不动管柱分层酸化压裂工艺管柱研究

!应用技术#不动管柱分层酸化压裂工艺管柱研究肖国华X(江汉油田分公司采油工艺研究院)摘要常规多油层全井酸化压裂只能对其中的某一薄弱层进行改造,而其他大多数层位并未得到改善,往往是得到处理的层位并不完全是设计层位,因此全井酸化压裂改造的效果受到很大的影响,这需再对其他层位进行重新施工,增加了施工难度,耗费大量的人力物力。

针对这一问题,研究成功分层酸化压裂工艺技术,该工艺管柱由多级压裂封隔器和滑套喷砂器组成,通过自下而上的处理方式可以实现不动管柱酸化压裂3层或对其中任意1层进行施工改造。

现场38井次的试验表明,该分层酸化压裂管柱配套齐全,施工成功率达100%。

关键词多油层分层压裂管柱封隔器喷砂器分层酸化压裂技术是各油田亟待解决的问题,而目前最常见的方法之一是采用投球分层压裂[1]。

该压裂技术最大的不足是在压裂时投球控制不准,其投球的数量、投球速度、施工排量要求很严,因此施工技术难度大,在一定的压力下难以控制需重点改造的层位,分层效果并不十分理想。

针对这一问题,江汉油田分公司采油工艺研究院研究并试验成功一套不动管柱分压3层或对其中任意1层进行压裂改造的分层压裂技术,较好地解决了应用中的难题。

分层酸化压裂管柱11任意层酸化压裂管柱[2]目前有很多油田的大部分油井均进行过酸化压裂改造,甚至进行过多次改造,因此其中的部分油层得到过酸化压裂改造,为了让未得到改造的油层发挥作用,就需要有针对性地进行酸化压裂,即处理其中某一油层,而其他层位不受影响。

为了解决这个问题,研制了一种任意层酸化压裂工艺管柱。

(1)管柱结构任意层酸化压裂管柱由水力锚、Y341系列酸化压裂封隔器、定压喷砂器、平衡阀、坐封球座等组成(见图1)。

图1任意层酸化压裂管柱1、5)水力锚;2、4)Y341封隔器;3)定压喷砂器;6)平衡阀;7)坐封球座(2)施工工艺按设计要求配好管柱;连接管线,循环泵,替液(该管柱正反顶替均可);先投球([Ê38mm)至坐封球座处,油管内憋压15 M Pa坐封封隔器,继续憋压至20M Pa左右打开定压喷砂器;然后按照酸化压裂设计要求进行选定层位的酸化压裂施工。

施工完成以后,可由套管泵入洗井液进行反洗井快速排酸或冲砂,然后投入专用撞击杆打开下部平衡阀,使管柱的内外均连通平衡,便于上提管柱解封封隔器,起出施工管柱。

)49)2004年第32卷第2期石油机械CHINA PETROLEUM M ACHINERYX肖国华,高级工程师,生于1966年,1989年毕业于江汉石油学院采油工程专业,现从事井下工具及分层采油工艺研究工作。

地址: (433123)湖北省潜江市。

电话:(0728)6571455。

(收稿日期:2003-01-07;修改稿收到日期:2003-06-06)(3)管柱特点 该管柱不仅工作压力高,可以大排量正反替液,也可以对任意需要压裂改造的油层进行压裂施工,该管柱还可以用于任意层酸化作业施工,而且该管柱设计有反洗井通道,可以很方便地进行反洗井冲砂或排酸。

21不动管柱分层酸化压裂工艺管柱[2,3]有很多油田的油层厚度薄而多,常规的酸化压裂只能处理其中的一个油层,因此酸化压裂后通常只有一个油层开采,在需要酸化压裂多个油层时就需要进行多次施工,施工复杂,周期长,难度大。

