具有重要意义。

关键词：分层改造；套管滑套；大通径；大排量

苏里格气田是一个典型的“四低”气田，多层叠合特征明显，经济、有效开发难度大。气田纵向上普遍发育盒8、山1、山2等多套含气层系，一井多层比例达80%以上。现场试验结果表明，固井滑套压裂技术可以减小甚至避免射孔等压裂作业对储层的伤害，降低完井成本，显著提高储层改造效率[1-2]。多层动用和大排量体积压裂能有效发挥次产层贡献进而提高单井产量[3]。针对以上技术要求，开展了以套管分层压裂为主的工具研制。

1技术分析

套管滑套分层压裂技术采用套管滑套工具固井，套管注入，水泥环和堵塞器实现封隔的一种新型钻完井、压裂一体化技术[4-5]。与机械封隔、连续油管分层压裂等常规分压工艺相比，具有可选择性开采、井筒完整性高、注入排量大等特点[6-7]。

1.1工作原理

套管滑套分层压裂管柱主要由浮鞋、浮箍、套管滑套组成。浮鞋、浮箍、套管滑套等工具随套管一起下入校深后固井，套管滑套位于储层中部。压裂时第1层采用常规射孔压裂，第2层投球打开套管滑套压裂端口，依靠压力将水泥环和地层挤开，建立压裂通道，完成压裂施工，依次投对应球座的球完成所有层改造后合层排液求产。

1.2作用和用途

套管滑套分层压裂工具主要用于固井条件下，套管大排量分层压裂，并可满足后期重复改造、修井和选择性开关目的层等作业需求。套管滑套分层压裂工具主要技术参数如表1所示。

表1　套管滑套工具主要技术参数

1.3工具结构

套管滑套(如图1)主要由上接头、筒体、球座 滑套芯子、剪钉、锁环、端口保护罩、密封圈、固定销钉、下接头等组成。其特征在于上接头、筒体、下接头由螺纹连接在一起，并通过固定销钉固定；端口保护罩套在筒体和上接头上，并通过上接头固定销钉固定，端口保护罩内填充有耐高温固体油脂，防止固井过程中水泥进入端口，影响滑套芯子的开启和压裂；滑套芯子装在筒体内，通过剪钉固定；球座装在滑套芯子内，螺纹固定；通过投球产生的推力剪断滑套芯子剪钉，滑套芯子下移，露出端口挤开水泥环和地层压裂；滑套芯子内置开关槽，用于关闭滑套；锁环主要防止滑套意外关闭。

图1　套管滑套

2室内评价试验

2.1强度试验

为了验证工具各项设计性能指标是否满足要求，对套管滑套工具进行承内压，滑套开启及锁环解锁力等的室内模拟试验，试验结果如表2所示。

表2　套管滑套设计与试验数据对比

2.2起裂物模拟试验

为了验证固井水泥环对不同面积压裂端口起裂的影响程度，进行了模拟试验[8]，试验结果如表3所示。

表3　端口面积与起裂压力对比

从试验结果看，端口面积越大，起裂压力越低，因此，工具设计时，在满足工具性能的前提下，尽可能增加端口面积。

3现场试验

图2　引进工具和自主工具起裂对比

图3　射孔和固井非射孔起裂压力对比

4结论

1)套管滑套工艺具有施工排量大、钻后全通径及可选择性开采的特点，解决了常规机械封隔器分压改造的不足，为后期生产和作业提供了良好的井筒条件。

2)实现在固井非射孔条件下直接投球进行分层改造。

3)研发了压裂端口保护机构，避免了固井杂质对滑套开启的影响，并使得端口与水泥环接触面积，平均起裂压力比国外同类工具降低10 MPa，而射孔起裂压力高5～10 MPa。

参考文献：

[1]Rytlewski G L.Multi-layer completions for efficient treatment of multerlayer reservoirs[R].SPE 112476，2008.

[2]Rytlewski G L，Cook J M A.Study of fracture initiation pressures in cemented cased-hole wells without perforations[R].SPE 100572，2006.

[3]李先文，凌云，马旭，等.长庆气区低渗透砂岩气藏压裂工艺技术新进展[J]，天然气工业，2011，31(2)：20-24.

[4]Boze T，Degner D.Cemented ball-activied sliding sleeves improves well economics and efficiency[R].SPE 124120，2009.

[5]Hossain M M，Rahman M K，Rahman S S.Hydraulic fracture initiation and propagation：Roles of wellbore trajectory，perforations and regimes[J].Journal petroleum Science and Engineering，2000(27)：129-149.

[6]朱玉杰，郭朝辉，魏辽，等.套管分段压裂滑套关键技术分析[J].石油机械，2013，41(8)：102-106.

[7]吕玮，张建，懂建国，等.水平井固井预置滑套多级分段压裂完井技术[J].石油钻采工艺，2010，32(4)：51-53.

[8]付钢旦，桂捷，王治国，等.固井滑套压裂起裂压裂的预测及端口参数影响分析[J]，石油机械，2014，42(5)：84-87.

Layered Fracturing Tool of Cementing Sleeve

ZHANG Wenxing1，2，ZHANG Huaguang1，2，RE Guofu1，2，ZHAO Guangmin1，2，HU Kaibing1，2，XUE Xiaowei1，2，REN Yong1，2

(1.OilandGasTechnologyResearchInstitute，ChangQingOilfieldCompany，Xi’an710018，China；2.NationalEngineeringLaboratoryforExplorationandDevelopmentofLow-PermeabilityOil&GasFields，Xi’an710018，China)

Abstract：Improving output of single well is effective of multi layer and single volume-fracturing.Cementing sleeve is researched that the goal of large displacement fracturing，wellbore integrity and controllable mining On the basis of full research on foreign advanced technology.The cementing sleeve is bearing temperature 120 ℃ and pressure 70 MPa.It won the national invention patents 2 and utility model patents 10.It carried out 52 field test，the success rate of 96.3%，maximum displacement 12 m3 per minute，average gas output is 1.2 times of the adjacent wells.It has important significance to improve the yield of single well，and has a broad market demand scale and promotion potential.

Keywords：layered reconstruction；cementing sleeve；large inner diameter；large displacement

中图分类号：TE931.2

文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1001-3482.2016.03.019

作者简介：张文星(1973-)，男，工程师，硕士，现从事井下工具研发工作，E-mail：zwenx_cq@petrochina.com.cn。

收稿日期：①2015-09-01 中石油集团公司科技项目“油气藏储层改造技术重大现场攻关试验”(2012FCGYLGZ002)

文章编号：1001-3482(2016)03-0081-03