套损井喷砂器改进与现场试验

李 才,王彦兴,赵亚芬,胡振江

(大庆油田有限责任公司井下作业分公司工具厂,黑龙江大庆163112)

套损井喷砂器改进与现场试验

李 才,王彦兴,赵亚芬,胡振江

(大庆油田有限责任公司井下作业分公司工具厂,黑龙江大庆163112)

原套损井喷砂器不适用于规模较大的压裂。分析了原套损井喷砂器在压裂过程中出现的问题、原因及实例。对套损井喷砂器进行了结构改进,通过对7口井的试验,能够满足通径>«108 mm套变井和加固井的压裂要求。

套损井;喷砂器;改进;压裂试验

针对常规压裂管柱无法通过套管变形点和加固管导致的变形点、加固管以下油层无法分层压裂改造的问题,成功地研制了套损井压裂管柱。喷砂器是套损井压裂管柱的主要组成工具,其工作性能关系到管柱的适应性,因此,结合外径小的特点设计并完善了新结构的喷砂器,已成功应用了近百口井。但在2008-06压裂西91-17井时,套损井喷砂器出现滑套打不下去的故障,经分析是由于该井的施工排量和加砂量大所致,说明套损井喷砂器的适应性还有一定的局限性。因此,根据套损井压裂管柱的结构原理[1]对套损井喷砂器进行改进,对保证套损井压裂施工具有重要意义。

1 施工问题及原因分析

1.1 施工问题

西91-17井原设计采用55 MPa压裂管柱压裂3层,压裂管柱下至最上部预压层段内遇阻,即在最上部预压层段内发生套管变形,最上部预压层段弃压后,改用套损井压裂管柱对下部萨Ⅲ7-10和萨Ⅱ3-12二个层段进行重复限流法压裂,压裂前每层挤土酸2 m3,下入小直径封隔器4级和套损井喷砂器A、B各1级。挤土酸后利用套损井喷砂器B对第1层萨Ⅲ7-10进行压裂,施工最高压力37 MPa,停注压力36 MPa,施工排量3.2～3.8 m3/min,加砂9.5m3,施工正常。挤土酸投球采用套损井喷砂器A压裂第2层萨Ⅱ3-12,憋压16次,峰值压力为34～39 MPa,持续时间28 min,无排量显示,停止压裂施工。提出压裂管柱后发现钢球坐在套损井喷砂器A滑块上,但下滑套未动,打开工具发现方形滑块被冲刷成楔形。

1.2 原因分析

结合套损井喷砂器A的结构原理进行分析,在正常情况下,打入下滑套时钢球坐在方形滑块上(如图1),液压力作用下的轴向力大大超过径向力,推动滑块带动下滑套剪断滑套固定销钉后下行,到达预定位置滑块失去外支撑后退,钢球下落到下级喷砂器内,实现打套动作。但是该井压裂时将方形滑块冲刷成楔形,钢球坐在楔形滑块上(如图2),在液压力作用下产生的径向力远远大于轴向力,使滑块卡于中心管内壁上,无法将下滑套打到预定位置。方形滑块变成楔形可能是因为在第1层压裂过程中,由于3.2～3.8 m3/min的施工排量和9.5 m3的加砂量均超过通常的2.4 m3/min施工排量和6 m3加砂量,将滑块冲刷成楔形。此外,该井钢球到达楔形滑块上产生的轴向力和径向力之比发生变化,不能及时把下滑套打下去,含有压裂砂的液体通过钢球与下滑套之间的较小间隙时,形成流速很高的液流冲刷滑块,加剧其楔形变化。

图1 喷砂器滑块磨损前打入滑套

2 结构改进及工作原理

2.1 结构改进

改进前的套损井喷砂器为双滑套结构,滑套移动时不离开本级喷砂器,具有自封性。结合不动管柱分层压裂的技术思路[2-3],改进后的套损井喷砂器为单滑套结构,打滑套时钢球坐在滑套上(如图3),在滑套和钢球的上下压差超过剪断滑套固定销钉压力约8.7 MPa[4]时,即能准确地完成打滑套动作,滑套下行离开本级喷砂器到下一级喷砂器中,对下一级喷砂器进行密封。

