水平井分段压裂可开关滑套的研制与应用

罗 懿，周 勤

(中石化华北分公司，河南 郑州 450006)

引 言

红河油田为低压、低孔、低渗油藏，采用常规方式开发效果不明显，用水平井分段压裂技术能够实现油井的有效开发［1－6］。目前，该地区普遍采用预置裸眼封隔器+滑套的分段压裂方式完井，但分段压裂喷砂滑套压裂后不能实现油管畅通，对单井测试以及生产有很大影响［7－10］。为此，研发了可开关压裂喷砂滑套和相配套的打捞、开关工具，可实现打捞内球座后油管全通径，任意段可实现二次压裂作业;针对出水层位，外滑套可选择性开关，实现水平井堵水和分段选择性测试。

1 技术分析

1.1 工作原理

水平井分段压裂可开关管柱主要由悬挂封隔器、裸眼封隔器、坐封球座、筛管引鞋以及低密度球配合使用，管柱结构见图1。

图1 水平井分段压裂工艺管柱

(1)压裂过程。按照设计下入分段压裂完井管柱，坐封各封隔器后，右旋90°起出钻杆和丢手，下入压裂管柱回接，左旋90°实现回接密封。打压至设定压力，压差滑套打开，实现第1层压裂施工;顶替时投球，球运行至相匹配的球座，坐稳后带动内外滑套一体运动，露出滑套喷砂口，完成第2层压裂施工。依此类推，完成所有分段压裂施工。压后放喷，液流带动球运行至捕球器，测试求产。

(2)打捞内球座。压裂施工后，可下入内球座打捞工具一次性打捞出全部内球座。内球座打捞工具和每个内球座底部均设计有特殊卡槽，可受压逐层卡紧连接成一体。下压打捞工具，工具底部卡槽卡紧锁死第1个内球座顶部卡槽，带动内球座和外滑套连接的凸起键收缩，使内球座从外滑套脱落并向下运动。继续下压工具，已脱落的第1个内球座底部卡槽与第2个球座顶部接触后卡紧锁死，凸起键收缩，使第2只内球座脱落。依此类推，所有内球座脱落并卡紧连接成一体，上提打捞工具即可打捞出全部内球座。

(3)开关外滑套。投球双层滑套的外滑套部分有特殊设计的专用开关凹槽，与开关外滑套专用工具的外齿模块尺寸相匹配。水平井分段压裂完井后生产，如监测到某段滑套生产时出水严重，即可实施外滑套开关作业。外滑套开关工具下入作业深度后，打压并上下运动，如遇外滑套凹槽，外齿模块凸起膨出，卡入外滑套凹槽，再下放或上提工具，实现开关外滑套作业。外滑套开关完成后，泄压，强力弹簧带动外齿模块缩起回位，起出工具。

1.2 可开关滑套结构

水平井分段压裂开关滑套主要由投球双层滑套、内球座打捞工具和外滑套开关工具组成。可以根据地质情况及分段压裂的段数进行调整，满足多种工况的分段压裂施工，内球座打捞以及层段开关，满足地质要求。

投球双层压裂滑套主要由上接头、内球座、外滑套、下接头、密封圈和剪钉等组成，主要功能为形成分段压裂时喷砂通道和地层液流通道。结构见图2。

图2 投球双层压裂滑套结构示意图

内球座打捞工具主要由上接头、外筒、打捞头、密封圈等组成，主要功能为打捞投球双层滑套内球座。

内球座打捞工具结构见图3。

图3 内球座打捞工具结构示意图

外滑套开关工具主要由上接头、外筒、锁紧机构、强力弹簧、开关头、密封圈等组成，主要功能为打开或关闭投球双层滑套之外的滑套。结构见图4。

图4 外滑套开关工具结构示意图

1.3 性能特点

(1)技术特点:①投球双层滑套为双层设计，外层滑套可自由开关;②内球座可由打捞工具一次性取出，实现全通径;③任意段可实现二次压裂作业;④外滑套可选择性开关，实现水平井堵水和分段选择性测试;⑤Ø114.3 mm和Ø139.7 mm基管连接时最高压裂段数达18段;⑥使用低密度、耐高压压裂球(密度1.4 g/cm3，抗压420 MPa)。

(2)技术参数:①适用于Ø152.4 mm以上的套管;②耐温为150℃，耐压差为70 MPa，打开压差为11.5 MPa;③投球双层滑套外径为Ø145 mm，内径为Ø21～Ø62 mm，长度为777 mm;④内球座打捞工具外径为 Ø95 mm，内径为 Ø76 mm，长度为555～860 mm;⑤外滑套开关工具外径为Ø95 mm，内径为Ø73 mm，长度为1575 mm。

2 现场应用情况

2012年6月在 HH37P32、HH12P512口井使用可开关滑套裸眼封隔器分段压裂施工，分别压裂了6段和7段。其中HH37P32由于裂缝发育，进行解堵性压裂。施工参数详见表1。压裂后实施滑套打捞，2口井共11只内球座及低密度球全部带出，成功率为100%。

典型井分析:HH37P32打捞过程，地面连接打捞工具(自下而上)为:打捞器Ø92 mm×0.77 m+变扣Ø79.7 mm×0.10 m+马达头总成Ø73 mm×0.79 m+变扣Ø79.7 mm×0.18 m+连接器Ø79.7 mm×0.24 m，工具总长为2.08 m。缓慢下放连续油管打捞工具至1800 m，用连续油管伴注液氮进行打捞，清水泵车排量为250～300 L/min，泵压为16.1～31.8 MPa，液氮泵车排量为30～100 L/min，泵压为25～31.7 MPa，在2195.66、2288.67、2360.00、2453.55、2556.84 m进行5级滑套打捞作业，加压为2～4 t，上提力为11.5～17.5 t，5级滑套均成功打捞，提出打捞工具及5级投球滑套(包括4枚复合材料球)。实现了油管内全通径，对后续的生产不造成影响。

3 结论

(1)可开关滑套下入内球座打捞工具，可一次性打捞出全部内球座，实现完井管柱全通径。

(2)可开关滑套外滑套有独特凹槽设计，通过下入专用外滑套开关工具，可实现外滑套选择性开关，达到水平井分段堵水或选择性测试的目的。

(3)可开关滑套结构简单、操作方便，打捞、开关可靠，压裂后打捞内滑套后油管全通径，可满足后期油气藏重复改造以及测试要求，解决了水平井预置管柱分段压裂的核心问题，市场前景广阔，可以大力推广。

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