新型壓裂滑套水力噴射器的研制及應用

周后俊，程智遠，王海霞，丁柯宇，韓永亮，徐玉龍，鄭 鋒

(1． 渤海鉆探 工程技術研究院，天津 300280；2．大港油田 灘海開發分公司，天津 300280)

新型壓裂滑套水力噴射器的研制及應用

周后俊1，程智遠1，王海霞2，丁柯宇1，韓永亮1，徐玉龍1，鄭 鋒1

(1． 渤海鉆探 工程技術研究院，天津 300280；2．大港油田 灘海開發分公司，天津 300280)

壓裂滑套水力噴射器是實現不動管柱水力噴射分段壓裂的關鍵工具。為解決油氣田現場使用的壓裂滑套水力噴射器存在滑套開啟壓力不穩定、顯示不明顯、無鎖緊機構及噴嘴不能反洗等難題，研制了新型壓裂滑套水力噴射器。該壓裂滑套水力噴射器具有以下結構特點：①采用剪釘內置的方式，剪切壓力穩定，滑套開啟壓力顯示明顯；②采用開口環式鎖緊結構，可實現滑套打開后逆向鎖緊；③噴嘴組件采用分體式焊接結構，解決了壓裂反洗時噴嘴脫落問題。現場應用結果表明，該滑套水力噴射器結構合理，操作簡單，可滿足多段壓裂施工的要求。

分段壓裂；滑套；水力噴射器；噴嘴

不動管柱水力噴射分段壓裂工藝技術采用多套壓裂滑套水力噴射器組合，不需移動噴射管柱，通過投球方式打開目的層段滑套即可進行壓裂[1-2]。該工藝結合了水力噴射技術和滑套分層壓裂技術的優點，不動管柱連續分段壓裂改造，不帶封隔器，管柱容易起出[3]。滑套水力噴射器是實現不動管柱水力噴射分段壓裂的關鍵工具。由于目前油氣田現場使用的大多數滑套水力噴射器存在滑套打開壓力顯示不明顯、滑套打開后沒有鎖緊機構及噴嘴反洗過程中易掉落等問題，給施工帶來風險。為此對常規滑套噴射器結構進行重新設計，研制出新型滑套水力噴射器。該工具結構合理，操作簡單，投球打開滑套顯示明顯，打開壓力穩定，滑套有鎖緊機構，噴嘴組件可反洗，可滿足多段壓裂施工的要求，成功進行了多口井的推廣應用。

1 常規滑套水力噴射器存在的問題

1) 油氣田現場使用的滑套水力噴射器大多采用剪釘固定噴射器外筒和內滑套筒，投球憋壓推動滑套剪斷剪釘，剪釘的剪斷截面尺寸經過嚴格計算，確保在一定壓差下能完全剪斷。由于剪釘裸露于井下環境，如果井內存在雜質或井下壓力不穩定都會對剪釘產生影響，致使在設計壓差達到后剪釘無法剪斷或者未達設計壓力剪釘即被剪斷，造成滑套開啟壓力不穩定、顯示不明顯等問題，給施工帶來風險。

2) 油氣田現場使用的滑套水力噴射器大部分都沒有自鎖機構，大部分滑套水力噴射器都是投球打開滑套后，滑套芯子掉到下部的密封工作筒，滑套水力噴射器打開后不能自鎖，由于排液、產氣的過程中有可能使滑套水力噴射的內滑套部分隨氣液流上行封堵噴砂口，對排液及產氣量造成影響。

3) 油氣田現場使用的滑套噴射器噴嘴組件是由噴嘴和壓帽組成，大部分噴嘴和壓帽之間是通過專用膠粘接固定。壓裂出現砂堵時需進行反洗，此時噴嘴組件受反向力大于密封膠粘結力時，導致噴嘴掉落，噴射器的流速和噴嘴壓降會減弱，對水力噴射分層壓裂效果造成影響。

