QT-127型全通徑無級投球壓裂滑套研制

王明杰，魏愛拴，包陳義，李寶龍，嚴孟凱，段 威

(中海油能源發展股份有限公司 工程技術分公司，天津 300452)

國內外頁巖氣、致密砂巖氣等非常規油氣藏存在低孔低滲、儲層自然產能低、非均質性嚴重、含油氣飽和度差等特點[1-2]，開采難度大，主要通過水平井分段壓裂技術進行開發[3-9]。水平井分段壓裂技術主要包括投球滑套+裸眼封隔器分段壓裂技術、泵送橋塞壓裂技術、無限級固井滑套壓裂技術、連續油管水力噴射壓裂技術等[10-12]。其中，前兩者技術成熟可靠，應用最為廣泛。泵送橋塞壓裂技術可實現無限級分段壓裂，但作業周期長、施工不連續、成本高。投球滑套+裸眼封隔器分段壓裂技術大多采用級差式投球滑套，滑套球座內孔從上往下依次減小，導致儲層分層級數受限，無法實現精細壓裂，影響產量。筆者研發了一種QT-127型全通徑無級投球滑套，具有壓裂層數不受限制、壓裂后管柱全通徑、不動管柱壓裂等特點，為頁巖氣、致密砂巖氣精細開采提供新的技術手段。

1 滑套結構及工作原理

QT-127型全通徑無級投球滑套采用分體式結構，主要由壓裂滑套與投入式球座組成。壓裂作業前，壓裂滑套隨壓裂管柱下入，壓裂施工時，投入式球座與壓裂用可溶球一起投入壓裂管柱。

1.1 壓裂滑套

壓裂滑套主要由上接頭、外筒、上連接套等組成，如圖1所示。外筒上設計有均勻分布的壓裂孔；上、中連接套內表面設計有凹槽a和凹槽b，用于與投入式球座配合；中連接套與下連接套之間設計有膠筒與鎖環，膠筒用于與投入式球座密封，鎖環為單向馬蹄扣，膠筒壓縮后，中連接套與下連接套相對移動，并通過鎖環鎖定兩者之間位置，膠筒壓縮形狀固定；鎖定爪下部與下接頭上部設計有相匹配勾爪，滑套開啟后，鎖定爪與下接頭通過勾爪固定，可防止壓裂及生產時球座上移。

1—上接頭；2—外筒；3—上連接套；4—中連接套；5—膠筒；6—鎖環；7—鎖定爪；8—下接頭；9—下連接套；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與彈性爪2部分，如圖2所示。球座內徑相同，外表面設計有3組硫化橡膠C，上面2組，下面1組，用于滑套內部密封。彈性爪上設計有臺階A與臺階B，通過調節臺階A與B長度，可以設計不同級數壓裂滑套。投入式球座進入不同級數滑套時，臺階A與B無法進入凹槽a與b，球座可以順利通過滑套；投入式球座進入相同級數滑套時，臺階A與B嵌入凹槽a與b，球座帶動上、中、下連接套向下移動，打開壓裂孔。根據計算，球座長度1 m以內可設計100級以上壓裂滑套，滿足各種油藏壓裂作業需要。

圖2 投入式球座結構

1.3 作業流程

全通徑無級投球滑套壓裂管柱結構為：投球器+采氣樹+油管+懸掛封隔器+全通徑無級滑套n個+裸眼封隔器n個+……+全通徑無級滑套+裸眼封隔器+壓差滑套+井筒隔絕閥。射孔作業完成后，將全通徑無級投球滑套壓裂管柱下入預定位置，循環洗井后，投入壓裂球憋壓，關閉井筒隔絕閥，繼續憋壓，一次性完成懸掛封隔器與裸眼封隔器坐封。然后，持續加壓至壓差滑套打開，進行第1層壓裂作業施工。第1級壓裂作業完成后，將第1級全通徑滑套的投入式球座與壓裂用可溶球自投球器中投入井筒，通過泵送使其到達第1級全通徑滑套，憋壓打開滑套，進行該層壓裂施工。如此重復，通過逐級投入對應球座，完成剩余層段壓裂施工。

1.4 工藝特點

1) 滑套內徑相同，無極差變化，壓裂層數不受限制，壓裂后可實現管柱全通徑，有利于后期作業的實施。

2) 投入式球座與壓裂滑套分體式設計，壓裂滑套隨壓裂管柱下入，球座在作業時與壓裂用可溶球一起投入壓裂管柱。

3) 球座與滑套之間采用硫化橡膠與膠筒雙密封結構，保證密封安全可靠。

4) 鎖定爪隨球座下移時可與下接頭鎖定，避免壓裂作業及生產作業時球座上移而關閉滑套。

1.5 技術參數

適用于177.8 mm(7英寸)套管水平井；耐溫為150 ℃，耐壓為70 MPa，滑套打開壓力為20 MPa；滑套長度為1 555 mm，外徑為127 mm，內通徑為50.8 mm；壓裂管柱適用油管為88.9 mm(3英寸)EUE型。

2 功能試驗

2.1 投入式球座可通過性試驗

為驗證投入式球座通過不同級滑套的可靠性，加工5套不同級數壓裂滑套，分別將投入式球座投入非匹配壓裂滑套中，測試其通過性。表1為投入式球座通過性試驗數據，試驗結果表明，投入式球座的臺階A長度lA級差5 mm，臺階B長度lB相等，即可全部通過其余滑套。

表1 投入式球座通過性測試數據

2.2 投入式球座耐磨性及密封性試驗

如圖3所示，將1號投入式球座在2號滑套中連續通過50次，檢查其表面磨損情況。將1號投入式球座投入1號滑套中，上接頭連接試壓工裝，拆除下接頭，更換為試壓堵頭，試壓70 MPa，穩壓15 min，壓力不降。泄壓后拆除試壓堵頭，更換為下接頭，加液壓至球座剪切，球座開啟壓力為20.3 MPa。

圖3 投入式球座耐磨性測試后形貌

2.3 膠筒密封性試驗

為單獨測試膠筒密封性能，1號投入式球座密封性測試完成后，拆除上接頭與外筒，在1號滑套中連接套下部設計傳壓孔。然后，將球座取出，破壞球座下部的硫化橡膠，并再次投入1號滑套中，在中連接套傳壓孔連接試壓管線，測試膠筒密封性能，膠筒承壓70 MPa，膠筒密封性能符合要求。

3 結論

1) QT-127型全通徑無級投球滑套采用壓裂滑套與投入式球座分體式結構設計，壓裂滑套隨壓裂管柱下入，球座在壓裂作業時隨可溶球一起投入壓裂管柱，球座內徑相同，壓裂后管柱實現全通徑。

2) 通過調節球座臺階A及臺階B的長度，可設計不同級數滑套，球座長度1 m時，可設計約100級壓裂滑套。

3) 地面試驗結果表明，投入式球座臺階A和臺階B每調整5 mm，即可實現分級，球座硫化橡膠與膠筒2種密封形式通過50次壓裂滑套后仍可以滿足壓裂施工需要。

4) QT-127型全通徑無級壓裂滑套可增加壓裂層數，實現致密砂巖氣精細開采。