射孔測試壓裂與水力泵快速返排求產一體化聯作工藝技術研究與應用

聶 暘，甘寶安，王大煜，劉攀峰，費海濱

（1.華北電力大學，河北 保定071000；2.大港油田 石油工程研究院，天津300280；3.大慶油田 海拉爾石油勘探開發指揮部，內蒙古 海拉爾021001）①

隨著海拉爾油區勘探開發進程的不斷深入，在對一些低壓、低滲油層測試后，根據測試結果需要對儲層進行壓裂改造［1－2］。本文在總結以前射孔與測試聯作、壓裂與水力泵快速返排求產聯作施工經驗的基礎上，開發了射孔、測試、壓裂與水力泵快速返排求產一體化聯作工藝，優選了用于壓裂的可鎖定開關井全通徑壓控選擇測試閥（LPR－N測試閥），研制了高壓、耐磨壓裂泵，并在霍20井進行了實施。該工藝的成功實施，解決了測試后根據測試結果需要對目的層實施壓裂改造、起出測試管柱及多次起下管柱、頻繁壓井對目的層造成重復污染的問題，使求取的資料更加真實、可靠，具有較高的工程實用價值。

1 一體化聯作工藝技術［3－4］

1.1 工藝原理

將射孔槍、減震器、異型噴砂器、RTTS大通徑壓裂封隔器、水力錨、安全接頭、偏心壓力計托筒、可鎖定開關井全通徑壓控選擇測試閥、防砂卡器、壓裂泵、定位短節一起下入井下預定位置，校深使射孔槍對準目的層，坐封封隔器；環空加壓、泄壓打開可鎖定開關井全通徑壓控選擇測試閥，油管投棒引爆射孔槍，測試器開關井測試；測試完成后，根據測試結果需要對目的層實施壓裂改造時，不動管柱直接對目的層進行壓裂改造；壓裂結束后投泵底閥，油管加壓，打開滑套，投泵芯進行排液，求取儲層產能。

1.2 管柱結構

自下而上：射孔槍＋減震器＋異型噴砂器＋RTTS封隔器＋水力錨＋安全接頭＋偏心壓力計托筒＋可鎖定開關井全通徑壓控選擇測試閥＋防砂卡器＋壓裂泵＋定位短節。如圖1。

圖1 射孔測試壓裂與水力泵快速返

1.3 管柱特點

1）不動管柱同時完成射孔、測試、措施改造及水力泵快速返排4項作業，安全、環保。

2）采用改進的可鎖定開關井全通徑壓控選擇LPR－N測試閥在實現開、關井測試的同時，特殊處理的耐磨面滿足了壓裂沖刷的要求。

3）由于措施改造完畢后，馬上投泵芯排液，大幅縮短了殘液二次沉淀對油層造成的污染，保護了油氣層，求取的數據更加真實、可靠。

4）縮短了試油周期，減少了作業費用。

2 LPR－N測試閥結構及工作原理

LPR－N測試閥結構如圖2所示。

圖2 LPR－N測試閥結構

全通徑壓控選擇測試閥靠環空反復加壓和泄壓實現開、關井動作。下井時，動力閥在左極限位置，2個鋼球以圓周方向分180°處于短槽左端頂部位置（如圖3所示），球閥處于關閉位置。當環空加壓時，動力閥上左、右單向閥同時打開，流道溝通，操作壓力通過動力閥儲存于氮氣室中。泄壓后，動力閥右邊單向閥關閉，左邊單向閥打開，動力閥在氮氣室壓力的作用下向右運動。當鋼球運動到位置2時，換位套通過鋼球帶動動力心軸向右運動L／2，連接套推動操作銷，操作銷撥動球閥轉動，從而打開球閥，此時動力閥處于右端極限位置，右邊單向閥打開，動力閥上的流道溝通，壓力平衡；再向環空加壓，右邊單向閥打開，左邊單向閥關閉，動力閥在壓力作用下向左運動。當動力閥運動到位置3時，換位套通過鋼球帶動動力心軸向左運動L／2，連接套拉動操作銷，操作銷撥動球閥使其關閉，此時動力閥位于左極限位置，左邊單向閥也打開，動力閥上的流道溝通，壓力儲存于氮氣室中。泄壓后，動力閥右邊單向閥關閉而左邊單向閥打開，動力閥在氮氣室壓力作用下向右運動L，鋼球在換位槽長槽中運動1個全行程L到位置4，動力心軸不動，球閥仍處于關閉位置。環空再打壓、泄壓重復以上動作，這樣就實現了多次開、關井功能。