为了解决这个问题,江汉油田分公司采油工艺研究院研制出了一套不动管柱压裂3层的压裂工艺管柱。

(1)管柱结构 不动管柱压裂3层的压裂工艺管柱由水力锚、Y341压裂封隔器、滑套喷砂器、坐封球座及割缝喷砂器等组成(图2)。

图2 分层酸化压裂管柱1、7)水力锚;2、4、6)Y341封隔器;3、5)滑套喷砂器;8)坐封球座;9)割缝喷砂器(2)施工工艺 按设计要求配好管柱;连接管线,循环泵、替液(正反顶替均可);先投球(Ê35mm)至坐封球座处,油管内憋压15MPa 坐封封隔器,继续憋压至20MPa 并打掉球座心子下落至割缝喷砂器底部挡球孔板处,然后按照下层压裂(酸化)设计要求进行下层压裂(酸化)施工;压裂中层时,再投球(Ê38mm)至滑套喷砂器处,油管内憋压15~20M Pa,将滑套喷砂器的心管和球压到底部坐封球座处,密封下层,再按照压裂(酸化)设计要求进行第二层压裂(酸化)施工;压裂上层时,再投球(Ê45mm )至上部滑套喷砂器处,油管内憋压15~20MPa 将滑套喷砂器的心管和球压到中间滑套喷砂器处,密封下面两层,再按压裂(酸化)设计要求进行第三层压裂(酸化)施工;压裂(酸化)施工完成以后,从套管泵入洗井液进行反洗井快速排酸或冲砂,然后上提管柱解封封隔器,起出施工管柱。

(3)管柱特点 该管柱可以不动管柱进行2层或3层分层压裂施工,在施工前可以大排量正反替液;该管柱还可以用于2层或3层分层酸化作业施工,而且管柱设计有反洗井通道,可以很方便地进行反洗井冲砂或排酸作业,施工简单方便,施工成本低。

配 套 工 具笔者在研究分层酸化压裂配套管柱的同时,对其中配套的封隔器、喷砂器、坐封球座等工具进行了研究和完善。

11Y341压裂封隔器(1)结构 Y341压裂封隔器主要由防撞、坐封、密封、反洗井、锁紧和解封等部分组成,其基本结构如图3所示。

(2)工作原理 油管内憋压,液力经中心管图3 Y341压裂封隔器结构示意图1)上接头;2)O 形密封圈;3)中心管;4)反洗套;5)反洗活塞;6)上胶筒座;7)外中心管;8)胶筒;9)隔环;10)下胶筒座;11)上活塞;12)上活塞套;13)下中心管;14)下活塞;15)锁环;16)锁套;17)坐封销钉;18)防撞环;19)下接头出液孔传入活塞室作用于上下活塞上,上部反洗活塞下行,密封反洗通道,下部的上活塞和下活塞上行压缩胶筒密封油套环空;同时锁套上行与锁环相互啮合锁紧,防止胶筒回弹,使其在工作过程中始终处于密封状态;反洗井时,从油套环空注入液体,液流经封隔器上外套栅状水流通道进入,推开反洗活塞进入内外中心管之间的通道,顶开坐封上活塞,从封隔器上活塞套出液孔流出,实现反洗;解封时,直接上提管柱解封封隔器;该封隔器还在封隔器的下部设计有防撞机构,可防止下管柱过程)50) 石 油 机 械2004年 第32卷 第2期中出现中途坐封。

(3)主要技术参数 表1为Y341压裂封隔器的主要技术参数。

表1 Y 341压裂封隔器主要技术参数型 号Y341)148封隔器Y341)115封隔器Y341)112封隔器总长/mm 136012501250最大外径/mm 148115112最小内径/mm 625050坐封压力/M Pa 12~1512~1512~15工作压差/M Pa 808080反洗排量/(m 3#h -1)453025工作温度/e150150150解封载荷/kN 15~2015~2015~20适应套管内径/mm154~161121~124118~12121定压喷砂器(1)结构 定压喷砂器由上接头、销钉、活塞和中心管组成,其结构图见图4。

图4 定压喷砂器1)上接头;2)销钉;3)活塞;4)盘根;5)中心管(2)工作原理 施工时,油管内憋压20MPa剪断销钉,活塞下落,压裂液即可由中心管长槽处喷出进行压裂。

