兩級(jí)兩段壓裂工藝技術(shù)研究與應(yīng)用

劉自強(qiáng)（中原油田采油四廠(chǎng)工藝研究所，河南　濮陽(yáng)　457073）

兩級(jí)兩段壓裂工藝技術(shù)研究與應(yīng)用

劉自強(qiáng)（中原油田采油四廠(chǎng)工藝研究所，河南濮陽(yáng)457073）

針對(duì)傳統(tǒng)的Y221/Y111兩級(jí)兩段分層壓裂管柱中兩級(jí)封隔器一次坐封、籠統(tǒng)驗(yàn)封存在的弊端，制定了逐級(jí)坐封驗(yàn)封、逐段平衡壓裂的研究思路，研發(fā)了Y221/ZY541逐級(jí)坐封、逐段平衡壓裂管柱。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)多次應(yīng)用證明，該管柱工藝及操作簡(jiǎn)單、性能可靠，較好地規(guī)避了壓裂過(guò)程中封隔器失效、砂卡管柱等風(fēng)險(xiǎn)，具有在全油田推廣應(yīng)用的價(jià)值。

兩級(jí)兩段；逐級(jí)坐封；逐段平衡；壓裂

1　概況

兩級(jí)兩段分層壓裂管柱采用Y221/Y111封隔器組合，由于兩級(jí)封隔器均屬于重力壓縮坐封封隔器，作業(yè)過(guò)程中一次全部坐封、籠統(tǒng)驗(yàn)封，因而存在以下兩方面缺點(diǎn)：⑴籠統(tǒng)驗(yàn)封合格只能證明兩級(jí)封隔器至少有一級(jí)封隔器合格，而無(wú)法確保兩級(jí)封隔器同時(shí)合格。⑵壓裂下段時(shí)無(wú)法通過(guò)油套環(huán)空對(duì)Y221封隔器打平衡，使該封隔器的失效風(fēng)險(xiǎn)大幅度增加。

2　技術(shù)措施

2.1設(shè)計(jì)思路

針對(duì)目前兩級(jí)封隔器同時(shí)坐封工藝管柱的不足，決定研制逐級(jí)坐封、逐段平衡壓裂工藝管柱。設(shè)計(jì)思路是：機(jī)械坐封封隔器與液壓坐封封隔器配套使用。機(jī)械坐封封隔器居下先坐封，驗(yàn)封合格后即對(duì)下段實(shí)施壓裂，壓裂過(guò)程中可通過(guò)油套環(huán)形空間對(duì)該封隔器進(jìn)行壓力平衡；第一段壓裂施工結(jié)束后，通過(guò)投球打壓，使上部的第二級(jí)封隔器坐封，并打開(kāi)噴砂滑套，驗(yàn)封合格后繼續(xù)對(duì)第二段實(shí)施壓裂，同時(shí)可通過(guò)油套環(huán)形空間對(duì)第二級(jí)封隔器進(jìn)行壓力平衡。

2.2封隔器優(yōu)選

結(jié)合近幾年來(lái)使用的壓裂封隔器性能以及我廠(chǎng)復(fù)雜的井下技術(shù)狀況，決定以Y221封隔器為基礎(chǔ)，配套不同類(lèi)型的液壓坐封封隔器，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目的。經(jīng)過(guò)對(duì)Y241、Y341、ZY541封隔器進(jìn)行性能對(duì)比，最終選擇ZY541封隔器與Y221封隔器進(jìn)行配套，組合成逐級(jí)坐封、逐段平衡壓裂管柱。

2.3配套工具

除了兩級(jí)封隔器和滑套噴砂器、水力錨之外，逐級(jí)坐封、逐段平衡壓裂管柱還配套了以下工具及特殊油管，功能如下：

（1）驗(yàn)管器+φ73mm油管：當(dāng)驗(yàn)封失敗以后，投球驗(yàn)管驗(yàn)證油管密封性；配套部分φ73mm油管一是便于壓裂后帶壓轉(zhuǎn)抽時(shí)油管投堵，二是管柱砂卡后便于套銑。