2 新型滑套水力噴射器的研制

2.1 結構

新型滑套水力噴射器結構如圖1所示，主要由外筒、滑套、壓帽、噴嘴、剪釘套、剪釘、下接頭、密封圈、頂絲等部分組成。外筒和下接頭通過螺紋連接，并通過頂絲固定構成噴射器主體；外筒為中空柱狀結構，布置3組安裝孔，每組孔數量由上至下按4-2-2設置，相鄰組的孔在圓周上按45°角錯開；滑套上部內側為圓錐形球座面，安裝于外筒和剪釘套內部；滑套外部設置槽孔，裝有壓縮狀態的開口環；滑套上端外壁通過密封圈與外筒密封，下端外壁通過密封圈與下接頭密封；滑套與剪釘套通過剪釘固定；剪釘安裝在剪釘套內，處于下接頭內部的密閉環境下，不受壓力和外部環境影響；噴嘴組件采用一體式噴嘴結構，噴嘴安裝于壓帽內，噴嘴和壓帽之間通過高溫焊接固定，壓帽通過螺紋固定于外筒安裝孔內。

1—外筒；2、8、11—密封圈；3—壓帽；4—噴嘴；5—滑套；6—開口環；7—頂絲；9—剪釘套；10—剪釘；12—下接頭。

2.2 工作原理

滑套水力噴射器連接在不動管柱水力噴射分段壓裂管柱中，與引鞋、篩管、單流閥、底部噴射器、安全接頭配合使用。現場施工時，底部噴射器(不帶滑套)將第1段噴砂射孔壓裂完成后，投入與滑套水力噴射器滑套相匹配的球，當球到位作用在滑套的錐形球座面上，依靠球與滑套圓錐面的密封作用，使油管迅速憋壓。繼續加壓，當該壓差達到剪釘的剪斷壓力時，剪釘剪斷，壓力繼續推動球、滑套和開口環下移，滑套下移至外筒下端內徑擴大處，開口環彈開并鎖緊于此處，致使滑套向上移動受阻，這樣就實現了滑套打開后沿軸向的鎖緊。此時，噴嘴通道完全打開，當油管內達到射孔排量并穩定后加入石英砂，在噴嘴的節流作用下噴嘴出口處流體(含石英砂)以一定的速度切割套管，射開套管、水泥環以及近井地帶，開始進行該段壓裂施工。該段壓裂施工完成后，投入相應尺寸的球，繼續進行后續段噴砂射孔壓裂施工，直至施工結束，在液力作用下進行噴砂射孔，射孔完成，進行壓裂。

2.3 技術優點

1) 新型滑套水力噴射器采用剪釘內置的方式，剪釘固定滑套和剪釘套，剪釘安裝在剪釘套內，剪釘處于下接頭內部的密閉環境下，不受壓力和環境影響，滑套開啟壓力穩定、顯示明顯。

2) 新型滑套水力噴射器設計了開口環式鎖緊機構，通過在滑套外部設置槽孔，裝有壓縮狀態的開口環，噴砂射孔前預置開口環處于壓縮狀態，當投球打開滑套后，滑套下移到設計位置后，開口環彈開并鎖緊，限制滑套向上運動，確保噴嘴一直處于工作狀態。

3) 新型滑套水力噴射器的噴嘴組件采用分體式噴嘴結構，噴嘴和壓帽之間采用高溫焊接，噴嘴組件抗反向力遠高于專用膠粘結力，大幅度提高了噴嘴反洗的能力，確保壓裂施工過程中噴嘴不脫落。

2.4 主要技術參數

?114.3 mm 套管用滑套水力噴射器最大外徑90 mm，總長680 mm，打開壓力15～20 MPa，分段級數10級，兩端扣型73.02 mm TBG。

?139.7 mm 套管水用滑套力噴射器最大外徑108 mm，總長700 mm，打開壓力15～20 MPa，分段級數12 級，兩端扣型73.02 mm UPTBG。

3 現場應用情況

到目前為止，該新型滑套水力噴射器在現場累計完成8口井應用。從8口井的施工效果看，滑套噴射器打開壓力穩定，顯示明顯，噴嘴無脫落。下面以滑套水力噴射器在冀東油田高A井的應用情況為例進行介紹。

