蘇里格氣田機械封隔器連續(xù)分層壓裂技術

張華光 桂 捷 張麗娟 惠紅剛 郭思文 李旭梅

（1.長慶油田公司油氣工藝研究院，陜西西安 710021；2.低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實驗室，陜西西安 710021）

蘇里格氣田機械封隔器連續(xù)分層壓裂技術

張華光1，2桂 捷1，2張麗娟1，2惠紅剛1，2郭思文1，2李旭梅1，2

（1.長慶油田公司油氣工藝研究院，陜西西安 710021；2.低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實驗室，陜西西安 710021）

針對蘇里格氣田含氣層系多、單層產(chǎn)量低的特點，進行了氣井機械封隔器連續(xù)分層壓裂技術研究，研發(fā)并優(yōu)化了氣井機械封隔器連續(xù)分層壓裂管柱，研制了大通徑K344封隔器、水力錨及耐磨的3.175 mm小級差滑套芯子等配套工具，可達到一趟管柱連續(xù)分層改造8層。80多口井的現(xiàn)場應用表明，該技術具有施工可靠、操作簡單、成本低等優(yōu)點。

蘇里格氣田；氣井；連續(xù)分層壓裂；K344封隔器

蘇里格氣田單井具有4層以上含氣層系的氣井比例超過25%，前期一趟管柱最多僅能分壓3層，改造選層時舍棄了部分可以利用的氣層。分層壓裂實施效果表明，多層動用是提高直井單井產(chǎn)量的有效途徑，若將舍棄的層位全部動用，則可有效提高單井產(chǎn)量。目前可實現(xiàn)4層以上分層壓裂的技術手段有連續(xù)油管［1］、TAP閥等工藝，這兩種工藝具有施工層數(shù)不受限制的優(yōu)勢，但存在施工周期較長、成本高等問題，需要進行更為經(jīng)濟高效的氣井多層改造工藝研究。

1 機械封隔器連續(xù)分層壓裂管柱

1.1 管柱結(jié)構(gòu)及工作原理

在機械封隔器分壓合采管柱的基礎上［2］，優(yōu)選采用K344封隔器與節(jié)流噴砂器組合的方式實現(xiàn)多層連續(xù)分壓。管柱結(jié)構(gòu)見圖1。工作原理：一次射開多段氣層，下入機械封隔器連續(xù)分層壓裂管柱，通過節(jié)流壓力實現(xiàn)封隔器坐封，完成單層封隔，井口投對應大小的鋼球開啟節(jié)流噴砂器實現(xiàn)氣井自下而上多層不動管柱分層壓裂，措施后合層排液求產(chǎn)，最終實現(xiàn)多層氣井分壓合采。

1.2 管柱結(jié)構(gòu)優(yōu)化

水力錨起到防止油管彎曲、折斷或者封隔器蠕動造成封隔失效的作用，考慮到施工可靠性，各級封隔器均應配備水力錨，但它是造成起鉆困難的主要原因，除了為水力增加防砂機構(gòu)外，還需要從管柱結(jié)構(gòu)上優(yōu)化水力錨數(shù)量。下面對去掉水力錨的管柱進行可靠性分析。

圖1 機械封隔器連續(xù)分層壓裂管柱

任意取一層，在壓裂本層時，井下管柱受力如圖2所示［3］。上層壓力對兩封隔器之間的油管有一個拉伸力，對該部分油管受力情況進行分析，確定該力是否超過油管抗拉強度。

式中，D為套管內(nèi)徑，mm；d1為油管外徑，mm；d2為油管內(nèi)徑，mm；p上為上層地層壓力，MPa；p地下為下層地層壓力，MPa；FL為油管承受的拉力，N。

圖2 壓裂管柱受力分析

套管外徑139.7 mm，內(nèi)徑121.36 mm；油管外徑73.02 mm，內(nèi)徑62.0 mm；最高施工壓力70 MPa，地層壓力20 MPa，油管抗拉極限657.6 kN，根據(jù)式（1），則油管承受的拉力為496 kN。

理論計算表明，在?139.7 mm套管完井條件下，?73 mm油管抗拉強度滿足施工要求，但油管抗壓能力無理論依據(jù)。管柱優(yōu)化如下：由于最上部封隔器以上的油管較長，蠕動性較強，該封隔器必須加水力錨；最底層壓裂時，管柱只承受壓力，因此最底部封隔器必須加水力錨；中間油管受力由拉壓結(jié)合，能夠滿足要求，具體到單井設計時，綜合考慮預測施工壓力、層位深度、層間距等因素，確定實際所需水力錨數(shù)量。

2 配套工具

2.1 大通徑K344封隔器

封隔器膠筒膠料選用特種丁腈橡膠，骨架材料選用芳綸。特種丁腈橡膠耐油、耐溫、耐介質(zhì)等性能優(yōu)異。芳綸具有強度高、穩(wěn)定性好、耐溫、耐磨、與橡膠黏合好等特點。通過優(yōu)選本體材質(zhì)、優(yōu)化熱處理工藝、改進膠筒硫化工藝等提高封隔器承壓性能，使大通徑K344封隔器能夠滿足蘇里格氣田施工要求。配套工具性能參數(shù)見表1。

