5A版井下压裂工具应用.docx
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5A版井下压裂工具应用
井下压裂工具应用
目录
分层压裂工具简介
（一）、分层压裂井下工具组合
（1）Y221封隔器+单滑套喷砂器+安全接头
（2）Y221封隔器+单滑套喷砂器+Y111封隔器+循环阀+安全接头
（3）Y221封隔器+平衡阀+单滑套喷砂器+伸缩器+Y111封隔器+循环阀+安全接头
（4）Y221封隔器+双滑套喷砂器+Y111封隔器+循环阀+安全接头
（5）221+敞口喷砂器+Y111组合+循环阀+安全接头
（二）Y221A型找漏验套工具
Y221A型封隔器的改进措施
施工方式
使用注意事项
现场应用情况
（三）GF105/60型卡封专用井口
结构及特点
技术原理
现场使用情况
卡封压裂专用井口现场使用统计表
井下压裂工具情况总结
分层压裂工具简介
随着老油田进入开发后期，主力油气藏进入采空或高含水阶段，因此出现产量逐渐下滑状态。
为了保持油田的稳产和上储的生产实际需求,对二、三油气藏的开发日益重要。
压裂是重要的开发增产手段，可是目前主要采用多层合压的施工方式，这种压裂方式对油层的压裂针对性不强，不能清晰的认识各层的产能情况和充分发挥各层生产能力，同时也不能很好的达到压裂的预期目的。
例如：
对一口井三个层位进行合压，由于地层本身应力差异、地层能量差异或钻井和作业过程中造成的外来污染等原因，造成了油气层破裂压力差异。
因此在一次施工中如果各层破裂压力相差很大那么只能打开破裂压力小的层，即使是多次进行重复压裂，其压裂施工的结果可能只是反复地对同一个层位进行改造，而其他的两个层位未达到压裂改造目的；如果三个层破裂压力相差不大，施工中虽然可能都有不同程度的打开，但是也不能完全达到压裂施工的设计意图。
即使过去采用投球分层压裂、添砂分层压裂或者采用桥塞封堵非压裂层的方式进行分层压裂，但是由于多方面的原因造成投球分压的效果不明显；而采用添砂或桥塞分层压裂的方式施工量大、作业周期长、作业成本高昂，不适合大量应用，因此开展了一次性双封工艺管串分层压裂的研究。
这种工艺管串具备：
一次能完成1-3层的施工任务、可操作性强、可靠性高、费用低。
我们针对深井、高温、高压及大砂比、高排量等压裂工艺要求设计出多种分层压裂管串。
同时还针对压裂工艺需求开发研制了GF105/60型专用环空压裂悬挂器和GF105/60型卡封压裂专用井口。
在现有封隔器基础之上开发研制了Y221A型试压验套及找漏工具，为大修作业队伍提供了性能可靠的工具支持。
从20GG年5月开始设计、试验、改进、推广应用至今快有6年的时间，分别在、冀东、吉林、东北局、中南局、华北分公司、新疆吐哈等油田共推广应用300余口井，取得了很好的压裂增产效果。
（一）、分层压裂井下工具组合
分层压裂主要通过井下封隔器和辅助工具完成油气层的分离，然后通过控制滑套的开关对不同的目的层进行压裂改造。
目前我们拥有针对51/2″和7″套管的系列分层压裂工具组合，以Y221和Y111为主力封隔器。
还开发了Y211、Y241、Y341等型号封隔器，针对不同的需求进行组合分层压裂管柱。
目前我们根据不同油田的特点和需求开发如下几种常用组合：
（1）Y221封隔器+单滑套喷砂器+安全接头
该组合结构简单、井下工具数量少、能够完成两目的层压裂改造要求、影响解封因素少。
主要适合射开层少、套管质量及固井质量好的油气井。
缺点是：
当压裂第一目的层时出现砂堵，无法通过反洗井方式迅速排出压裂砂液，易造成油管堵死，给后续作业造成影响。
（2）Y221封隔器+单滑套喷砂器+Y111封隔器+循环阀+安全接头
该组合结构相对复杂、井下工具数量略多、能够完成两目的层压裂改造要求、影响解封因素较多。
主要适合射开层较多、套管质量及固井质量好的油气井。
该组合能够在任何时间进行多次开关控制阀，通过反洗井方式迅速排出压裂砂液，防止因砂堵堵死油管，方便后续作业。
缺点是：
影响解封因素较多，解封较困难，需要解封动力较大。
（3）Y221封隔器+平衡阀+单滑套喷砂器+伸缩器+Y111封隔器+循环阀+安全接头
该组合结构复杂、井下工具数量多、能够完成两目的层压裂改造要求，同时满足护套和隔离非压裂目的层的作用。
主要适合射开层较多、套管质量及固井质量好的油气井。
