PFT85-I型脉冲压裂工具研制

邵　媛，王在强，任国富，胡相君，蒙　鑫，薛晓伟（1．长庆油田公司油气工艺研究院，西安710018；2．低渗透油气田勘探开发国家工程实验室，西安710018）①

PFT85-I型脉冲压裂工具研制

邵媛1，2，王在强1，2，任国富1，2，胡相君1，2，蒙鑫1，2，薛晓伟1，2
（1．长庆油田公司油气工艺研究院，西安710018；2．低渗透油气田勘探开发国家工程实验室，西安710018）①

盆地致密油气储层的勘探开发难度大，采用常规技术的单井产量低，难以实现经济有效开发。为了提高单井产量，开展了井下脉冲压裂工艺及工具技术攻关，形成了定型工具产品。介绍了PFT95-I型脉冲压裂工具的结构、工作原理。现场应用表明，该工具耐冲蚀，射孔效果好，井底混砂均匀；通过调整地面油管及环空排量实时控制井底砂浓度，处理砂堵的能力强，施工安全、可靠，满足脉冲压裂技术要求。混合器混砂性能良好，可以实现油管高砂浓度液体与环空纯净流体在井底的均匀混合。

脉冲压裂；工具；结构

盆地致密油气储层的勘探开发难度大，采用常规技术的单井产量低，难以实现经济有效地开发，国内外开发实践表明，缝网压裂可大幅提高致密油气田单井产量。脉冲压裂是国外近年来提出的一项新技术［1］，是实现缝网压裂的有效手段，目前国内尚无应用。长庆油田油气工艺研究院开展了脉冲压裂工具技术攻关，形成了定型工具产品。该工艺可以实现油管高砂浓度液体与环空纯净液在井底混合，在p title="pagenumber_ebook=1,pagenumber_book=0" class="content">压裂施工过程中脉冲式加砂，瞬时增加缝内净压力，多次缝内暂堵转向压裂，形成缝网复杂，增大致密油藏改造体积，提高单井产量。

1 技术分析

1．1 结构［2］

脉冲压裂工具结构如图1所示，主要由油管＋安全丢手＋扶正器＋喷射器＋合金单流阀＋混砂器＋定位器＋带孔丝堵组成。

图1 脉冲压裂工具结构示意

1．2 工艺原理［1］

1） 通井至人工井底。

2） 洗井至返出洗井液机械杂质含量小于0．2%，并再次实探人工井底。

3） 清水试压20 MPa，30 min压力下降小于0．5 MPa。

4） 将工具串下放到井底，定位确定第1产层，上提工具串至第1产层，使喷砂射孔工具对准产层段中部。

5） 投球，泵送球至单流阀内到位。

6） 管内泵注射孔砂液，通过喷砂射孔工具射穿套管。

7） 反循环，将单流阀内球洗出。

8） 油管小排量高砂浓度携砂液经混合器喷出与环空大排量清洁流体混合，根据压裂井底砂浓度需求，实时控制管内与环空排量，从而达到控制井底砂浓度的目的，脉冲式加砂，实现缝内多次暂堵转向压裂。

8） 第一段结束后，上提管柱，打砂塞。10） 砂塞密封测试。11） 重复步骤4～8。12） 循环冲砂，起出油管。

1．3 主要技术参数

1．4 技术特点

1） 可以实现油管高砂浓度液体与环空高流速流体在井底混合，通过调整排量来实时控制井底裂缝和孔眼中的砂浓度。

2） 工艺具有超强的处理砂堵的能力。因为环空一直泵注清洁流体，一旦有砂堵迹象，可降低油管排量或停止注入，迅速地将砂塞替入地层，施工可以继续。即使砂堵突然发生了，也可以进行反循环洗井解除。如果在加砂初期就发生砂堵，可以选择顶替入裂缝或上提重新施工或放弃该段，上提到下一层继续施工。

2 主要配套工具

2．1 混合器［2］

基于流体旋流混合的原理，通过机械端口引导流体旋流搅拌，能将油管注入的高浓度携砂液搅动，与环空液体在进入地层前混合均匀。主要由混合腔、喷砂口组成，喷口均匀分布在内腔切线方向，喷口与轴向呈45度斜向下布置，工具结构如图2。其工作原理为：油管内高砂浓度携砂液刚从混合器流出，由于混合器出口轴线与中轴线存在一定的偏心距和角度，产生旋流效应，液体混合，当混合液流至井下工具的末端时，由于流动空间增大，在光套管内的流速相应降低，边界层分离，由于液体的强剪切流动，在井下工具下游产生漩涡，同时由于密度差的影响，进一步加速液体混合效果。

图2 混合器结构示意

2．2 喷射器［3-7］

喷射器用于射孔，采用螺旋分布式喷嘴设计、压帽采用硬质合金一体成型技术，显著提高率喷射器使用寿命，工具结构如图3。该喷射器外径105 mm，本体外径92 mm，内径36 mm，连接螺纹规格2UPTBG。

图3 喷射器结构示意

2．3 合金单流阀

单流阀用于喷射器射孔时，封堵喷射器以下空间，由于结构尺寸的排布关系，合金单流阀的内径处流速很高，在高砂浓度工况下对其冲蚀磨损要严重的多，为解决这个问题，设计了分体式合金单流阀，显著提升了耐冲蚀性能。工具结构如图4。该喷射器外径105mm，本体外径92mm，内径36mm，连接螺纹规格2UPTBG。

