壓裂爬行器研制

張華光,桂 捷,王亞娟,張文星,張麗娟

(1.長(zhǎng)慶油田公司油氣工藝研究院,西安710021;2.低滲透油氣田勘探開發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室,西安710021) *

壓裂爬行器研制

張華光1,2,桂 捷1,2,王亞娟1,2,張文星1,2,張麗娟1,2

(1.長(zhǎng)慶油田公司油氣工藝研究院,西安710021;2.低滲透油氣田勘探開發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室,西安710021)*

封隔器分壓合采一體化管柱工藝開啟上層滑套采用的鋼球在壓裂施工結(jié)束后大多留在井筒內(nèi),該鋼球?qū)е庐a(chǎn)氣剖面測(cè)試無法實(shí)施。研制的壓裂爬行器在壓裂施工結(jié)束后能伴隨返排液到達(dá)井口,實(shí)現(xiàn)井筒暢通的目的,為氣井后期作業(yè)提供了較好的井況。

爬行器;井筒;氣井;分層壓裂

長(zhǎng)慶氣田儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng),氣層薄而多,單層產(chǎn)能較低,開采難度大,降低成本是氣田經(jīng)濟(jì)有效開發(fā)的必由之路。經(jīng)過幾年的技術(shù)攻關(guān),開發(fā)出了封隔器分壓合采一體化管柱工藝[1](如圖1)。

該工藝一次射開上、下氣層,下入封隔器分壓合采一體化管柱并投球加壓,封隔器坐封后壓裂下層;繼續(xù)投球打開滑套,建立上層通道同時(shí)封堵下層;壓裂上層,合層排液后合層開采。開啟上層滑套采用的鋼球大多留在井筒內(nèi),類似于一個(gè)單流閥,對(duì)氣井合層測(cè)試有一定的影響,并導(dǎo)致開發(fā)井產(chǎn)氣剖面測(cè)試?yán)щy,氣探井分層測(cè)試數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確[2]。為解決鋼球留井問題,進(jìn)行了空心鋼球、尼龍球等輕質(zhì)球的試驗(yàn),但這種球只有在井底能量較好的情況下才能到達(dá)井口,而且打撈困難。由于其可控性較低,研制了壓裂爬行器。

圖1 封隔器分壓合采一體化管柱

1 結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 結(jié)構(gòu)

壓裂爬行器由打撈頭、滑套開啟裝置、爬行裝置及鎖套、下層密封、壓差產(chǎn)生裝置等組成,如圖2。

圖2 壓裂爬行器

1.2 工作原理

一次下入封隔器分壓合采一體化管柱,投球坐封封隔器,然后打掉鋼球建立下層壓裂通道壓裂下層;下層壓裂結(jié)束后,從井口投入壓裂爬行器到達(dá)噴砂滑套位置后,油管加壓開啟上層壓裂通道,同時(shí)壓裂爬行器下行到達(dá)滑套工作筒位置密封下層,壓裂上層。在上層壓裂過程中,上液腔與上層連通,下液腔與下層連通。由于上層施工壓力大于下層關(guān)井壓力,爬行機(jī)構(gòu)鎖套在壓差作用下剪斷銷釘下行,爬行機(jī)構(gòu)開啟,壓裂結(jié)束后,壓裂爬行器隨返排液到達(dá)井口,打撈頭進(jìn)入預(yù)先安裝在井口的捕捉器進(jìn)行打撈。如果未能到達(dá)井口或者捕捉器沒有捕捉住鋼球,可以通過鋼絲作業(yè)打撈。

2 爬行理論計(jì)算

壓裂施工結(jié)束后壓裂爬行器在井筒內(nèi)的受力狀況如圖3。主要有4個(gè)力:爬行器上行的上推力FSH、爬行器受到的液體浮力 FF、爬行器自重力Wg、爬行器與管壁之間的摩擦力fM。

圖3 壓裂爬行器受力分析

向上爬行必須滿足

FSH是靠液流節(jié)流壓差產(chǎn)生,爬行機(jī)構(gòu)的瓦片在遇到阻力時(shí)可以收縮,因此 fM較小,可以忽略。將式(1)簡(jiǎn)化為

