何愛國(guó)，張冬杰

(1.中國(guó)石油集團(tuán)工程技術(shù)研究院有限公司 北京 102206；2.西安康普威能源技術(shù)有限公司 陜西 西安 710075)

0 引 言

水平井裸眼分段壓裂技術(shù)是提高低孔、低滲、低壓非常規(guī)油氣藏產(chǎn)能的主要手段。目前，常規(guī)的水平井分段壓裂技術(shù)有水力噴射壓裂技術(shù)、封隔器投球壓裂技術(shù)、橋塞分段壓裂技術(shù)、環(huán)空分段壓裂技術(shù)、連續(xù)油管壓裂技術(shù)及多種工藝的復(fù)合分段壓裂技術(shù)等[1]。然而這些技術(shù)在應(yīng)用中均暴露出了其局限性：①壓裂作業(yè)完成后壓裂通道一直保持打開狀態(tài)，然而水平井在開采中容易出現(xiàn)井筒過(guò)早見水的情況，對(duì)產(chǎn)能造成非常不利的影響[2]。②橋塞、滑套等工具在壓裂施工完成后需要進(jìn)行鉆磨才能達(dá)到全通徑，不利于進(jìn)行生產(chǎn)及后期測(cè)試作業(yè)，且施工復(fù)雜并增加了作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)[3-5]。③封隔器投球壓裂技術(shù)雖然施工簡(jiǎn)單、作業(yè)效率高，但由于投球尺寸的級(jí)差限制了分段數(shù)量；而橋塞分段壓裂等雖然理論上可以進(jìn)行無(wú)限級(jí)分段壓裂，但施工復(fù)雜，工時(shí)長(zhǎng)、效率低。

為了解決常規(guī)水平井多級(jí)分段壓裂技術(shù)的不足，開展了全通徑可控?zé)o限級(jí)滑套完井技術(shù)研究。全通徑可控?zé)o限級(jí)滑套完井工具包括可開關(guān)滑套工具及配套的機(jī)械開關(guān)工具，可實(shí)現(xiàn)入井管柱全通徑，任意層段可實(shí)現(xiàn)選擇性壓裂或二次壓裂作業(yè)；后期針對(duì)出水層位可通過(guò)下入開關(guān)工具對(duì)滑套進(jìn)行選擇性開關(guān)，實(shí)現(xiàn)水平井堵水和分段選擇性測(cè)試[6-7]；無(wú)需投球坐封，不受球座級(jí)差限制，理論上可實(shí)現(xiàn)無(wú)限級(jí)分段壓裂。

1 技術(shù)分析

1.1 工作原理

全通徑可控?zé)o限級(jí)滑套完井工藝預(yù)置管柱主要由注水泥分級(jí)箍、裸眼封隔器、可開關(guān)滑套、碰壓球座、滾動(dòng)引鞋組成，管柱結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1)壓裂過(guò)程

圖1 全通徑可控?zé)o限級(jí)滑套完井工藝預(yù)置管柱

按照設(shè)計(jì)下入全通徑可控?zé)o限級(jí)滑套完井工藝預(yù)置管柱，通過(guò)分級(jí)箍進(jìn)行上部水泥固井作業(yè)后，投球打壓坐封各封隔器。將油管與開關(guān)工具連接組成的壓裂拖動(dòng)管柱下入到第一級(jí)開關(guān)滑套工具以下1～2根套管位置處，油管內(nèi)打壓至開關(guān)工具設(shè)計(jì)動(dòng)作壓力，并緩慢上提油管，記錄上提摩阻。當(dāng)臨近滑套開關(guān)位置時(shí)再次放慢上提速度，觀察懸重表，懸重有瞬間下降時(shí)說(shuō)明此時(shí)開關(guān)工具已進(jìn)入開關(guān)滑套內(nèi)。繼續(xù)緩慢上提油管，懸重上升5t后下放油管至自然懸重；此時(shí)開關(guān)滑套工具的壓裂孔道已打開，可以進(jìn)行第一級(jí)壓裂作業(yè)；壓裂作業(yè)后，再次上提、下放油管，此時(shí)開關(guān)滑套工具壓裂孔道關(guān)閉，將油管內(nèi)泄壓后拖動(dòng)壓裂管柱至第二級(jí)滑套位置；按照上述方法依次對(duì)各級(jí)開關(guān)滑套進(jìn)行打開→壓裂→關(guān)閉作業(yè)，直至壓裂作業(yè)全部完成。

