裸眼封隔器

水平井分段压裂裸眼封隔器的研究与应用

水平井裸眼分段压裂是一项先进的完井工艺技术，是低压、低渗透油气藏开发的重要增产措施之一，近年来在国内开始推广应用。水平井裸眼分段压裂工具是实现这项工艺技术的核心硬件，该技术被少数国外公司垄断，国内自主研发尚处于起步阶段。此前，用传统工具和工艺改造水平井，耗时长、产量低，用国外先进技术和工艺改造水平井效果虽好，但费用太高。为此，渤海钻探工程技术研究 院研发了水平井裸眼完井分段压裂配套工具并在苏里格地区成功应用，预示着国产水平井分段压裂工具及压裂工艺进入了一个崭新的时期。裸眼封隔器作为水平井分段压裂配套工具的重要组成部分，在多段压裂过程中的作用至关重要，其性能直接影响着压裂施工的效果。为此对裸眼封隔器的一些关键部分进行了缜密的设计。

1 裸眼封隔器的研制

苏里格气藏具有低压低渗透、开采难度大的特点，4000 m 井底温度达到

130 ℃。水平井分段压裂时，裸眼封隔器的工作位置处于水平裸眼段，井底情况复杂、地层压力高。封隔器下入过程中，在井壁摩擦及管内液柱压力的作用下比较容易损坏胶筒和提前坐封，同时由于裸眼段井径变化大，使用密封胶筒较短的常规压缩式封隔器可能会导致坐封不完全，影响后期的压裂施工。针对上述情况，设计了开启阀式扩张封隔器，该封隔器将开启阀与单流阀综合利用，封隔器开启压力根据施工井的具体情况进行调节，能有效地防止下井过程中封隔器提前打开并坐封的现象；单流阀的设计使液体单向流入密封胶筒并防止回流，在后期打开压差滑套和压裂作业时即使压力骤增也可继续通过单流阀向密封胶筒内单向泵入液体，使胶筒充分膨胀，加强密封效果。该封隔器具有外径小、密封段长的特点，不但有利于工具的顺利下入，而且长密封胶筒与裸眼地层有更大的接触面积，更好地保证完全密封。 2 技术分析

2.1 结构及工作原理

水平井裸眼完井分段压裂专用裸眼封隔器结构，该封隔器在现场配合自主研发的悬挂器、投球滑套、压差滑套、坐封球座等使用。现场应用时根据地质情况对分段压裂的段数进行调整，根据段数的不同对投球滑套和裸眼封隔器数量进行改变，以满足不同情况的分段压裂施工要求。封隔器下到预定位置后，由油管内投球使球坐于坐封球座上；井口打压注入液体，当压力打到8~10 MPa 时，开启阀芯上的销钉被剪断，开启阀被打开；液体经过中心管的进液孔把单流阀推开，进入中心管与胶筒之间的环形腔内使胶筒膨胀坐封，当内压达到设定值时，封隔器坐封完毕，可进行后续作业。 2.2 主要技术参数及性能特点

2.2.1 主要技术参数 封隔器总长2600 mm；密封段长1500 mm；最大外径?146 mm；最小通径?50mm；启动压力8~10 MPa；坐封压力25 MPa；胶筒外径?144 mm；最高工作温度150 ℃；最大工作压力80 MPa。

2.2.2 性能特点 （1）易坐封，具有下井过程防坐封设计；（2）承压差大；（3）适应性强，小直径封隔器可密封大直径井眼，最大能密封?180 mm 井眼，且对井眼规则程度要求不严格；（4）密封段长，具有一定自身锚定能力，密封能力好，承受压差可靠；（5）使用寿命长，性能可靠，在前期室内试验过程中封隔器完全坐封在套管中放置3 个月后，验证其密封性能及锚定力，使用拉拔机拉到80 t，封隔器和套管之间移动距离不超过2 mm。

