水平井裸眼分段壓裂套壓閥研制與應用

徐玉龍，程智遠，李文艷，姚衛東

（1.渤海鉆探工程技術研究院，天津300280；2.渤海裝備中成裝備有限公司，天津300280）①

水平井裸眼分段壓裂套壓閥研制與應用

徐玉龍1，程智遠1，李文艷2，姚衛東1

（1.渤海鉆探工程技術研究院，天津300280；2.渤海裝備中成裝備有限公司，天津300280）①

水平井裸眼分段壓裂技術作為低壓、低滲透油氣藏開發的重要增產措施之一，近年來在蘇里格地區得到大力推廣應用。套壓閥是水平井分段壓裂配套工具的重要組成部分，主要為壓裂施工后期提供氣舉通道和套壓監測。針對水平井施工中出現的套壓閥壓力打開不穩定的問題，設計了內置滑套式套壓閥，利用油套壓差剪斷剪釘推動內置滑套移動并鎖緊。同時，給出了入井管柱結構和施工工藝。該結構設計合理，打開壓力穩定，能夠滿足現場壓裂施工要求。

水平井；分段壓裂；套壓閥

蘇里格氣田具有儲層連續性差、非均質性強、低壓、低孔、低滲的特點，采用常規開采方式效果不理想。水平井的長水平段可以擴大氣層的滲流面積，有效地提高單井產量［1］。經過多年發展，國外石油公司已形成了各具特色的水平井分段壓裂技術，例如BJ公司的水力射孔和封隔器分段壓裂技術、貝克休斯公司的Frac-Point TM封隔器分段壓裂系統、PACKERS PLUS的Stage FRACTM增產系統［2-3］等。

為了滿足蘇里格地區水平井生產需求，渤海鉆探工程技術研究院自主研發了水平井分段壓裂配套工具［4］。工具主要由懸掛器、裸眼封隔器、投球滑套、壓差滑套、坐封球座、回插接頭和套壓閥組成。套壓閥是為了在生產階段方便、安全地連通油套管，避免帶壓作業的施工風險，保證水平井的安全生產。

1 技術分析

1.1 結構設計

套壓閥是水平井分段壓裂配套工具中的關鍵部件。它的主要作用是壓裂施工后期利用泵車向套管施壓打開套壓閥內部滑套，建立油管和套管環空之間的液流通道，準確提供后期投產的油壓和套壓監測數據。套壓閥主要由上接頭、內滑套、平衡套、外筒、下接頭、剪釘和鎖緊機構組成，如圖1所示。其中內滑套和平衡套為關鍵零部件。

圖1 套壓閥結構

1.1.1 內滑套

油壓和套壓作用在相同面積上，由于壓力差而產生軸向的作用力。壓裂時，油壓大于套壓，作用力將內滑套沿上接頭方向壓緊。需要打開套壓閥時，作用力將推動內滑套沿下接頭方向移動，推動平衡套剪斷剪釘，從而打開油套之間的泄流通道。

1.1.2 平衡套

平衡套用剪釘固定，兩端各2道膠圈保證密封，主要作用是防止下入過程和壓裂過程中由于液力沖擊作用造成剪釘剪斷，使得套壓閥提前打開。

1.1.3 鎖緊機構

剪釘剪斷后，內滑套向下移動，依靠鎖緊機構將內滑套鎖緊，避免內滑套在油壓大于套壓時回縮，使得套壓閥重新關閉。

1.2 工作原理

將套壓閥與水平井壓裂配套工具回插接頭按管柱結構進行連接，將回接插頭插入至懸掛器回接筒位置。正常壓裂施工壓裂時，油壓始終比套壓壓力高，油壓通過內滑套上的傳壓孔作用在凸臺下端面上，保證施工過程中內滑套始終處于固定狀態；平衡套兩端壓力值相同，剪釘不會被剪斷。施工結束后，平衡泵車加套壓20 MPa。如果放噴排液后套壓比油壓高15 MPa，作用在內滑套上向下作用力推動平衡套剪斷剪釘，壓力繼續推動內滑套下行到位，鎖緊機構啟動，實現鎖緊。如果放噴排液后期油壓較高不足以剪斷套壓閥上的剪釘，可以利用泵車重新連接管線加套壓至15 MPa將其打開。套壓閥打開后，可以對油壓和套壓進行監測，避免后期起管柱，減少施工風險。