2)正常投產(chǎn)

壓裂完畢后，沖洗井內(nèi)壓裂返砂，將開關(guān)工具下入至井底，按照上述開關(guān)滑套工具的打開方法依次將其全部打開或選擇性打開即可正常投產(chǎn)。

3)后期選擇性開關(guān)

水平井分段壓裂完井后進(jìn)行生產(chǎn)，如監(jiān)測(cè)到某段滑套位置層段生產(chǎn)時(shí)出水嚴(yán)重，即可對(duì)該層段開關(guān)滑套實(shí)施關(guān)閉作業(yè)。將油管與開關(guān)工具連接組成的拖動(dòng)管柱下入到目的層位開關(guān)滑套工具以下1～2根套管位置處，按照上述方法通過(guò)開關(guān)工具的上提、下放拖動(dòng)將該開關(guān)滑套工具壓裂孔道關(guān)閉。

1.2 全通徑可控?zé)o限級(jí)滑套完井工具結(jié)構(gòu)

全通徑可控?zé)o限級(jí)滑套完井工具包含可開關(guān)滑套工具和開關(guān)工具，可開關(guān)滑套工具按設(shè)計(jì)要求連接完井管柱預(yù)置入井，壓裂拖動(dòng)管柱連接開關(guān)工具入井對(duì)可開關(guān)滑套工具進(jìn)行開啟或關(guān)閉作業(yè)。

可開關(guān)滑套工具主要由復(fù)位彈簧、外管、導(dǎo)向銷釘和復(fù)位滑套組成，如圖2所示。復(fù)位滑套部件是可開關(guān)滑套工具執(zhí)行打開和關(guān)閉動(dòng)作的關(guān)鍵部件，結(jié)構(gòu)如圖3所示。該復(fù)位滑套部件上加工有高精度換向槽，通過(guò)開關(guān)工具拖動(dòng)其上、下運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)向銷釘迫使復(fù)位滑套旋轉(zhuǎn)后依次進(jìn)入換向槽的長(zhǎng)、短槽內(nèi)，由此實(shí)現(xiàn)可開關(guān)滑套工具壓裂通道的選擇性開關(guān)。

1-上短管；2-上接頭；3-復(fù)位彈簧；4-內(nèi)襯管；5-外管；6-支撐套；7-導(dǎo)向銷釘；8-復(fù)位滑套；9-下接頭；10-下短管圖2 可開關(guān)滑套工具結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 復(fù)位滑套部件結(jié)構(gòu)示意圖

開關(guān)工具主要由上接頭、活塞、復(fù)位彈簧、液壓缸、彈性擴(kuò)張頭等組成，主要功能為連接油管組成壓裂拖動(dòng)管柱入井對(duì)目的層位預(yù)置的可開關(guān)滑套工具實(shí)施打開、關(guān)閉作業(yè)。通過(guò)油管內(nèi)打壓可推動(dòng)活塞下行迫使彈性擴(kuò)張頭漲開，由此嵌入可開關(guān)滑套工具的內(nèi)部凹槽對(duì)其實(shí)施開、關(guān)作業(yè)。開關(guān)工具結(jié)構(gòu)如圖4所示。

1-上接頭；2-活塞；3-復(fù)位彈簧；4-液壓缸；5-彈性擴(kuò)張頭圖4 開關(guān)工具結(jié)構(gòu)示意圖

1.3 性能特點(diǎn)

1)技術(shù)特點(diǎn)

①通過(guò)復(fù)位滑套與導(dǎo)向銷釘?shù)呐浜?，?shí)現(xiàn)可開關(guān)滑套工具壓裂通道的選擇性開關(guān)，對(duì)于壓裂后或生產(chǎn)后期部分壓裂層的出水情況進(jìn)行有效控制，延長(zhǎng)生產(chǎn)時(shí)間，提高產(chǎn)量。②結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，內(nèi)徑為全通徑尺寸，壓裂施工完成后無(wú)需鉆磨等其他作業(yè)即可投入生產(chǎn)。③無(wú)需投球坐封，不受級(jí)差限制，理論上可實(shí)現(xiàn)無(wú)限級(jí)分段壓裂。