该组合能够在任何时间进行多次开关控制阀，通过反洗井方式迅速排出压裂砂液，防止因砂堵堵死油管，方便后续作业。
主要优点是：
增加了平衡阀来消除因层间压差造成的解封困难问题；增加了伸缩器解决了分级解封问题。
缺点是：
工具较多，造成不可靠因素多，不利于长途运输等。
（4）Y221封隔器+双滑套喷砂器+Y111封隔器+循环阀+安全接头
该组合结构十分复杂、井下工具数量多、能够完成两目的层压裂改造要求，同时满足护套和隔离非压裂目的层的作用。
主要适合射开层较多、套管质量及固井质量好的油气井，主要满足那些压后不动管柱直接进行合采的油气井。
该组合能够在任何时间进行多次开关控制阀，通过反洗井方式迅速排出压裂砂液，防止因砂堵堵死油管，方便后续作业。
主要优点是：
双滑套喷砂器能够控制分层压裂，还能够控制平衡上下两压裂目的层和连通合采，也有利于消除最后解封时的一些阻力。
缺点是：
工具较多，结构复杂，地面安装工作量较大，地面检验控制情况和试压要求很高，不利于长途运输等。
（5）221+敞口喷砂器+Y111组合+循环阀+安全接头
该种组合主要用于选择性、强针对性对某一单层进行压裂改造。
这种组合具有结构简单、不受排量等因素限制。
上述组合是我们经过多年研究、改进和应用非常成熟的主力分层管串，是经过现场实际考验和检验过的。
据统计上述管串坐封验封成功率为100%（不计油管和套管因素）；压裂施工成功率97%以上；一次解封成功率80%以上；大修率10%左右。
由于我们充分考虑了管柱的可靠性能，使用了井下安全丢手接头和加工了专用封隔器打捞工具，所以大大的缩短了大修打捞周期。
我们在研制井下压裂工具的同时，也时刻跟随压裂工艺及大修工艺的需求开发研制了以下工具。
（二）Y221A型找漏验套工具
目前，在油田钻井完井及修井作业施工中，经常对油层套管进行验套、试压、找漏等施工。
在这些施工项目中，常用水力压差式封隔器进行施工，而水力压差式封隔器在性能方面有一定局限性，其耐压较低，胶件恢复性较差。
在井内坐封次数增多后，胶筒易损坏，使施工成功率降低。
以致影响作业施工周期，增加施工费用。
我们目前用于压裂施工的Y221型高温高压封隔器，在这几年的应用中，具有很好的性能，施工成功率很高经过对工艺及工具的研究、论证，将Y221压裂封隔器经过一定的改造试验，将其应用于套管试压、验套找漏和挤堵施工中，对提高修井作业施工速度，缩短施工周期，而且能够一次完成3-6个点的试压找漏。
为油田增产增效有巨大意义。
Y221A型封隔器的改进措施
针对油田作业施工的工艺要求，要使现有的Y221压裂封隔器能满足套管试压、找漏验套等工艺要求，必须对该工具进行一定的技术改造，具体进行了如下改进措施：
1、工具结构改造
在验套和找漏施工中，封隔器只需要封住井筒的上部或下部,来验证下部或上部套管的好坏,在两种方式中,所需使用的封隔器结构有所不同。
若进行封上验下,用RTTS封隔器+水力锚,从油管正打压可试验下部套管,然后逐段下移坐封进行试压,直至验完下部套管;若需进行封下验上,则须对封隔器进行技术改进,将封隔器水力锚改为专用试压接头连接在封隔器胶筒上部,坐封后可直接将封隔器下部套管封住.而上部油套是连通的,只需坐好悬挂器,关闭套管阀门后打压试验上部套管,然后逐段上移坐封进行试压,即可实现找漏目的。
2、封隔器胶筒的改进
在验套找漏施工中,需要对封隔器进行多次坐封操作,而压力要求相对压裂封隔器要低,对此,将封隔器胶筒进行了改进,降低其硬度,由原来的邵氏硬度85度降低至80度,从而提高了恢复弹性,有利于多次坐封,其耐压性能仍达到了55MPa以上，完全能满足一般井况的施工要求。
施工方式
1、封上部验下部套管
在封上验下方式下，管串为27/8"油管+水力锚+封隔器+尾管；坐封后正打压试验，然后，逐段往下找漏点。
2、封下部验上部套管
试压管串为：
27/8"油管+专用试压接头+封隔器；坐封后，其油套已连通，正、反试压均可；然后逐段上移进行试压找漏。
使用注意事项
该封隔器在下井过程中，需要注意的事项与其它大直径工具起下的注意事项大致相同，对一些特殊的注意事项说明如下：
1、在试压找漏或验套施工中，由于坐封井段较长，应对需要验证的井段全部进行刮削处理，以保证封隔器能可靠坐封。
2、由于该胶筒硬度较低，坐封时加压重量控制在6~8吨，以提高胶筒在井内的坐封次数。