图4　合金单流阀结构示意

3　室内试验［2］

样机试制完成后，主要对混合器的混砂性能和混砂距离进行了地面试验，同时对混合器、合金单流阀球座的冲蚀情况进行观察。按照试验的设计流程、泵注程序连接管汇、泵注施工，根据高速摄影系统中慢放影像，可以得到不同参数下的混砂距离。试验结果表明：

1） 油管净液排量1．1m3／min，油管排量1．43m3／min，环空排量最大5m3／min，最高砂比50%（即砂质量浓度810kg／m3），最大混砂距离0．6m。

2） 油管净液排量0．5m3／min，油管排量0．84m3／min，环空排量最大3m3／min，最高砂比110%（即砂质量浓度1 800kg／m3），最大混砂距离0．4m。

3） 井下混合器试验之后，检查工具的冲蚀情况，仅混合器出口有冲蚀痕迹，性能完好，其他工具无明显冲蚀痕迹。如图5～6所示。

图5　混合器的冲蚀痕迹

图6　合金单流阀未见冲蚀

4　现场应用

脉冲压裂工具在长庆油田某井试验成功，单层改造后获得日产21．2t的高产油流，突破了该区致密油井试油产量低于10t的界限。2014年，该工具在长庆油田成功入井试验6口井，成功率达100%，最高砂质量浓度达1340kg／m3。压裂后单井产量较同区邻井产量提高30%以上，获得了较好的增产效果，为进一步提高致密油单井产量拓展了新的途径。

5　结论

1） 研制的脉冲压裂工具混砂性能良好，可以实现油管高砂浓度液体（含砂1340kg／m3以下的工况）与环空纯净流体在井底的均匀混合。

2） 环空一直泵注清洁流体，处理砂堵的能力强，工艺施工安全、可靠。

3） 通过调整排量来实时控制井底砂浓度。能使地层产生复杂分支裂缝，增大改造体积。

4） 压裂后单井产量较同区邻井常规技术改造产量大幅提高。为长庆致密油气资源的高效开发提供了有效的工艺手段。

［1］ Fraser Mc Neil，Klaas van Gijtenbeek，Mark van Domelen．SPE，Halliburton：New Hydraulic Fractu-ring Process Enables Far-Field Diversion in Uncon-ventional Reservoirs［R］．Presented at the SPE／EA-GE European Unconventional Resources Conference and Exhibition held in Vienna，Austria，2012（3）：20-22．

［2］ Jim B Surjaatmadja，Loyd E East．SPE，Halliburton：Efficient Coiled-Tubing Fracturing for Proppant-Placement Assurance and Assurance and Contingen-cy-Cost Mitigation［R］．Presented at the SPE Middle East Unconventional Gas Conference and Exhibition held in Abu Dhabi，UAE，2012（1）：23-25．

［3］ 谢刚儒，王永清，向杨，等．水力喷射工具腐蚀原因及改进措施［J］．石油矿场机械，2015，44（2）：55-59．

［4］ 任勇，赵粉霞，王效明，等．水力喷射工具地面模拟试验［J］．石油矿场机械，2011，40（8）：46-49．

［5］ Stanojcic M，Rispler K．SPE，Halliburton：How to A-chieve and Control Branch Fracturing for Unconven-tional Reservoirs：Two Novel Multistage-Stimulation Processes［R］．Presented at the Canadian Unconven-tional Resources＆International Petroleum Conference held in Calgary，Alberta，Canada，2010（10）：19-21．

［6］ Fraser McNeil，William Harbolt．SPE，Halliburton：New Multistage Fracturing Process Offers Real-Time Control of Rate and Proppant Concentration at the Perforations ［R］．Presented at the SPE Canadian Unconventional Resources Conference held in Calgary，Alberta，Cana-da，30 October-1 November 2012．

［7］ Klaas van Gijtenbeek，Fraser Mc Neil，and Leon Mas-saras．SPE，Halliburton：New Coiled-Tubing-Deployed Multizone Hydraulic Fracturing：An Unconventional Process for Unconventional Reservoirs［R］．Presented at the SPE Russian Oil＆Gas Exploration＆Produc-tion Technical Conference and Exhibition held in Mos-cow，Russia，2012（10）：16-18．

PFT85-I Type Pulse Fracturing Tool Development

SHAO Yuan1，2，WANG Zaiqiang1，2，REN Guofu1，2，HU Xiangjun1，2，MENG Xin1，2，XUE Xiaowei1，2
（1．Oil and Gas Technology Research Institute，Changqing Oilfield Company，Xi′an 710018，China；2．National Engineering Laboratory for Ex ploration and Development of Low-permeability Oil and Gas Fields，Xi’an 710018，China）

Basin tight oil and gas reservoir，exploration and development difficult using convention-al technology，low single well production，it is difficult to realize the economic effective develop-ment，in order to improve the single well production，development of downhole pulse fracturing research technique and tool technology，forming a shaping tool products．This paper introduces the structure，working principle of PFT95-I type pulse fracturing tool．Field application shows that the tool，erosion resistant，perforating effect is good，the bottom sandmixing evenly，can achieve real-time control bottom sand concentration through the adjustment of the surface of pipe and an-nulus displacement，sand plug strong processing ability，construction safety，reliable，meet the re-quirements of the pulse fracturing technology．Mixer sandmixing performance is good and can a-chieve high sand concentration liquid tubing and annulus fluid in homogeneousmixing at the bot-tom of the pure．

impulse fracturing；tool；structure

TE934．203

B

10．3969／j．issn．1001-3842．2015．08．015

1001－3482（2015）08－0001－04