爬行器截面的孔隙相當(dāng)于8個(gè)?8.5 mm的孔(如圖4),液流產(chǎn)生的節(jié)流壓降推動(dòng)爬行器上行。

圖4 壓裂爬行器爬行機(jī)構(gòu)橫截面

噴嘴節(jié)流壓差計(jì)算公式[3-4]為

式中,△p為間隙節(jié)流壓降,MPa;ρ為返排液密度, kg/m3;Q為排量,m3/min;n為孔隙個(gè)數(shù);d為孔隙當(dāng)量直徑,mm;Cd為流量系數(shù),無因次。

則有

式中,S為爬行機(jī)構(gòu)的有效面積,mm2。

由式(2)～(3),可以得出壓裂爬行器啟動(dòng)所需要的最低排量?jī)H為160.7 L/min,(壓裂液返排量> 500 L/min)。

3 試驗(yàn)情況

3.1 室內(nèi)試驗(yàn)

為確?，F(xiàn)場(chǎng)施工安全,對(duì)壓裂爬行器進(jìn)行了室內(nèi)試驗(yàn),試驗(yàn)裝置如圖5,試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1。壓裂爬行器自重5.2 kg,當(dāng)油管加壓10 MPa時(shí),爬行機(jī)構(gòu)開啟,然后從油套環(huán)空實(shí)施反洗,當(dāng)反洗排量達(dá)到180 L/min時(shí),壓裂爬行器順利爬出油管(如圖6)。

圖5 試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)

圖6 室內(nèi)試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)

表1 壓裂爬行器室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3.2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

在長(zhǎng)慶氣田蘇X井進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。該井噴砂滑套約深3 600 m,在上層施工過程中,由于上封隔器失效導(dǎo)致上層壓裂施工沒有完成,但壓裂爬行器伴隨返排液到達(dá)了井口捕捉器。

4 結(jié)論

1) 應(yīng)用該壓裂爬行器能夠解決因鋼球留井影響氣井合層測(cè)試的問題,并有利于井內(nèi)壓裂液的返排。

2) 為后期在氣探井開展分層測(cè)試、在開發(fā)井開展產(chǎn)氣剖面測(cè)試等提供了技術(shù)支撐。

[1] 張麗娟,趙廣民,趙粉霞,等.Y241型封隔器分壓管柱可靠性分析[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械,2010,39(7):25-28.

[2] 付鋼旦,桂 捷,趙粉霞,等.氣井分壓合采工藝技術(shù)研究[J].天然氣工業(yè),2005,25(4):71-73.

[3] 王步娥,舒曉暉,尚緒蘭,等.水力噴射射孔技術(shù)研究與應(yīng)用[J].石油鉆探技術(shù),2005,33(3):51-54.

[4] 李憲文,陳生圣,趙文珍.水力噴砂射孔壓裂噴嘴的損傷試驗(yàn)與分析[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械,2009,38(2):42-46.

Development of Crawl Device in Fracturing

ZHANG Hua-guang1,2,GUI Jie1,2,WANG Ya-juan1,2,ZHANG Wen-xing1,2,ZHANG Li-juan1,2
(1.Oil and Gas Technology Research Institute,Changqing Oilf ield Company,Xi’an710021,China; 2.N ational Engineering L aboratory of Low-permeability Oil and Gas Ex ploration and Development,Xi’an710021,China)

Most of the balls used to open the up sliding sleeve for sand blast of the separate pressure production string remain in the well bore,which may lead to the failure of well testing.The crawl device could get back to the wellhead with the return liquid after fracturing,which makes a straightway in well bore and provides a better well bore condition for later job.

crawling device;well bore;gas well;separated layer fracturin

1001-3482(2011)07-0074-03

TE934.2

B

2010-12-21

張華光(1980-),男,山東臨朐人,工程師,2003年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)(華東)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè),主要從事井下配套工具的研制和新技術(shù)推廣應(yīng)用方面的工作,E-mail:zhguang_cq@petrochina.com.cn。