QT-127型全通径无级投球压裂滑套研制

王明杰，魏爱拴，包陈义，李宝龙，严孟凯，段 威

(中海油能源发展股份有限公司 工程技术分公司，天津 300452)

国内外页岩气、致密砂岩气等非常规油气藏存在低孔低渗、储层自然产能低、非均质性严重、含油气饱和度差等特点[1-2]，开采难度大，主要通过水平井分段压裂技术进行开发[3-9]。水平井分段压裂技术主要包括投球滑套+裸眼封隔器分段压裂技术、泵送桥塞压裂技术、无限级固井滑套压裂技术、连续油管水力喷射压裂技术等[10-12]。其中，前两者技术成熟可靠，应用最为广泛。泵送桥塞压裂技术可实现无限级分段压裂，但作业周期长、施工不连续、成本高。投球滑套+裸眼封隔器分段压裂技术大多采用级差式投球滑套，滑套球座内孔从上往下依次减小，导致储层分层级数受限，无法实现精细压裂，影响产量。笔者研发了一种QT-127型全通径无级投球滑套，具有压裂层数不受限制、压裂后管柱全通径、不动管柱压裂等特点，为页岩气、致密砂岩气精细开采提供新的技术手段。

1 滑套结构及工作原理

QT-127型全通径无级投球滑套采用分体式结构，主要由压裂滑套与投入式球座组成。压裂作业前，压裂滑套随压裂管柱下入，压裂施工时，投入式球座与压裂用可溶球一起投入压裂管柱。

1.1 压裂滑套

压裂滑套主要由上接头、外筒、上连接套等组成，如图1所示。外筒上设计有均匀分布的压裂孔；上、中连接套内表面设计有凹槽a和凹槽b，用于与投入式球座配合；中连接套与下连接套之间设计有胶筒与锁环，胶筒用于与投入式球座密封，锁环为单向马蹄扣，胶筒压缩后，中连接套与下连接套相对移动，并通过锁环锁定两者之间位置，胶筒压缩形状固定；锁定爪下部与下接头上部设计有相匹配勾爪，滑套开启后，锁定爪与下接头通过勾爪固定，可防止压裂及生产时球座上移。

1—上接头；2—外筒；3—上连接套；4—中连接套；5—胶筒；6—锁环；7—锁定爪；8—下接头；9—下连接套；10—凹槽b；11—凹槽a。

1.2 投入式球座

投入式球座主要包括球座与弹性爪2部分，如图2所示。球座内径相同，外表面设计有3组硫化橡胶C，上面2组，下面1组，用于滑套内部密封。弹性爪上设计有台阶A与台阶B，通过调节台阶A与B长度，可以设计不同级数压裂滑套。投入式球座进入不同级数滑套时，台阶A与B无法进入凹槽a与b，球座可以顺利通过滑套；投入式球座进入相同级数滑套时，台阶A与B嵌入凹槽a与b，球座带动上、中、下连接套向下移动，打开压裂孔。根据计算，球座长度1 m以内可设计100级以上压裂滑套，满足各种油藏压裂作业需要。

图2 投入式球座结构

1.3 作业流程

全通径无级投球滑套压裂管柱结构为：投球器+采气树+油管+悬挂封隔器+全通径无级滑套n个+裸眼封隔器n个+……+全通径无级滑套+裸眼封隔器+压差滑套+井筒隔绝阀。射孔作业完成后，将全通径无级投球滑套压裂管柱下入预定位置，循环洗井后，投入压裂球憋压，关闭井筒隔绝阀，继续憋压，一次性完成悬挂封隔器与裸眼封隔器坐封。然后，持续加压至压差滑套打开，进行第1层压裂作业施工。第1级压裂作业完成后，将第1级全通径滑套的投入式球座与压裂用可溶球自投球器中投入井筒，通过泵送使其到达第1级全通径滑套，憋压打开滑套，进行该层压裂施工。如此重复，通过逐级投入对应球座，完成剩余层段压裂施工。

1.4 工艺特点

1) 滑套内径相同，无极差变化，压裂层数不受限制，压裂后可实现管柱全通径，有利于后期作业的实施。

2) 投入式球座与压裂滑套分体式设计，压裂滑套随压裂管柱下入，球座在作业时与压裂用可溶球一起投入压裂管柱。

3) 球座与滑套之间采用硫化橡胶与胶筒双密封结构，保证密封安全可靠。

4) 锁定爪随球座下移时可与下接头锁定，避免压裂作业及生产作业时球座上移而关闭滑套。

1.5 技术参数

适用于177.8 mm(7英寸)套管水平井；耐温为150 ℃，耐压为70 MPa，滑套打开压力为20 MPa；滑套长度为1 555 mm，外径为127 mm，内通径为50.8 mm；压裂管柱适用油管为88.9 mm(3英寸)EUE型。

2 功能试验

2.1 投入式球座可通过性试验

为验证投入式球座通过不同级滑套的可靠性，加工5套不同级数压裂滑套，分别将投入式球座投入非匹配压裂滑套中，测试其通过性。表1为投入式球座通过性试验数据，试验结果表明，投入式球座的台阶A长度lA级差5 mm，台阶B长度lB相等，即可全部通过其余滑套。

表1 投入式球座通过性测试数据

2.2 投入式球座耐磨性及密封性试验

如图3所示，将1号投入式球座在2号滑套中连续通过50次，检查其表面磨损情况。将1号投入式球座投入1号滑套中，上接头连接试压工装，拆除下接头，更换为试压堵头，试压70 MPa，稳压15 min，压力不降。泄压后拆除试压堵头，更换为下接头，加液压至球座剪切，球座开启压力为20.3 MPa。

图3 投入式球座耐磨性测试后形貌

2.3 胶筒密封性试验

为单独测试胶筒密封性能，1号投入式球座密封性测试完成后，拆除上接头与外筒，在1号滑套中连接套下部设计传压孔。然后，将球座取出，破坏球座下部的硫化橡胶，并再次投入1号滑套中，在中连接套传压孔连接试压管线，测试胶筒密封性能，胶筒承压70 MPa，胶筒密封性能符合要求。

3 结论

1) QT-127型全通径无级投球滑套采用压裂滑套与投入式球座分体式结构设计，压裂滑套随压裂管柱下入，球座在压裂作业时随可溶球一起投入压裂管柱，球座内径相同，压裂后管柱实现全通径。

2) 通过调节球座台阶A及台阶B的长度，可设计不同级数滑套，球座长度1 m时，可设计约100级压裂滑套。

3) 地面试验结果表明，投入式球座台阶A和台阶B每调整5 mm，即可实现分级，球座硫化橡胶与胶筒2种密封形式通过50次压裂滑套后仍可以满足压裂施工需要。

4) QT-127型全通径无级压裂滑套可增加压裂层数，实现致密砂岩气精细开采。