表1 配套工具設計參數(shù)

2.2 大通徑內(nèi)防砂水力錨

對大通徑內(nèi)防砂水力錨錨爪形狀進行了優(yōu)化，復位彈簧結(jié)構(gòu)進行了改進，增加了內(nèi)防砂機構(gòu)。

2.3 小級差耐磨節(jié)流滑套

借助流體動力學，模擬了滑套內(nèi)部顆粒流速分布，優(yōu)化了滑套入口結(jié)構(gòu)，提高了小級差滑套的耐磨性，形成了滿足壓裂施工要求的3.175 mm小級差滑套芯子（圖3）。

圖3 小級差耐磨滑套芯子

3 技術特點

（1）管柱分壓可靠性高。封隔器封隔可靠，實現(xiàn)了單層壓裂。

（2）壓裂作業(yè)效率高。由于采用“一次射孔、機械封隔、連續(xù)分層壓裂、快速合層排液”的技術方案，實現(xiàn)了壓裂過程連續(xù)作業(yè)，壓裂施工效率高。

（3）管柱起鉆可靠性高。機械封隔器連續(xù)分層壓裂管柱設計考慮了工藝測試和后期措施要求，管柱中水力錨數(shù)量根據(jù)單井施工設計調(diào)整并盡量減少其數(shù)量。

4 應用實例

目前在蘇里格氣田82口井實施機械封隔器連續(xù)分層壓裂作業(yè)，已完成68口井，與鄰井相比工藝有效率83.6%，增產(chǎn)效果較好。蘇里格東區(qū)實施井平均無阻流量較區(qū)塊增加28.4%，蘇里格中區(qū)、西區(qū)平均無阻流量增加25.8%。

蘇X井為蘇里格區(qū)塊2012年的一口開發(fā)井，根據(jù)該井儲層特點、縱向儲層分布、儲層與砂體匹配關系，確定并完成了7層分層壓裂試驗，該井壓裂施工共歷時533 min，各層壓裂施工曲線見圖4。從施工結(jié)果可以看出，該井各層滑套開啟壓力、地層破壓明顯，井底壓力測試表明：各封隔器封隔可靠，各層均實現(xiàn)了分層壓裂。該井壓后排液一次噴通，無阻流量達到鄰井平均值的3.8倍，增產(chǎn)效果明顯。

圖4 蘇X井壓裂施工曲線

5 結(jié)論與建議

（1）機械封隔器連續(xù)分層壓裂技術可滿足蘇里格氣田含氣層系多、單層產(chǎn)量低的要求，增產(chǎn)效果顯著，建議進一步開展機械封隔器連續(xù)分壓技術優(yōu)化，提高該技術一趟管柱分壓施工層數(shù)，滿足后期氣田開發(fā)需求。

（2）連續(xù)油管、TAP等分層壓裂工藝具有分壓層數(shù)不受限制，壓后井筒簡單等優(yōu)勢，建議進行該技術研究，形成適應蘇里格氣田需求的低成本配套工藝。

［1］ 任國富，張華光，付鋼旦，等.國外連續(xù)油管作業(yè)機的最新進展［J］.石油礦場機械，2009，38（2）：97-99.

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

［3］ 張華光，趙廣民，任國富，等.分壓管柱單向卡瓦的作用分析［J］.低滲透油氣田，2008（3）：117-119.

Continuously separate layer fracturing technology by using mechanical packer in Sulige gas field

ZHANG Huaguang1,2, GUI Jie1,2, ZHANG Lijuan1,2, HUI Honggang1,2, GUO Siwen1,2, LI Xumei1,2
（1. Oil&Gas Technology Research Institute,Changqing Oilfield Company,Xi’an710021,China; 2.National Engineering Laboratory for Exploration and Development of Low-Permeability Oil & Gas Fields,Xi’an710021,China）

Sulige gas field has the typical characteristic of multi-thin pay-zones and low production for single zone. The continuously separate layer fracturing with gas well mechanical packer technology was studied and the fracturing-string and supporting tools were developed and optimized in this paper, including big drift diameter K344 packer, hydraulic anchor and 3.175 mm range sliding sleeve core. The new technology can separately fracture 8 layers in one trip, which has been successfully used in more than 80 wells.Field application shows that the technology has the advantages of reliable operation, simple construction, and low cost.

Sulige gas field; gas well; separate layer fracturing; K344 packer

張華光，桂捷，張麗娟，等.蘇里格氣田機械封隔器連續(xù)分層壓裂技術 ［J］. 石油鉆采工藝，2013，35（3）：85-87.

TE934

：B

1000–7393（2013） 04–0085–03

張華光，1980年生。2003年畢業(yè)于石油大學（華東）機械設計制造及其自動化專業(yè)，現(xiàn)從事井下工具研發(fā)及應用工作。電話：029-86593317。E-mail：zhguang_cq@petrochina.com.cn。

2013-02-05）

〔編輯 景 暖〕