2)技術(shù)參數(shù)

2 性能評(píng)價(jià)試驗(yàn)

2017年11月對(duì)全通徑可控?zé)o限級(jí)滑套完井工具進(jìn)行了多項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)的地面實(shí)驗(yàn)。

2.1 密封性能試驗(yàn)

將組裝好的可開關(guān)滑套工具及開關(guān)工具分別與電動(dòng)試壓泵連接，試驗(yàn)可開關(guān)滑套及開關(guān)工具的整體密封性能。以清水為介質(zhì)，開泵加壓至70 MPa，穩(wěn)壓10 min無(wú)壓降，說(shuō)明可開關(guān)滑套及開關(guān)工具的密封性能良好，整體密封能力達(dá)到70 MPa。

2.2 開關(guān)性能試驗(yàn)

根據(jù)全通徑可控?zé)o限級(jí)滑套完井工具工藝原理設(shè)計(jì)加工了配套的開關(guān)動(dòng)作性能試驗(yàn)工裝。將開關(guān)工具連接安裝試驗(yàn)工裝后模擬送入可開關(guān)滑套內(nèi)，試驗(yàn)工裝連接兩臺(tái)電動(dòng)試壓泵，一臺(tái)用于提供使開關(guān)工具膨脹擴(kuò)張的模擬油管內(nèi)壓；另一臺(tái)用于推動(dòng)試驗(yàn)工裝的液缸使其拖動(dòng)開關(guān)工具上行，并帶動(dòng)可開關(guān)滑套實(shí)現(xiàn)打開和關(guān)閉操作。當(dāng)完成來(lái)回開關(guān)操作5次后，泄壓，提出開關(guān)工具，連接加壓堵頭再次對(duì)可開關(guān)滑套工具進(jìn)行整體密封性能試驗(yàn)，加壓至70 MPa，穩(wěn)壓10 min無(wú)泄漏，說(shuō)明可開關(guān)滑套工具在5次開關(guān)后密封能力仍然良好。

2.3 模擬固井性能試驗(yàn)

為測(cè)試全通徑可控?zé)o限級(jí)滑套完井工具在環(huán)空固井狀態(tài)下的開關(guān)動(dòng)作性能，定制直徑Ф500 mm、長(zhǎng)1 m的金屬外管，將其套裝于可開關(guān)滑套工具上灌注固井水泥漿，候凝完成后對(duì)其再次進(jìn)行開關(guān)性能試驗(yàn)和密封性能試驗(yàn)。開關(guān)性能試驗(yàn)過(guò)程中，可開關(guān)滑套工具開啟和關(guān)閉操作均順利完成，開啟拉力為22 kN。密封性能試驗(yàn)加壓至70 MPa，穩(wěn)壓10 min無(wú)泄漏。

3 結(jié) 論

1)全通徑可控?zé)o限級(jí)滑套完井工具通過(guò)復(fù)位滑套與導(dǎo)向銷釘?shù)呐浜?，?shí)現(xiàn)可開關(guān)滑套工具壓裂通道的選擇性開關(guān)，對(duì)于壓裂后或生產(chǎn)后期部分壓裂層的出水情況進(jìn)行有效控制，延長(zhǎng)生產(chǎn)時(shí)間，提高產(chǎn)量。

2)全通徑可控?zé)o限級(jí)滑套完井工具在壓裂施工完成后無(wú)需鉆磨等其他作業(yè)即可投入生產(chǎn)。無(wú)需投球坐封，不受級(jí)差限制，理論上可實(shí)現(xiàn)無(wú)限級(jí)分段壓裂。

3)通過(guò)分析可開關(guān)滑套的關(guān)鍵技術(shù)及地面性能試驗(yàn)，驗(yàn)證了可開關(guān)滑套的性能滿足設(shè)計(jì)要求，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，可以順利實(shí)現(xiàn)打開及關(guān)閉功能。