图2 喷砂器滑块磨损后打入滑套

图3 喷砂器改进后打入滑套

2.2 工作原理

改进后的套损井喷砂器分为有滑套和无滑套2种形式,组配管柱时,有滑套的喷砂器在上,无滑套的喷砂器在下。改进后的压裂管柱结构如图4。压裂下部层段时,直接向管柱内注入一定排量和压力的压裂液,无滑套喷砂器的中心管出液孔处于开启状态,高压液体经过喷砂器的阀时,由于弹簧作用和过液通道的节流作用,在管柱内和油套环空之间形成压差,该压差保证封隔器坐封。高压液体经无滑套喷砂器和油套环空进入下部预压层段压开裂缝,经加砂、顶替完成下部层段的压裂施工。在压裂上部层段之前,向管柱内投入一钢球,钢球在液压力作用下打入有滑套喷砂器的滑套,使其中心管出液孔处于开启状态,钢球顶着滑套继续下行落入无滑套喷砂器的中心管内,密封中心管出液孔。高压液体经打入滑套的喷砂器和油套环空进入上部预压层段,压开裂缝,经加砂、顶替完成上部层段的压裂施工。扩散后活动压裂管柱,解封后提出压裂管柱完成全部压裂施工。

图4 套损井分层压裂管柱

3 改进前后对比

3.1 主要技术参数

对总长和最小通径进行了改进,最小通径由«37mm改为«33 mm,施工中产生的节流损失有所增加,但从目前压裂设备的性能指标来看,不会对压裂施工产生影响。套损井喷砂器改进前后的主要技术参数如表1。

3.2 性能

改进前套损井喷砂器为双滑套结构,打滑套时钢球坐在滑块上,在液压力的作用下使滑套移动不离开本级喷砂器,钢球继续下行,喷砂器具有自封性。用该喷砂器组配压裂管柱可不使用工作筒及其配套的堵塞器。改进后套损井喷砂器为单滑套结构,打滑套时钢球坐在滑套上,在液压力的作用下,钢球顶着滑套下行离开本级喷砂器,落入下一级无滑套喷砂器的中心管内,对下一级喷砂器进行密封,具有打滑套动作准确的特点。用改进后的喷砂器组配压裂管柱时,需要在压裂管柱上连接工作筒并配备相应的堵塞器,以解决提出压裂管柱时发生的反喷问题。

表1 套损井喷砂器改进前后技术参数

4 现场试验

套损井喷砂器改进后已经试验7口井,使用有滑套喷砂器 7套、无滑套喷砂器 7套,成功率100%,对前3口试验井进行了现场跟踪,试验数据如表2。

由表2看出,压裂施工的最高压力达到 38 MPa、最大加砂量达到 14 m3、最大排量达到 3 m3/min。改进后套损井喷砂器能够满足通径>«108 mm套变井和加固井的压裂要求。

表2 改进后的套损井喷砂器试验数据

5 结论

1) 原套损井喷砂器的结构存在问题是造成套损井压裂施工不成功的原因。

2) 经过7口井的现场试验表明,改进后的套损井喷砂器强度适中,工作可靠,能够满足通径> «108 mm套变井和加固井的压裂要求,为套损井压裂提供了硬件支持。

[1] 王彦兴,兰中孝,张晓君.套损井压裂管柱的研制[J].石油矿场机械,2006,35(6):90-92.

[2] 李兴煜.不动管柱分层压裂技术研究[J].石油矿场机械,2008,37(9):103-106.

[3] 刘文喜,张 鹏,韩 侠.井下工具的可靠性设计[J].石油矿场机械,2009,38(7):56-59.

[4] 苏翼林.材料力学:上册[M].北京:高等教育出版社, 1979:50-53.

Improvement and Site Test of Sand-sprayer for Casing Damage Wells

LI Cai,WAN G Yan-xing,ZHAO Ya-fen,HU Zhen-jiang
(Tool Factory of Downhole Service S ub-company,Daqing Oilf ield Co.,Ltd.,Daqing163112,China)

Since the sand-sprayer was successfully developed,it has played an important role in the fracture of casing damage wells.With incessant use of the sand-sprayer we found that original sand-sprayer for casing damage wells was limited in larger dimension fracture.An example is adduced that the sand-sprayer for casing damage wells had a screw loose in fracture,analyses the reason why sand-sprayer had a screw loose,the configuration improvement of sand-sprayer for casing damage wells was presented,and an introduction to the property change of sand-sprayer around the improvement of sand-sprayer for casing damage wells was made.

casing damage wells;sand-sprayer;improvement;fracture test

TE934.2

B

2009-07-29

李 才(1961-),男,黑龙江通河人,工程师,从事井下工具研究工作,E-mail:Jx_licai@petrochina.com.cn。