3 现场应用

2010 年，水平井分段压裂配套工具在苏里格地区应用了4 口井，施工过程顺利，效果明显，施工成功率100%。

苏20-17-16H 井分3 段进行压裂，总用液量1100m3，累积加砂量90 m3，施工过程顺利，封隔器坐封效果好，滑套均顺利打开，压裂后测试产量8×104 m3/d。 苏20-13-17H 井完钻井深4613.0 m，水平裸眼段长949.69 m，分5 段进行压裂，总用液量2000 m3，累积加砂量165 m3，从工具下入到压裂施工均顺利完成，压后测试产量12×104 m3/d。

苏20-10-5H 井完钻井深3995 m，水平段长197m，由于地质原因，水平段后130 m 均为泥岩段，讨论后决定整体进行压裂，施工后测试产量7×104 m3/d。

苏20-18-13H 井分4 段进行压裂，总液量1500m3，加砂125 m3，施工过程顺利，目前仍在测试采气 阶段。

4 结论和建议

（1）现场应用表明，裸眼封隔器结构设计合理，密封可靠，能满足苏里格地区高温高压井的工况要求，完全适用于水平井裸眼完井分段压裂。 （2）裸眼封隔器坐封位置应该选择在物性较差的泥质砂岩段、电性较差的井段、井径变化较小、没有明显扩径的井段或钻时较长的井段，这样可以使裸眼封隔器很好地坐封，又能有很好的卡层位置实现水平井段最有效的利用。

裸眼封隔器是实现地层封隔的关键工具，为达到裸眼封隔器下得去、封得住的工艺要求，保证施工的成功率，采用高温、高压胶筒，增大胶筒压缩比的扩张式裸眼封隔器。 技术参数

总长：2445mm 工作温度：130℃ 最小内通径：φ71mm 最大外径：φ140mm

最大工作压力：70MPa 启动压力：16-18MPa 上接头扣型3 1/2〞UPTBG 下接头扣型3 1/2〞UPTBG 完井工具组合：采用尾管悬挂器 + 裸眼封隔器 + 滑套系列工具。 工艺原理：根据地质和工艺的要求把水平裸眼段分为若干段，在相应位置下入水力座封式封隔器，在需要改造的对应位置下入滑套，封隔器与滑套连接成管柱串，下完井管柱到设计位置，座封封隔器，施工时投球依次打开滑套，从而实现分段压裂或酸化的目的。

技术特点：实现了裸眼水平井分段完井、分段改造

水平段：采用尾管悬挂器+裸眼封隔器+滑套系统实现裸眼水平段分段、隔离 工具一次入井实现水平段压裂作业

直井段：压裂、排液、生产一体化管柱，减少作业时间 不固井、射孔；增加投资回报率 裸眼封隔器主要用于卡封水层、气层或分段开采，是实施分段增产措施的重要工具之一。该工具随完井管柱下入井中，通过底座投球憋压，推动滑套移动，从而撑开胶筒，实现左封。裸眼封隔器主要由密封胶筒、中心管和滑套组成。

水平井裸眼封隔器分段压裂技术在苏10 区块的应用

1 问题：苏里格气田为低渗、低压、低丰度岩性气藏, 有效储层为辫状河砂岩沉积体系中的粗岩相带, 非均质性强, 连续性较差。其低渗低孔储层的孔隙结构特点决定了气田开发初期油气渗流所动用的范围有限, 气体的启动压差较大, 如果储层不进行压裂改造, 储层很难获得较高的产能。水平井技术在低压、低渗、低丰度的苏里格气田进行试验, 见到了初步效果, 展示了较好的开发前景。但水平井产量仍未达到理想水平, 在总结经验与多方探讨前提下, 决定在第一口水平井试验的基础上, 应用新型压裂工艺——水平井裸眼封隔器分段压裂, 来提高水平井产量的目的, 开展第二口井现场试验 2 裸眼封隔器完井方式分段压裂设计方案