（2）安全丟手：一旦無(wú)法正常解封時(shí)，通過(guò)投球打壓釋放鎖套，然后正向旋轉(zhuǎn)丟手，將工具丟在井下，提出上部管柱。

（3）油管伸縮補(bǔ)償器：解封過(guò)程中實(shí)現(xiàn)逐級(jí)解封。

（4）反循環(huán)洗井閥：一是壓裂過(guò)程中如出現(xiàn)砂堵情況，可以立即反洗，防止沉砂形成砂橋、砂柱而增加后續(xù)作業(yè)困難；二是壓裂后由于油套壓力不平衡造成解封困難時(shí)，通過(guò)打開(kāi)反洗循環(huán)閥來(lái)平衡油套壓力，有利于解封作業(yè)。三是壓裂后有溢流時(shí)可以循環(huán)壓井，避免環(huán)境污染。

2.4管柱組合

管柱組合自上而下依次為：N80～Φ89mm外加厚油管+校深短節(jié)+N80～Φ73mm外加厚油管+驗(yàn)管器+安全丟手+反循環(huán)洗井閥+ZY541型封隔器+油管伸縮補(bǔ)償器+N80～Φ73mm外加厚油管+水力錨+滑套噴砂器+Y221型封隔器+Φ89mm喇叭口（圖2）。

2.5管柱工作原理

工具下至設(shè)計(jì)位置后，通過(guò)上提、旋轉(zhuǎn)、下放加壓使Y221封隔器坐封，驗(yàn)封合格后即對(duì)Y221封隔器以下層位（第一段）進(jìn)行壓裂。壓裂過(guò)程中上部的ZY541封隔器水力錨工作，但膠筒處于非工作狀態(tài)。通過(guò)油套環(huán)形空間打壓直接作用到Y(jié)221封隔器膠筒上表面，起到壓力平衡作用。第一段壓裂施工完成后投球打壓（壓差5～8MPa）打掉ZY541封隔器皮碗護(hù)套，使皮碗撐開(kāi)，繼續(xù)打壓（壓差15～20MPa）打開(kāi)滑套噴砂器使油套連通，同時(shí)密封下層通道。高壓液體進(jìn)入兩級(jí)封隔器之間的環(huán)形空間以后，推動(dòng)自封皮碗上行，由于封隔器上端水力錨始終處于工作狀態(tài)，皮碗膠筒產(chǎn)生的上推力使壓縮式膠筒組受壓坐封，驗(yàn)封合格后即可對(duì)第二層實(shí)施壓裂。施工中同樣采取油套環(huán)形空間打壓對(duì)ZY541封隔器進(jìn)行壓力平衡。

3　現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

3.1現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2013年6月20日，兩級(jí)兩段逐級(jí)坐封、逐段平衡壓裂工藝技術(shù)首次在W72～424井現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用成功。該井破裂壓力72.2/ 77.6MPa、停泵壓力41.6/48.6MPa、加砂11.5/17.4m3。在ZY541封隔器坐封和打滑套過(guò)程中，初始油壓38.0MPa，后壓力快速上升，達(dá)到45.5MPa時(shí)出現(xiàn)瞬間停頓，此時(shí)封隔器坐封滑套被打掉、皮碗膠筒被釋放，坐封壓差7.5MPa，接著油壓再次直線(xiàn)上升至53.5MPa后突降到36.5MPa，此時(shí)噴砂器滑套被打開(kāi)，打開(kāi)滑套壓差15.5MPa。套壓在滑套打掉瞬間出現(xiàn)短暫波動(dòng)后，繼續(xù)呈緩慢下降趨勢(shì)，說(shuō)明封隔器一次坐封成功，即按設(shè)計(jì)對(duì)第二段進(jìn)行壓裂。6月24日轉(zhuǎn)抽上提55t順利解封。

3.2效果

3.2.1投入費(fèi)用：

13口井合計(jì)投入費(fèi)用：1257.62萬(wàn)元

3.2.2經(jīng)濟(jì)效益

13口井年累計(jì)增油6500t，年累計(jì)增氣475×104m3，折算油氣當(dāng)量，年累計(jì)增油8875t。每噸油按4653元計(jì)算，按噸油價(jià)格4653元，噸油提升成本1023元計(jì)算：（4653～1023）×8875=3221.6萬(wàn)元

3.2.3投入產(chǎn)出比：1257.62：3221.6=1：2.56

4　結(jié)語(yǔ)

兩級(jí)兩段壓裂工藝技術(shù)首次在中原油田應(yīng)用并獲得了成功，解決了困擾多年的卡管柱的難題，值得在全油田進(jìn)行大面積的推廣應(yīng)用。

劉自強(qiáng)(1985-)，女,本科,湖南省常寧縣,技術(shù)助理，助理工程師,從事壓裂工藝技術(shù)研究方面的工作。