1.3 結構參數

套壓閥總長850 mm，外徑?130 mm，內徑?76 mm，打開壓力15 MPa，耐溫120℃，兩端扣型為?88.9 mm（3 1/2英寸）UP TBG。

這事也不是個小事，老鱖魚可是真的想殺一個人哩。不管怎么說，應該讓院長知道最好。讓他想個應付的辦法。然后，我們順便再問下當年的事。

1.4 剪釘計算

套壓閥在井下作業時要剪斷剪釘，需施加套壓和油壓壓差p作用于內滑套，作用端面直徑d1＝112.5 mm，d2＝96.5 mm；剪釘材料為黃銅，其抗剪切強度τb＝290 MPa。

式中：F′為套壓閥開啟壓力，N；F為剪釘剪斷時的壓力，N；p為滑套打開壓差，MPa；d3為剪釘直徑，mm。

設計套壓閥開啟壓差為15 MPa，剪釘數量為6個，代入公式得到投球開啟滑套的剪釘直徑d3＝5.37 mm。

2 現場施工工藝

該工具在蘇里格地區成功應用水平井50余口井，打開壓力穩定，現場應用效果良好。

1） 工具下入。管柱結構：插入密封＋水力錨＋油管＋套壓閥＋油管＋油管掛＋油補距。

3） 壓裂施工。套管需要平衡壓力，注意套壓不要超過油壓20 MPa，以免套壓閥提前打開。

4） 打開套壓閥。壓裂施工結束后，套管加壓，當油套壓差大于20 MPa時，套壓閥內滑套向下移動剪斷連接剪釘，從而實現油套連通。

3 結論

1） 套壓閥針對壓裂施工管柱設計，結構合理緊湊，操作方便，打開壓力穩定，下入過程中不會因為磕碰造成誤打開。

2） 可以實現下行鎖緊，保證內滑套下行到位后不會回彈，避免套壓閥打開后重新關閉。

3） 解決了水平井不起管柱監測油套壓力的問題，提高了壓力監測數據的準確性。

4） 豐富了水平井裸眼完井分段壓裂工藝的內容，推動了水平井裸眼完井分段壓裂技術在油田作業中應用。

［1］ 楊健，陶健林，陳鄲.蘇里格氣田儲層改造工藝分析［J］.天然氣工業，2007，27（12）：96-98.

［2］ 柴國興，劉松，王慧莉，等.新型水平井不動管柱封隔器分段壓裂技術［J］.中國石油大學學報：自然科學版，2010，34（4）：141-145.

［3］ 姚展華，張世林，韓祥海，等.水平井壓裂工藝技術現狀及展望［J］.石油礦場機械，2012，41（1）：56-61.

［4］ 朱正喜，李永革.水平井裸眼完井分段壓裂技術研究［J］.石油礦場機械，2011，40（11）：44-47.

Research and Application of Sliding Sleeve Opened by Casing Pressure Used for Staged Fracturing in Openhole Horizontal Wells

The staged fracturing technique for open hole horizontal wells is efficient for reservoirs with low pressure，low porosity and low permeability and has been widely applied in Sulige gasfield recently.Casing valve is the important part of matching tools for staged fracturing which is mainly for providing gas lift channel and casing pressure monitor.With respect to instability problems of open pressure，casing valve of built-in sliding sleeve was designed and differential pressure between oil pipe and casing pipe cut the shearing pins and inner barrel went down to be locked.Meanwhile，running string structure and construction technology was also proposed.The design of structure is reasonable and open pressure is stable and field fracturing requirements can be satisfied.

horizontal well；staged fracturing；casing pressure valve

TE934.2

B

10.3969／j.issn.1001-3842.2014.11.023

1001-3482（2014）11-0090-06

2014-05-04

徐玉龍（1985-），男，山東菏澤人，工程師，碩士，主要從事采油工具研究，E-mail：xuyulong-01＠163.com。