水平井分段压裂就是要在水平井段形成多条相互独立的人工裂缝系统, 改善近井地带渗流条件, 提高单井产量。随着水平井数量不断增加, 水平井分段压裂技术一直都是国内外各油田重点攻关的课题。水平井分段压裂技术主要有以下4 种: 化学隔离技术、机械封隔分段压裂技术、限流压裂技术、水力喷砂压裂技术。本文主要讲的水平井裸眼封隔器分段压裂技术属于封隔器分段压裂技术。水平井裸眼封隔器完井分段压裂技术是将裸眼水平井完井技术与分段压裂改造技术结合起来的一种完井压裂技术。 3 设计原则

综合本区块的测井、录井资料、井眼轨迹、储层状况及地层分层资料分析, 本区块属低孔、低渗储层。同时目的层上下各小层储层发育较好, 通过对其裸眼分段完井、分段压裂改造试气, 尽量增加压裂裂缝的泄流面积, 可使水平井段得到最有效的利用,实现储层的有效改造, 同时沟通上下储层, 提高导流能力, 提高波及体积, 获得工业气流。 4 结论

水平井裸眼封隔器压裂技术在苏10 区块成功应用, 为苏里格气田推广应用此技术奠定了有利基础。此技术推广后, 可大大提高苏里格水平井的产量, 有利于苏里格产量目标的早期完成和产能建设的早期实现。

苏75-70-6H水平井裸眼封隔器10级分段压裂实践

1 工艺原理

裸眼封隔器分段压裂关键工具包括裸眼封隔器、投球滑套。设计多级封隔器对水平裸眼段进行机械封隔，根据起裂位置分布多级投球滑套，压裂前对油管正打压实现封隔器稳定坐封，施工中从小到大依次投球憋压打开滑套，压裂液从喷砂孔进入油套环空起裂地层直至完成加砂，压裂后合层返排采气。该工艺具有节省完井成本、缩短压裂施工周期、灵活卡封任意级数分段压裂、压裂规模大、安全性能高等优点。 2 技术关键点

（1）裸眼封隔器能够保证良好的耐温性、有效密封性，防止压裂窜压。 （2）各级滑套球座能够满足堵球落座密封和憋压打开滑套性能要求。 （3）裸眼水平段井筒质量要符合分段压裂工具的入井及坐封要求。 （4）10 级分段压裂。 3 压裂工艺分段优化

优化原则：尽可能增加压裂裂缝数量，最大限度沟通含气砂体，扩大渗流面积，提高储层整体导流能力，实现高产和持续稳产的总目标。

（1）根据录井和测井资料，优选物性好、气测显示高的井段作为压裂起裂点，缝间距控制在80~150 m，分10 段压裂。

（2）封隔器要有较好的坐封位置：物性较差的泥质砂岩段、电性较差的井段、井径变化小且没有明显扩径的井段或钻时较长的井段。

（3）封隔器卡封起裂段长度要尽量缩小，以便形成单一主裂缝，减少次级裂缝，确保施工安全。根据实测最大主应力方向，本井形成的人工裂缝方向和水平段成70°夹角，利于裂缝形成和降低缝间干扰。 4 结论及建议

（1）苏75-70-6H 井的压裂成功，标志着华北油田在水平井大规模多级数分段压裂技术上的成功突破，为各项新技术的进一步推广应用积累了经验。

（2）国产裸眼封隔器分段压裂工具在苏里格地区的成功应用，打破了水平井10 级分段压裂工具长期依赖国外进口的格局，有待在苏里格地区乃至全国进一步推广应用。

川渝地区水平井裸眼封隔器分段酸化工艺

要点：

针对水平井酸化水平段长, 沿水平段储层的非均质性与污染程度不同, 酸化时酸液在水平段的有效与合理置放等问题, 研制出水平井裸眼分段酸化封隔器并投入现场应用。在介绍水平井伤害特点、酸化难点与有针对性的酸液体系基础上, 介绍了该水平井裸眼封隔器的结构特点、技术指标、工艺原理、使用要点与在川渝地区现场应用情况。经现场应用表明该水平井裸眼封隔器性能可靠, 应用效果良好。

