高温高压低渗井压裂工艺管柱

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高温高压低渗井压裂工艺管柱任厚毅（胜利油田采油研究院）油层压裂是开发低渗油藏比较有效的一项措施。根据压裂井井况选择压裂封隔器，配套压裂管柱是压裂施工中一项关键的工作，因为压裂封隔器能够在井下要求的位置顺利坐封和坐封后能够达到油层压裂所要求的密封性能是整个压裂施工能够顺利进行的前提条件。压裂井的井况多种多样，需要多种压裂管柱与之适应。随着各油田开发的不断深入，以前埋藏较深难以动用的高压低渗油藏逐渐成为各油田可采储量的一个增长点，而且在这些油藏开采中不断出现更深的深度和更高的井温，这就对高温高压深井酸压管柱工艺提出了更高的要求。在这样的情况下，以前多种压裂管柱工艺就不能适应现有的压裂条件。本文首先分析了现有的几种压裂管柱在超深高温井里的局限，提出了一整套可适应井深４０００ｍ以上，井温达到１８０℃，封隔器承受压差不低于６０蛐Ｐａ的高温高压油藏低渗超深井压裂管柱工艺技术。１常用压裂管柱在超深井酸压下的局限现有的压裂管柱主要分三种，一是无卡瓦锚定液压坐封的压裂管柱，二是有卡瓦锚定机械坐封的压裂管柱，三是有卡瓦锚定液压坐封的压裂管柱。三种压裂管柱各有优缺点，其中后两种有卡瓦锚定的压裂管柱易于坐封、验封和解卡处理，被各油田普遍接受和应用。１匹叵辞图ｌ无卡瓦锚定液压坐封的压裂管柱。１．１无卡瓦锚定液压坐封的压裂管柱（１）管柱组成如图ｌ所示，该压裂管柱由节流阀、Ｋ３４４封隔器和水力锚组成或者由集节流阀、Ｋ３４４封隔器、水力锚三者功能于一体的Ｙ５３ｌ封隔器组成。、（２）工作原理该管柱中的Ｋ３“封隔器没有卡瓦，只有活塞和胶筒。节流阀在一定压力下才能开启。应用时，油管内打压，节流阀的作用使油管内可达到一定压力，该压力推动Ｋ３４４封隔器活塞挤压胶筒，密封油套环空，同时，液压力推动水力锚锚爪卡紧套管内壁，实现管柱锚定。继续打压节流阀开启，管柱内液体可进入地层，实现油层压裂。将管柱压力泄掉后，水力锚锚爪和封隔器胶筒自动缩回，实现解封。（３）管柱特点在原理上，该压裂管柱坐封和解封都比较容易，但在实际应２８５ 用中发现该管柱具有如下缺点：①节流阀的存在会损耗部分工作压力。②管柱内打一次压。封隔器胶筒涨缩一次，封隔器易在使用过程中失效。③封隔器无法进行确定的验封。④在其他压裂管柱中，一旦发现水力锚卡住，可从套管反打压使水力锚锚爪缩回，而该压裂管柱不具有该项功能。（４）在高温高压超深井施工条件下的局限我们界定的高温高压超深井为井温超过１５０ｑｃ，施工泵压差超过４０ＭＰａ，井深３８００ｍ以上。Ｋ３“封隔器存在的最大局限就是其胶筒的耐高温高压能力，由于Ｋ３４４封隔器属于扩张式封隔器，其胶筒主要由内胶层、外层胶、帘布层和金属管头四部分构成，用贴合成型模压硫化而制成，故它的耐温压能力普遍低于纯橡胶制品，根本不能满足深井的高温高压条件。其次，由于无法进行确定的验封（牵涉到泵压高时套管打平衡），于是就无法预期施工时的最高泵压，最终可能影响到施工的整体效果。其三，上面提到的Ｙ５３ｌ封隔器虽然不具有上面的缺陷，但它的皮碗式胶筒很易在下人过程中被刮坏，尤其是在有套变的井中，而绝大多数深井都存在由上而下由大变小的情况，另外目前Ｙ５３ｌ封隔器的胶筒的耐高温情况也有局限，未见有超过耐１５０。ｃ温度条件的。在结构上Ｙ５３１封隔器也存在不足，其封隔器下部的球篮在现场施工中压力过高时常见被打掉的情况，造成井底落物等等。１．