圖3 LPR－N測試閥工作原理示意

3 壓裂用水力噴射泵結構及特點

3.1 結構

壓裂用水力泵結構如圖4所示。

圖4 壓裂用水力泵結構

3.2 特點

1）泵筒上滑套開啟采用投球方式，避免了和LPR－N測試閥環空加壓開啟發生干涉，安全可靠。

2）為滿足壓裂要求，壓裂泵最小通徑?62 mm，泵筒與泵芯配合面加裝了保護套，防止壓裂過程中壓裂砂的沖刷，確保水力泵工作正常。

4 傳壓防砂卡器結構及特點

4.1 結構

防砂卡器結構如圖5。

圖5 防砂卡器結構

4.2 特點

1）解決了可鎖定開關井全通徑壓控選擇LPR－N測試閥環空加壓開、關的傳壓問題，防砂卡器上設計有傳壓通道，確保測試閥開、關井正常。

2）在施工過程中具有托砂功能，防止沉砂落到封隔器上，確保不會出現砂卡管柱現象。

3）在管柱上提過程中不會出現拔活塞現象。

5 現場應用

霍20井是海拉爾油田一口預探井，2011－05－31開鉆，2011－06－19完鉆，完鉆井深2 470.0m，人工井底2 440.43m，最大井斜3.7°。2011－10－07對該井實施了射孔、測試、壓裂與水力泵快速返排求產一體化工藝，2011－10－09上午射孔，投棒點火，槍型102，彈型DP44RDX－5，孔密16孔／m，相位角60°。初關井，環空液面穩定；二開井，氣泡弱，環空液面穩定。根據測試結果對目的層實施措施改造，油管泵入壓裂液，破裂壓力28.9MPa，加砂15.3m3，加砂比18%。壓裂施工滿足設計要求，壓裂結束，油管投球加壓打開滑套，投泵芯排液求產，動力液采用熱水，工作泵壓優選為20～22MPa，井下水力泵核心部件匹配采用計算機優選匹配。霍20井求產歷時3d，共排出液量64.0m3，共出油54.8m3，獲取了地層真實產能，排液結束后施工管柱安全提出。

6 結語

在霍20井實施的不動管柱1趟施工工藝完成了射孔、測試、壓裂與水力泵快速返排求產4項工序，避免了頻繁壓井，保護了油氣層。改進的LPRN測試閥能夠滿足測試、壓裂工藝要求；水力泵排液采用閉式循環，避免了抽汲排液造成的環境污染，實現了綠色施工。現場應用表明：該工藝操作方便，安全可靠，施工周期短，是一套完整高效、有利于保護油氣層、準確獲取地層真實產能的新工藝、新技術，具有較大的工程實用價值。

［1］王德偉.水力噴射泵負壓沖砂技術在錦州油田的應用［J］.石油礦場機械，2009，38（2）：89－91.

［2］李興煜.不動管柱分層壓裂技術研究［J］.石油礦場機械，2008，37（9）：103－106.

［3］陳娟煒，甘寶安，聶 鍇，等.分層壓裂與水力泵快速返排求產聯作測試技術研究與應用［J］.石油礦場機械，2011，40（3）：90－92.

［4］朱洪梅，邱金平，楊繼軍，等跨隔壓裂層與水力泵返排聯作工藝的開發與應用［J］.石油礦場機械，2007，36（12）：73－75.