1技术指标：适用井眼尺寸: 51/2”~ 7”；最大下入井深: 6000 m

工作温度: ≤150℃ ； 最大分段数: 10 段

2 工艺原理

当用钻杆将管柱下到预定位置后, 坐封、丢手起出钻杆再下入酸化用回接管柱, 挤注工作液, 注入程序一般为“转向酸—降阻酸”或“转向酸—互溶剂”工序, 然后投球蹩压打滑套, 滑套销钉剪断后, 球和球座形成密封, 封堵下部层段, 打开上部层段, 即可依次对上部其它层段分段酸化处理。该工艺管柱为酸化、排酸一体化管柱, 目前一趟管柱可实现10 段处理。 3 施工工艺

对于大斜度井水平井, 自造斜点开始, 井身的造斜程度逐渐增大, 井身曲率半径较小。因此, 在某一尺寸的套管内特别是在裸眼段内, 由于钻井液性能,井底压差, 井眼轨迹不规则的影响, 裸眼封隔器在下入过程中易发生卡钻遇阻, 造成工具不能按要求下入到预定位置。因此, 必须按照一定的下入程序与要求并采取有针对性的技术措施, 才能保证裸眼封隔器顺利下入预定位置。 4 影响工具顺利入井的主要因素

卡钻, 卡钻是封隔器不能够顺利到位的最主要因素。直井段管柱不能有效传递压力导致工具不能到位。 5 裸眼封隔器入井基本工序 ①用原钻具通水平井段;

②刮管器刮套管; 如刮管不顺畅, 在阻力大的井段反复活动, 直到顺畅; 如遇阻, 不超过5 吨, 不得强行下放;

③通井规通套管; 如通井不顺畅, 在阻力大的井段反复活动, 直到顺畅; 如遇阻,

不超过5 吨, 不得强行下放; 通井至预定位置处进行泥浆循环, 循环排量不小于0. 8 m3/min, 直到出口泥浆与钻井设计的泥浆性能相同。通井规下放深度严禁超过套管鞋深度。

④单铣柱通水平井段; ⑤双铣柱通井;

⑥钻杆送入分段完井工具; ⑦替压井液;

⑧坐封、丢手、起钻杆;

⑨下回接管柱、验封、投球分别打开投球开启酸化滑套, 分别对各井段进行酸化施工。

6 采取的技术措施

①调整好压井液的性能, 防止卡钻的发生, 保证其有符合要求的粘度、切力、良好的稳定性; 同时必须过筛滤掉压井液中可能存在的颗粒状杂质, 减少钻柱静止时固相颗粒的沉淀;

②采用加重钻杆有效传递压力。 结论与认识：

( 1) 水平井裸眼封隔器是水平井增产改造中水平段有效分隔的重要手段, 由于水平井, 特别是裸眼段特殊的井眼轨迹, 工具的入井存在一定的风险。将封隔器顺利下入到裸眼段预定的位置是该种酸化工艺成功与否的关键。

( 2) 现场应用表明该自主研制的水平井裸眼封隔器管柱使用安全、各项性能可靠。该管柱一次作业, 可近似连续油管的回收过程进行逐点逐段处理,目前该工具一趟管柱, 最大可以实现10 段分隔酸化。与国外同类产品相比, 使用成本大大降低。

( 3) 为了实现水平井长井段的均匀布酸, 研究了粘弹性转向酸, 室内实验证明该转向酸性能优良, 可以较好地起到在水平井段均匀布酸的目的, 结合高压高排量施工工艺, 现场试验取得了较好的应用效果。

( 4) 采用机械分段酸化的基础上结合转向酸自转向的方式提高每段酸液的合理分布。

( 5) 川渝地区现场3 口水平井裸眼封隔器分段酸化试验, 施工及管柱下入过程顺利, 措施后, 单井平均天然气井口测试产能达17. 676 *104 m3/d, 酸化增产效果非常明显。