多级分层压裂酸化技术研究

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多级分层压裂酸化技术研究

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多级分层压裂酸化技术研究

摘要常规多油层全井酸化压裂只能对其中的某一薄弱层进行改造,分层酸化压裂工艺技术,由多级压裂封隔器和滑套喷砂器组成,通过自下而上的处理方式可以实现不动管柱酸化压裂 3 层或对其中任意 1 层进行施工改造。

关键词压裂;多级管柱;封隔器;配套;工具

分层压裂用在多层或厚层的油气井中,由于各层段渗透率差别较大,需要分层进行压裂,以保证压开渗透率低的层段。目前,使用的工艺有暂时堵塞剂分层压裂、封堵球分层压裂、封隔器压裂等。如何保证多层同时被压开是要解决的一个重要问题。针对上述情况,开发一种单趟管柱压裂多层,提高成功率,节省作业成本,成为必然选择。

1 多级分层压裂酸化工艺管柱研究

该工艺管柱由多级扩张式压裂封隔器、喷砂器、滑套密封器、底部球座等工具组成,通过自下而上的处理方式可以实现不动管柱酸化压裂 3 层或对其中任意1层进行施工造。多级分层压裂酸化工艺管柱自上而下组成工具有:安全接头、上级带锚定扩张封隔器(简称上封锚)、上级喷砂器(简称上喷器)、扩张封隔器、中级带锚定扩张封隔器(简称中封锚)、中间喷砂器(简称中喷器)、扩张封隔器、下级带锚定扩张封隔器(简称下封锚)、滑套密封器、下级喷砂器(简称下喷器)、底部球座等。

1.1 带锚定扩张式封隔器的研制

MK344-114型封隔器由接箍、短接、O型圈、缓冲座、壳体、锚爪、弹簧、螺钉、压板、筛管、上胶筒座、胶筒、中心管、下胶筒座、球座、剪环、剪钉、滑套、下接头等部件组成。缓冲座可有效减轻高速携砂液通过时对工具的涡流冲蚀;滑套上部的球座由氧化硅陶瓷构成,有效减少冲蚀;胶筒肩部有钢丝连线与橡胶硫化。并上、下连接套与胶筒细脖子处留有一定间隙,防止胶筒肩部突出时被啃坏、滑动接头在胶筒砂卡时,上提一定负荷下,有强制恢复胶筒原状功能。

工作原理为:压裂管柱下至井内预定位置后,在一定压差情况下封隔器分隔油层,同时锚定器锚爪伸出抓住套管防止油管蠕动,压裂液通过喷砂器的喷砂孔进入油层,经过试挤、压裂加砂,替挤等工艺后,完成压裂工序,然后上提管柱起出压裂管柱。

1.2 扩张式封隔器的研制

K344-114型封隔器由接箍、短接、O型圈、缓冲座、上胶筒座、胶筒、中

心管、下胶筒座、球座、剪环、剪钉、滑套、下接头等部件组成。缓冲座可有效减轻高速携砂液通过时对工具的涡流冲蚀;滑套上部的球座由氧化硅陶瓷构成,有效减少冲蚀;胶筒肩部有钢丝连线与橡胶硫化。并上、下连接套与胶筒细脖子处留有一定间隙,防止胶筒肩部突出时被啃坏、滑动接头在胶筒砂卡时,上提一定负荷下,有强制恢复胶筒原状功能。

工作原理为:配合锚定封隔器使用,防止锚定封隔器上部积砂,强化管柱的密封效果。压裂管柱下至井内预定位置后,在一定压差情况下封隔器分隔油层,压裂液通过喷砂器的喷砂孔进入油层,经过试挤、压裂加砂,替挤等工艺后,完成压裂工序,然后上提管柱起出压裂管柱。

1.3 压裂喷砂器的研制

喷砂器的主要作用是形成节流,造成压裂管柱内外压差,为封隔器提供坐封压力,保证封隔器密封;为压裂液提供通往地层的通道,使压裂液进入地层;避免压裂砂直接冲击套管,造成套管内壁损伤。

喷砂器由接箍、短节、O型圈、缓冲座、上体、弹簧、液缸、密封座、剪钉、陶瓷喷嘴、密封圈、滑套、调节环、下体等组成。缓冲座的设计可有效减轻携砂液在此处形成的涡流冲蚀效应;通过调节弹簧的松紧控制喷砂器的节流压差,从而为封隔器的开启创造可靠坐封压力;密封座采用陶瓷材料,提高抗冲蚀能力,为后续投球创造良好密封条件;喷嘴采用陶瓷材料,提高抗冲蚀能力,从而提高管柱的加砂能力。

工作原理为:投入钢球坐在滑套芯子上,从油管加液压,剪断剪钉打掉滑套芯子,节流喷砂滑套进入工作状态,高压流体经喷砂滑套节流孔节流后喷出,形成节流压差,使相应的封隔器处于工作状态,按照设计工艺进行压裂酸化施工,压开措施层。

2 施工工艺

2.1 下层施工工艺

按设计要求配好管柱。连接管线,循环泵、小排量替液(排量小于0.7m3/min,正反顶替均可),此时,由于滑套的作用,上封锚、中级封隔器、中封锚、上喷器、中喷器均处于密封状态,而下级封隔器、下封锚、下喷器处于工作状态。此时,可直接依照施工设计进行下层压裂酸化施工。

2.2 中层施工工艺

待上层施工结束后,投球(Φ38mm) 至中封锚坐封球座处,油管内憋压15 MPa将滑套打落至滑套密封器处使中封锚、中喷器处于工作状态,此时下级封隔器、下封锚依然处于工作状态。依照施工设计进行中层压裂酸化施工。

2.3 上层施工工艺

待中层施工结束后,投球(Φ44mm) 至上封锚坐封球座处,油管内憋压15 MPa将滑套打落至密封面处,使上封锚、上喷器、中级封隔器、中封锚的水力锚处于工作状态,此时中封锚封隔器以下各工具处于非工作状态。依照施工设计进行中层压裂酸化施工。

3 现场应用

2009年7月,在钱36井进行现场应用。钱36井压裂目的层井段跨度较大,笼统压裂难以受效,适合采用分层压裂进行改造,共分三层,井段分别为1号层段1 721.5~1 763.8m、2号层段 1 655.1~1 678.8m、3号层段1 693.6~1 701.8m。各级压裂管柱顺利座封,封隔器密封情况良好,设计复合率达到100%。日增油67t/d,累增油18 090t。

4 结论

1)该管柱可以不动管柱进行2 层或3 层分层压裂施工,在施工前可以小排量正反替液;2)该管柱还可以用于2 层或3 层分层酸化作业施工,可以很方便地进行反洗井冲砂或排酸作业,施工简单方便,施工成本低。

参考文献

[1]油田用封隔器及井下工具编写组.油田用封隔器及井下工具手册[M].北京:石油工业出版社,1981.

[2]中国农业机械化科学研究院.实用机械手册[M].北京:中国农业机械出版社,1984.

[3]石步乾,李家明,张宏禄,等.多层酸化工艺研究及应用 [J].石油钻采工艺,2004,26(3):49-51.

[4]王鸿勋,张琪,等.采油工艺原理[M].北京:石油工业出版社,1989.