苏里格气田机械封隔器连续分层压裂技术

张华光 桂 捷 张丽娟 惠红刚 郭思文 李旭梅

（1.长庆油田公司油气工艺研究院，陕西西安 710021；2.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室，陕西西安 710021）

苏里格气田机械封隔器连续分层压裂技术

张华光1，2桂 捷1，2张丽娟1，2惠红刚1，2郭思文1，2李旭梅1，2

（1.长庆油田公司油气工艺研究院，陕西西安 710021；2.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室，陕西西安 710021）

针对苏里格气田含气层系多、单层产量低的特点，进行了气井机械封隔器连续分层压裂技术研究，研发并优化了气井机械封隔器连续分层压裂管柱，研制了大通径K344封隔器、水力锚及耐磨的3.175 mm小级差滑套芯子等配套工具，可达到一趟管柱连续分层改造8层。80多口井的现场应用表明，该技术具有施工可靠、操作简单、成本低等优点。

苏里格气田；气井；连续分层压裂；K344封隔器

苏里格气田单井具有4层以上含气层系的气井比例超过25%，前期一趟管柱最多仅能分压3层，改造选层时舍弃了部分可以利用的气层。分层压裂实施效果表明，多层动用是提高直井单井产量的有效途径，若将舍弃的层位全部动用，则可有效提高单井产量。目前可实现4层以上分层压裂的技术手段有连续油管［1］、TAP阀等工艺，这两种工艺具有施工层数不受限制的优势，但存在施工周期较长、成本高等问题，需要进行更为经济高效的气井多层改造工艺研究。

1 机械封隔器连续分层压裂管柱

1.1 管柱结构及工作原理

在机械封隔器分压合采管柱的基础上［2］，优选采用K344封隔器与节流喷砂器组合的方式实现多层连续分压。管柱结构见图1。工作原理：一次射开多段气层，下入机械封隔器连续分层压裂管柱，通过节流压力实现封隔器坐封，完成单层封隔，井口投对应大小的钢球开启节流喷砂器实现气井自下而上多层不动管柱分层压裂，措施后合层排液求产，最终实现多层气井分压合采。

1.2 管柱结构优化

水力锚起到防止油管弯曲、折断或者封隔器蠕动造成封隔失效的作用，考虑到施工可靠性，各级封隔器均应配备水力锚，但它是造成起钻困难的主要原因，除了为水力增加防砂机构外，还需要从管柱结构上优化水力锚数量。下面对去掉水力锚的管柱进行可靠性分析。

图1 机械封隔器连续分层压裂管柱

任意取一层，在压裂本层时，井下管柱受力如图2所示［3］。上层压力对两封隔器之间的油管有一个拉伸力，对该部分油管受力情况进行分析，确定该力是否超过油管抗拉强度。

式中，D为套管内径，mm；d1为油管外径，mm；d2为油管内径，mm；p上为上层地层压力，MPa；p地下为下层地层压力，MPa；FL为油管承受的拉力，N。

图2 压裂管柱受力分析

套管外径139.7 mm，内径121.36 mm；油管外径73.02 mm，内径62.0 mm；最高施工压力70 MPa，地层压力20 MPa，油管抗拉极限657.6 kN，根据式（1），则油管承受的拉力为496 kN。

理论计算表明，在Ø139.7 mm套管完井条件下，Ø73 mm油管抗拉强度满足施工要求，但油管抗压能力无理论依据。管柱优化如下：由于最上部封隔器以上的油管较长，蠕动性较强，该封隔器必须加水力锚；最底层压裂时，管柱只承受压力，因此最底部封隔器必须加水力锚；中间油管受力由拉压结合，能够满足要求，具体到单井设计时，综合考虑预测施工压力、层位深度、层间距等因素，确定实际所需水力锚数量。

2 配套工具

2.1 大通径K344封隔器

封隔器胶筒胶料选用特种丁腈橡胶，骨架材料选用芳纶。特种丁腈橡胶耐油、耐温、耐介质等性能优异。芳纶具有强度高、稳定性好、耐温、耐磨、与橡胶黏合好等特点。通过优选本体材质、优化热处理工艺、改进胶筒硫化工艺等提高封隔器承压性能，使大通径K344封隔器能够满足苏里格气田施工要求。配套工具性能参数见表1。

表1 配套工具设计参数

2.2 大通径内防砂水力锚

对大通径内防砂水力锚锚爪形状进行了优化，复位弹簧结构进行了改进，增加了内防砂机构。

2.3 小级差耐磨节流滑套

借助流体动力学，模拟了滑套内部颗粒流速分布，优化了滑套入口结构，提高了小级差滑套的耐磨性，形成了满足压裂施工要求的3.175 mm小级差滑套芯子（图3）。

图3 小级差耐磨滑套芯子

3 技术特点

（1）管柱分压可靠性高。封隔器封隔可靠，实现了单层压裂。

（2）压裂作业效率高。由于采用“一次射孔、机械封隔、连续分层压裂、快速合层排液”的技术方案，实现了压裂过程连续作业，压裂施工效率高。

（3）管柱起钻可靠性高。机械封隔器连续分层压裂管柱设计考虑了工艺测试和后期措施要求，管柱中水力锚数量根据单井施工设计调整并尽量减少其数量。

4 应用实例

目前在苏里格气田82口井实施机械封隔器连续分层压裂作业，已完成68口井，与邻井相比工艺有效率83.6%，增产效果较好。苏里格东区实施井平均无阻流量较区块增加28.4%，苏里格中区、西区平均无阻流量增加25.8%。

苏X井为苏里格区块2012年的一口开发井，根据该井储层特点、纵向储层分布、储层与砂体匹配关系，确定并完成了7层分层压裂试验，该井压裂施工共历时533 min，各层压裂施工曲线见图4。从施工结果可以看出，该井各层滑套开启压力、地层破压明显，井底压力测试表明：各封隔器封隔可靠，各层均实现了分层压裂。该井压后排液一次喷通，无阻流量达到邻井平均值的3.8倍，增产效果明显。

图4 苏X井压裂施工曲线

5 结论与建议

（1）机械封隔器连续分层压裂技术可满足苏里格气田含气层系多、单层产量低的要求，增产效果显著，建议进一步开展机械封隔器连续分压技术优化，提高该技术一趟管柱分压施工层数，满足后期气田开发需求。

（2）连续油管、TAP等分层压裂工艺具有分压层数不受限制，压后井筒简单等优势，建议进行该技术研究，形成适应苏里格气田需求的低成本配套工艺。

［1］ 任国富，张华光，付钢旦，等.国外连续油管作业机的最新进展［J］.石油矿场机械，2009，38（2）：97-99.

［2］ 付钢旦，桂捷，赵粉霞，等.气井分压合采工艺技术研究［J］.天然气工业，2005，25（4）：71-73.

［3］ 张华光，赵广民，任国富，等.分压管柱单向卡瓦的作用分析［J］.低渗透油气田，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

张华光，桂捷，张丽娟，等.苏里格气田机械封隔器连续分层压裂技术 ［J］. 石油钻采工艺，2013，35（3）：85-87.

TE934

：B

1000–7393（2013） 04–0085–03

张华光，1980年生。2003年毕业于石油大学（华东）机械设计制造及其自动化专业，现从事井下工具研发及应用工作。电话：029-86593317。E-mail：zhguang_cq@petrochina.com.cn。

2013-02-05）

〔编辑 景 暖〕