２有卡瓦锚定机械坐封的压裂管柱（１）管柱组成如图２所示，有卡瓦锚定机械座封的压裂管柱工具组成包括Ｙ２１１封隔器、Ｙ１１ｌ封隔器、水力锚、洗井阀或者是Ｙ２２ｌ封隔器、Ｙ１１ｌ封隔器、水力锚、洗井阀。（２）工作原理应用时将Ｙ２１１封隔器、Ｙ１１１封隔器、水力锚和洗井阀依次连接，按设计要求下到井下某一深度。上提管柱，使Ｙ２ｌｌ封隔器摩擦块上的换向销钉转换到长轨道，然后下放管柱，封隔器的摩慕啦图２有卡瓦锚定机械坐封的压裂管柱擦块将卡瓦牙推出撑到套管内壁上，实现Ｙ２１１封隔器卡瓦锚定，继续下放管柱，管柱的质量会逐渐加到Ｙ２１１封隔器卡瓦上，位于卡瓦上部的Ｙ２１１封隔器胶筒和Ｙ１１ｌ封隔器胶筒都会受到管柱质量的挤压，胶筒挤压后在径向膨胀，从而贴紧套管内壁，实现密封。胶筒受压的程度可以由坐封时上提管柱的高度来控制。在压裂施工时，油套环空的压差使水力锚卡住套管内壁，防止压裂施工时管柱蠕动而影响封隔器密封。压裂完成后可套管打压打开洗井阀进行反洗井。（３）管柱特点①封隔器坐封操作简单，封隔器下到位置后，不需要油管打压，只需上提和下放管柱就能实现封隔器座封。②封隔器的座封力的大小可以人为控制，现场操作人员可以通过控制上提管柱高度控制加在封隔器胶筒上的吨位，以保证足够的座封力加在封隔器胶筒上。 ２８６Ⅲ竺 ③封隔器座封后，可以进行正打压验封和反打压验封，在压裂施工进一步实施前可以确定封隔器的密封性能。④双级封隔器密封，密封性能可靠，成功率高。⑤封隔器解封操作简单，解封吨位小，只需上提至管柱自重吨位，便能实现封隔器懈封。⑥套管打压有利于水力锚锚爪缩回，减小水力锚卡住的概率。⑦该压裂管柱适用于直井和小斜度井。（４）在高温高压超深井施工条件下的局限＿［［Ｅ叵竺蒸啦图３有卡瓦锚定液压坐封的压裂管柱目前，Ｙ２１１封隔器组合管柱是应用最可靠的压裂工艺管柱，只是目前在现场应用中封隔器胶筒耐温最高为１５０℃，温度过高情况时应用存在变数。有关Ｙ２２１封隔器组合管柱的应用情况与Ｙ２１ｌ封隔器组合管柱非常相似，只是Ｙ２２ｌ封隔器是旋转坐封，当管柱过长也就是井过深时，存在井口的旋转扭矩难以传到井底封隔器上的弊端，尤其是遇到有一定井斜或井斜较大的井时，这种不利会更加明显，由此导致封隔器不能换向坐封，从而使施工失败。１．３有卡瓦锚定液压座封的压裂管柱（１）管柱组成如图３所示，液压座封的压裂管柱工具组成包括打压球座、Ｙ２４ｌ封隔器、Ｙ１１１封隔器、水力锚和洗井阀。（２）工作原理应用时将图３所示压裂工具依次连接，按设计要求下到井下某一深度。油管正打压，Ｙ２４ｌ封隔器在液压力作用下实现卡瓦锚定和胶筒密封。油管压力卸掉后，下放管柱，Ｙ２４ｌ封隔器卡瓦形成支撑，管柱质量会逐渐加到Ｙｌｌｌ封隔器上，挤压胶筒，实现坐封。水力锚可实现管柱锚定，防止压裂施工管柱窜动而影响封隔器密封。压裂施工完成后，套管打压可打开洗井阀进行反洗井。（３）管柱特点①座封封隔器时需要油管正打压，Ｙ２４１封隔器靠液压力座封，Ｙ１１１封隔器靠管柱重力压缩胶筒座封。②封隔器座封后，可以进行正打压验封和反打压验封，在压裂施工进一步实施前可以确定封隔器的密封性能。③双级封隔器密封，密封性能可靠，成功率高。④封隔器解封时需要上提管柱，上提力将Ｙ２４ｌ封隔器解封剪钉剪断使封隔器解封。⑤可套管打压帮助水力锚锚爪缩回，减小水力锚卡住的概率。⑥该管柱适用于直径或中小斜度井。（４）在高温高压超深井施工条件下的局限它的局限主要还是在封隔器胶筒的耐高温方面，目前应用的Ｙ２４１封隔器耐温最高也不超过１５０℃。其次，这套管柱还有一个最大弊端，就是在深井时，如果井斜较大就有可能影响施工完毕之后的解封工序，给压裂后期的处理造成极大的麻烦。。