φ140型裸眼分段压裂套管外封隔器的研制.pdf

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石油机械．——54．——CHINAPETROLEUMMACHINERY2011年第39卷第7期．．新产品开发0140型裸眼分段压裂套管外封隔器的研制许国林李博王洪潮王波(大庆石油管理局钻探工程公司钻井工程技术研究院)摘要封隔器是水平井裸眼分段压裂完井管串中的关键部件，其性能好坏将决定压裂施工的成败。为此，研制了~140型裸眼分段压裂套管外封隔器。这种封隔器由定位套、阀环体总成、胶筒总成、中心管、滑套和剪销等组成，在井径不大于240mm时，可密封外环空压力70MPa。室内试验和现场应用表明，这种封隔器具有结构简单、密封可靠、承压高、耐高温、适应井径范围大等特点，能够满足水平井裸眼分段压裂施工的要求。关键词封隔器分段压裂水平井裸眼0引言在一些含油气丰度较低的油田区块，普通直井图1封隔器示意图压裂后单井日产量较低，不能达到经济有效开采的1一定位套；2-阀环体总成；3一胶筒总目的。水平井可加大与储层的接触面积，提高单井成；4一中心管；5一滑套；6一剪销。控制储量，结合分段压裂改造措施，可实现低丰油1．2工作原理气藏的经济高效开采。水平井裸眼分段压裂技术不依据油田地质要求和测井数据及分压层段数，仅能够增加油气井的产量，而且能大大降低固井、按完井设计，将封隔器的管串下入到预定位置。射孑L作业所带来的成本和风险，同时还能减轻对地在地面通过高压泵车施加压力，液体经过孔道进入层污染和伤害⋯。封隔器是整个裸眼分段压裂完封隔器的内腔，当压力达到一定值后，剪断销钉，井管串中的关键部件，它的性能好坏决定了压裂施在液力的推动下，锁套带动剪销套上行，压缩胶工的成败。为此，针对大庆油田徐深气田水平井的筒，当胶筒压缩到一定程度后，阀环体的施工阀打开发，探索性地开展了裸眼分段压裂技术研究。徐开，液体经阀体的流道进入胶筒腔内，使胶筒膨深气田目的层为火山岩储层，该储层储集类型多，胀，坐封完毕后卸压，阀环体的单向阀锁死。一般以孔隙、熔孔、裂缝为主，储层渗透性差异1．3主要技术参数大、流体性质多样，具有井深(2800～4500m)、总长：3440mm；高温(150oC左右)、水平段长(600～800m)及最大外径、最小通径：203、121iqqm；目的层的破裂压力高(70MPa)等特点，大庆钻工作温度：一20—150c《=；井工程技术研究院于2010年成功研制了可密封70两端连接螺纹：139．7mm(5英寸)LTC；MPa外环空压力的140型裸眼分段压裂套管外封环空密封能力：70MPa(井径~<240mm)，60隔器(以下简称封隔器)。MPa(井径~<256mm)；适应井径：220～250mm。1技术分析2室内模拟试验1．1结构封隔器由定位套、阀环体总成、胶筒总成、中2．1试验过程心管、滑套和剪销等组成，如图1所示。将封隔器分别放置在内径为240和256mm的 2011年第39卷第7期许国林等：~140型裸眼分段压裂套管外封隔器的研制一55～防爆筒内进行密封能力和胶筒的承压能力试验。将(2)下入封隔器组合管串。封隔器组装完成后，按照图2所示的结构分别装入(3)封隔器坐封。坐封压力为25MPa，稳压试验筒内，用高压管线将试压泵和试验装置连接起5min，无压力降。来，在封隔器内部注满清水。(4)验封。验封压力12MPa，稳压5rain，无压力降。(5)压裂。通过压裂施工，成功压开2层，施工压力43MPa。压裂结果比预期少压开3层，JZj46没有完全实现预期目标。图2封隔器试验原理图3．2压裂情况分析1一试压丝堵；2一下扶正环；3一裸眼分段压裂套管根据压裂施工过程及出现的情况，经分析后笔外封隔器；4～防爆筒；5一上扶正环；6一试压接头。者认为存在以下几种可能：在内径为240mm的试验筒内试验，试验压力(1)1号、2号及5号封隔器两端进人清水，达到75MPa，封隔器完好无损。造成井壁坍塌。由于所有的封隔器坐封和验封采用在内径为256mm的试验筒内试验，试验压力的介质是清水，造成该井段的钻井液中混入一定量达到60MPa，封隔器完好无损，压力升到62MPa的清水，破坏了钻井液的稳定性能，失去了对井壁时，封隔器密封胶筒爆破。的保护作用，使井壁易于脱落和坍塌。2．2试验结果分析(2)完井管串下井后与压裂施工间隔的时间井深3000m以上的深井，地层破裂压力接近段过长。该井完井管串7月18日下人到预定位置，70MPa，温度低于150oC时，裸眼井径不大于240而压裂施工9月14日才进行，时间间隔58d，井mm；井深3000m以下的中浅层井，地层破裂压眼在不稳定的钻井液中长时间浸泡，也是造成井壁力不超过60MPa，温度低于150oC时，裸眼井径脱落和坍塌的原因。在256mm之内。(3)封隔器坐封在地层发育较好、渗透率相对较高的位置，也是造成封隔器不能有效封隔的原3现场应用因[3]。由地质资料及测井数据可以看出，1号、2号和5号封隔器的位置地层发育较好，渗透率相对0140型裸眼分段压裂套管外封隔器于2010年较高；封隔器的胶筒密封段很短，只有150mm，7月在肇67一平28井上应用，2010年9月进行了压力可能从地层内通过，绕过封隔器，致使封隔器压裂施工。