3.1 應用井概況

高A井為冀東油田高尚堡油田高94斷塊一口高壓增注水井，完鉆井深3 872 m，最大井斜角18.79°。因注水壓力高停注，后經研究決定采取不動管柱水力噴射分段壓裂工藝進行4段分壓改造，優化噴射器位置自下而上分別為3 696、3 617、3 588、3 562.5 m。該井采取在139.7 mm油層套管內下入不動管柱水力噴射分段壓裂管柱，壓裂管柱(自下而上)：引鞋+篩管+單流閥+底部噴射器+油管+滑套水力噴射器1+油管+滑套水力噴射器2+油管+滑套水力噴射器3+油管+安全接頭+油管+校深短節+油管延伸到井口。為了滿足噴砂射孔壓裂流速及施工車組要求，優化設計各層射孔排量為2.0～2.2 m3/min，加砂排量2.1～2.8 m3/min，套管補液排量1.0 m3/min。由于該井油層套管存在多處變形，選用噴射器本體外徑90 mm，噴射器安裝8×?5.5 mm的噴嘴。壓裂液選用中溫羥丙基瓜膠壓裂液體系，射孔、支撐劑選用中密度30～50目陶粒。

3.2 施工過程

高A井于2016-01-22壓裂施工。試壓合格后，按照壓裂泵注程序進行第1段噴砂射孔壓裂施工。第1段壓裂完后，通過投球器向油管內投與滑套噴射器1相匹配的球，送球5 m3后，停泵，等待裂縫閉合(50 min)，油管低排量(0.5～1.0 m3/min)起泵，保持1.0 m3/min排量送球入座，滑套水力噴射器1滑套打開壓力19 MPa，顯示明顯。然后按照泵注程序進行第2段噴砂射孔壓裂施工。依照此步驟順利完成第3、4段噴砂射孔壓裂施工。整個施工過程中，注入地層總液量733.36 m3，加砂33.54 m3，3組滑套水力噴射器打開壓力顯示明顯，3個滑套水力噴射器滑套打開壓力依次為19、18、16 MPa，噴砂射孔、加砂壓裂曲線平穩，證明該滑套噴射器可以滿足多段壓裂施工的要求。

4 結論

1) 現場應用結果表明，新型滑套水力噴射器采用剪釘內置的方式，打開壓力穩定，滑套開啟壓力顯示明顯。

2) 新型滑套水力噴射器采用開口環式鎖緊機構，實現了滑套打開后逆向鎖緊，可避免內滑套上行封堵噴砂口，影響排液以及后續生產。

3) 新型滑套水力噴射器采用分體式噴嘴結構，大幅提高了噴嘴反洗的能力，可避免壓裂施工過程中噴嘴脫落問題。

4) 建議加大新型滑套水力噴射器的推廣應用，以便解決常規滑套噴射器存在的問題。

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Development and Application of the New Fracturing Sliding Sleeve Hydraulic Jet

ZHOU Houjun1，CHENG Zhiyuan1，WANG Haixia2，DING Keyu1， HAN Yongliang1，XU Yulong1，ZHENG Feng1

(1.EngineeringTechnologyResearchInstitute，BHDC，Tianjin300280，China；2.ShallowWaterDevelopmentCompany，DagangOilfielid，CNPC，Tianjin300280，China)

Fracturing sliding sleeve hydraulic jet is the key tool for multistage hydrojet fracturing technology without pulling strings.A new type of sliding sleeve hydraulic jet was developed in order to solve the problem of the shearing pressure of sleeve is unstable and the fracturing sleeve have no locking mechanism and the nozzle can not reverse wash used in the oil and gas fields.The sliding sleeve hydraulic jet has the following structural features：①With the method of shear pin built-in，the shearing process of shear pin is not affected by the downhole environment，the shearing pressure is stable and opening pressure shows obviously.②Adoption of split ring locking mechanism can achieve the reverse locking of sleeve after its opening.③The component of nozzle adopted points of welding structure，which can prevent the problem of nozzle loss.The field application results indicate that the sliding sleeve hydraulic jet has advantages such as reasonable structure，simple operation，which can meet the requirement of multistage fracturing operation.

multistage fracturing；sliding sleeve；hydraulic jet；nozzle

1001-3482(2017)01-0045-03

2016-07-09 基金項目：渤海鉆探工程公司科技項目“不動管柱水力噴射分段壓裂技術研究” 部分內容(2014Y17K)

周后俊(1982-)，男，工程師，碩士，2009年畢業于長江大學機械設計及理論專業，現從事完井、增產措施類工具的研發工作，E-mail：99505513@qq.com。

TE934.203

B

10.3969/j.issn.1001-3482.2017.01.011