(3)主要技术指标 定压喷砂器的主要技术指标列于表2。

表2 定压喷砂器主要技术指标型 号外径/mm 内径/mm 总长/m m 工作压力/M Pa 开启压力/M PaKPS )10010060560802031平衡阀(1)结构 平衡阀由外套、十字叉挡板、销钉、心管、盘根组成。

其结构图见图5。

图5 平衡阀1)外套;2)十字叉挡板销钉;3)销钉;4)心管;5)盘根(2)工作原理 施工时,该平衡阀始终处于密封状态,在起管柱时,油管内投入专用撞击杆撞击十字叉挡板,带动心管下行剪断销钉,漏出外套孔槽,油管内外连通,卸去油管内压力,方便管柱起出。

(3)主要技术指标 平衡阀的主要技术指标列于表3。

表3 平衡阀主要技术指标型 号外径/mm 内径/mm 总长/mm 工作压力/M Pa撞击力/N KPH )9494423608010041滑套喷砂器(1)结构 滑套喷砂器由上接头、喷砂管、心管、销钉组成。

其结构图见图6。

图6 滑套喷砂器1)上接头;2)喷砂管;3)销钉;4)心管;5)盘根(2)工作原理 施工时,投入适当的钢球至心管上部球座处,油管内憋压剪断销钉,心管及钢球下落,压裂液即可由喷砂管长槽处喷出进行压裂。

(3)主要技术指标 KHT )110型滑套喷砂器主要技术指标列于表4。

表4 KHT )110型滑套喷砂器主要技术指标型 号外径/mm 内径/mm 总长/mm 工作压力/M Pa 开启压力/M PaKHT )110110377008015~2051割缝喷砂器(1)结构 割缝喷砂器由坐封球座、割缝管、挡球孔板、下接头组成。

其结构见图7。

图7 割缝喷砂器1)坐封球座;2)割缝喷砂管;3)挡球孔板;4)下接头(2)工作原理 施工时,投入适当的钢球至坐封球座处,油管内憋压坐封封隔器后,继续憋压剪断销钉,球座下落至挡球孔板处,压裂液即可由割缝处喷出进行压裂。

(3)主要技术指标 割缝喷砂器的主要技术指标列于表5。

表5 割缝喷砂器主要技术指标型 号外径/mm 内径/mm 总长/mm 开启压力/M PaKGF )94946270020(下转第55页))51)2004年 第32卷 第2期肖国华:不动管柱分层酸化压裂工艺管柱研究层处理。

也可以考虑对强腐蚀的管段进行钝化和内部涂层处理,并做经济评估测试。

另外,应加强设备内部光洁处理,对于新更换容器、管线、管件和设备,在安装使用前,有必要进行石英砂打磨,进行内部光洁、钝化处理,达到预防腐蚀的目的。

(2)外部防腐处理多年来,设备管线的外部采用铝粉涂层防腐处理,在潮湿环境尤其是管线直接和土壤接近或接触的环境下,外部腐蚀的发生是很难通过铝粉涂层来消除的。

通过对腐蚀机理的分析,以及对防腐资料的收集研究,笔者提出针对以上类型的管线设备进行外接阴极保护法防腐,以达到降低设备、管线电位电势,消除空气中水分和土壤的腐蚀。

此类设备和管线包括:燃料气稳压力罐(容)1107)、空气储罐(容)3504、3505)、放空管线、排污管线等。

对于管件端面连接部位,由于端面和空气接触,端面间密封材料为惰性材质,有必要考虑对端面做钝化、密闭(隔绝空气)处理。

如法兰连接端面可以用钙基脂填充密闭,隔绝空气和水,消除电化学腐蚀(见图4)。

41消除焊接热应力现场经验表明,焊接接头腐蚀比其它区域明显严重,鉴于此,加强焊接过程的质量控制很有必要。

在对原料气、酸气和MDEA溶液管线的分析中发现,SSCC(即源于高硬及残余应力处的硫化物应力腐蚀开裂)是导致腐蚀穿孔的主要原因,分析原因在于焊后未消除热应力,从而产生SSCC,导致焊缝处腐蚀穿孔而泄漏。