该井完井管串采用封隔器与打孔管相结没有起到隔压作用。合的管串结构，如图3所示。4结论及建议~140型裸眼分段压裂套管外封隔器具有结构简单、密封可靠、承压高、耐高温、对裸眼井径范围要求宽等特点。通过现场试验，封隔器实现了顺利下人、可靠坐封和成功压裂等设计目的。对于液压式套管外封隔器用于水平井裸眼分段压裂，建议图3肇67一平28井的完井管串结构示意图1-0244．5IIITI套管；2-常规封隔器；3-压裂封隔如下：器；4一液力扶正器；5一pl39．7mm套管；6一引鞋。(1)在完井管串下人前，在水平井段内注人肇67一平28井位于黑龙江省大庆市肇州县境一定量的固体润滑剂，减小完井管串在水平段的摩内，是松辽盆地中央坳陷区三肇凹陷肇州鼻状构阻，有利于完井管串顺利下到预定位置；造，为开发水平井。该井设计井深2129ITI，水平(2)封隔器坐封除要满足井径相对较小、井段长835．57m，平均有效孔隙度为16．7％，水平眼规则等条件外，还要考虑地层的发育性、渗透率段位于葡萄花油层。和孔隙度等相关因素，确保此处在压裂施工中不会3．1完井工艺因为地层渗漏而失败；(1)通井。(下转第58页) 一58一石油机械2011年第39卷第7期备悬停功能，与中心管主轴上的盘刹液压制动功能kN·m，创下日钻进1016m的记录，提前近1月互补，极大地提高了设备在水平井作业和处理钻柱完成承包钻井合同。目前在川东70563钻井队现场堵钻解卡的安全性。④采用进口电力模块及电缆接作业的DQ450DBZ顶驱连续工作扭矩28kN·m，插件，提高了整机的可靠性。上卸扣扭矩30kN·m，该水平井造斜段始为4593(7)无齿轮润滑油及冷却过滤系统的设计，m，造斜88。，总进尺达到6500m。可在传动机构中减少机械密封机构，显著降低设备由此可见，新型直驱式顶部驱动钻井装置设计故障率及维护难度，更易满足设计和加工制造要理念先进，设备性能完善，可靠性和作业效率高，求，同时也增强了传动系统的可靠性。满足现场使用要求。(8)整机设备表面散热条件比传统顶驱电动参考文献机好，热容量较大，再配合风机多通道强制冷却散热。钻井作业时过载能力强，可持续输出1．5倍的[1]步卫玲．国外钻机顶部驱动钻井装置的发展趋势钻井作业额定扭矩，并且可减少传动能耗损失。顶[J]．石油机械，2009，37(5)：88—9O．驱主轴输出转速0—220r／min，主轴0～110r／min[2]王永勤，李安，吴永婷．TDS一1ISA型顶驱系统为恒扭矩调速段，110～220r／min为恒功调速段。故障树分析[J]．石油矿场机械，2009，38(4)：DQ225DBZ顶驱最大连续工作扭矩突破35kN·m，23—27．侯强，董阳阳．TD500／1000型顶驱在海洋钻井中比同规格美国NOV公司的TDS—IOSA顶驱输出动的应用[J]．石油矿场机械，2010，39(3)：71—力提升29％，其余型号直驱式顶驱在输出动力设73．计上均超过国外主流顶驱设备。[4]李鹏，牟新明，高明，等．顶驱中心管强度有限元分析[J]．石油矿场机械，2009，38(9)：592现场应用—62．[5]陈如恒．破除旧观念创造新钻机(j)[J]．石油2010年7月，DQ225DBZ型顶驱在俄罗斯北矿场机械，2008，37(5)：1—9．方极地区新乌连戈伊苏格木油田投入使用。该顶驱经历了频繁地上卸扣、起下钻、下套管、固井、测井和钻柱遇阻解卡等操作，整机运行正常。截至到第一作者简介：蒋谊，生于1974年，2003年毕业于四川大学机电专业，获硕士学位，现从事石油设备的研发2010年11月，已经成功完钻13口井。其中在格和管理工作。地址：(610041)四川I省成都市。电话：(028)木油田23号井位完钻6口定向井，累计钻井深度82971813。E—mail：jiangyi0077@yahoo．com．cn。21000m。在格木油田6号井位完钻7口水平井，收稿日期：2011—03—07累计钻井深度25000m。顶驱系统经受了俄罗斯地(本文编辑赵连禄)区一30cc严寒的考验，其最大连续钻井扭矩达35(上接第55页)片膨胀筒的密封机理[J]．石油机械，2007，35(3)完井管串下人裸眼井后应尽快进行压裂(3)：5—7．[2]檀朝东，周晓东，饶鹏．一次多层压裂封隔器的施工，避免井壁长时间在完井液中浸泡出现不稳定研制与应用[J]．石油钻采工艺，1999，21(4)：因素，保证压裂施工顺利进行；99—101．(4)在压裂时间无法保证的情况下，封隔器[3]李艳丽．Y211—80型小井眼压裂封隔器的研制[J]．的坐封液体应与完井液性能一致，以利于完井液的石油机械，2005，33(7)：53—54．性能稳定，从而有效保护井壁，防止坍塌；(5)如果水平井段全部发育良好、渗透率高，建议以2只封隔器中间连接1～2根套管作为1只第一作者简介：许国林，工程师，生于1963年，1982封隔器来使用，这样相当于加长了封隔器的密封年毕业于大庆石油学校机械专业，现从事钻井固井工具研段，将有利于压裂施工。究工作。地址：(163413)黑龙江省大庆市。电话：(0459)4891351。E—mail：xuguolin@cnpc．com．cn。参考文献收稿日期：2011—03～02(本文编辑谢守平)[1]张承武，王兴建，陈建刚．分段压裂封隔器叠层钢