3、对试压井段在1000米以内，需要在封隔器上部增加适当钻铤加重，以使坐封重量能满足要求。
现场应用情况
经过对Y221封隔器的改造，利用不同结构的工具分别在文72-365、文72-203、文13-255、文79-131、文33-126井进行了套管试压、套管找漏施工，每口井坐封次数均在3~5次不等，施工成功率达到100%；在文72-144、濮侧58井卡封化学挤堵施工，封隔器使用性能好，可靠性高，保证了施工一次成功，到目前为止现场应用50余口井。
（三）GF105/60型卡封专用井口
我处在近年来的外出施工中，通过不断开拓市场，已在全国许多油气田取得突破性的成效。
通过近年来在各种技术方面的不断攻关，也在内外部市场中达到了较高的技术水平。
工艺研究所技术人员在外部项目的施工中也在不断进行技术革新和改进，在压裂工具及其配套设施方面也有了新的东西在不断推出，如我所近年来研制并已推广应用的KF105/60型卡封压裂专用井口即是其中之一项。
该专用井口为105MPa压力级别，但却比105MPa的标准井口在体积和重量方面简单了许多，该专用井口具有结构简单、耐压高、适用性强等优点。
其最大特点是进行卡封压裂施工时，不需要更换原生产井口，直接下卡封压裂管柱后，进行座封验封、装该专用井口，即可进行压裂施工。
该专用井口变径法兰可与21Mpa、35Mpa采油井口大四通法兰直接连接，专用油管短节可与27/8″、31/2″压裂管柱连接，适用于所有的卡封压裂施工井。
使用该专用井口可减少作业施工时间，并大大降低拆换井口的工作量。
尤其适合在外部市场压裂中的使用，完全可以用于常规油气井卡封压裂施工。
同时该卡封压裂专用井口还对部分特殊井况的压裂井具有适用性，如在采油一厂和采油四厂等，由于原井口在过去的生产中，大四通下部的套管短节与套管接箍焊接上了，或者井口套管处有套损，或者无法更换原生产井口的大四通等，造成这些井在压裂施工前必须先进行大修换套，既增加了施工费用，又延长了施工周期，对油田的增储上产影响很大，如果采用我们所研制的这种专用压裂井口，即可满足其压裂施工的要求，使问题得到及时的解决。
结构及特点
该卡封压裂专用井口是我们经过较长时间的研究开发出来的，最先的专用井口只有一个高压阀门，且其他配套部件也不全，经过几次改进后，现在的卡封压裂专用井口由专用变径法兰、105Mpa阀门、法兰短节、专用油管短节、高压放喷三通、高压旋塞阀，专用变扣接头，环空限压阀、压力表及考克等组成。
变径法兰为两用结构，即可与25Mpa、35Mpa采油井口连接，连接35Mpa和60Mpa采油井口时只需将普通钢圈换成异径钢圈即可配套使用；专用油管短节有两种规格；高压放喷三通及压力表等实现了压裂后放喷的需要。
技术原理
井口的安装：
下完卡封压裂管柱后，将卡封压裂专用
井口的油管短节接于压裂管柱上，即可进行封隔器座封，然后将井口座于原生产井口大四通上，上紧井口螺栓。
井口安全性：
为了保证井口施工的安全性能，在原井口的环空阀门上安装一套适合的限压阀，以保证意外情况下套压突然升高时，该限压阀能及时地打开，便原井口能及时泄压，起到安全保护作用。
同时将原井口的大四通用钢丝绳及地矛进行锚定，以备应急时的需要。
压裂施工时：
液体从井口上部入口经油管注入，油套环空由封隔器封住，实现对地层压裂。
环空平衡压应小于25MPa（原生产井口为250型时），原井口只承受平衡压力，而不承受压裂时的高压。
4、压裂后放喷：
压裂完关井扩散时，在井口上部接上放喷三通即可进行放喷排液。
5、井喷处理：
若压后井喷，需使用该专用压裂井口直接
生产，则可拆掉法兰短节，换上异径法兰盘，其上部可与350型采油树小四通、阀门等相连接，即可满足生产要求。
现场使用情况
该卡封压裂专用井口在全国各油田进行了现场应用。
截止到目前，在油田濮7-149、濮2侧-104、文256、文13-284、文14-侧6井应用了5口井，在胜利油田临82-G10、临59-G4、田3-3、商742井、夏502-8、夏502-3应用6口井。
共进行现场应用11口井，全部达到了施工设计要求，施工成功率达100%。
在和胜利油田所使用的是单闸门、连接法兰为KY21/65型采油井口；其卡封封隔器为Y221-114型压裂封隔器和Y531-114型压裂封隔器。
在油田文13-284井的应用情况：
该井于20GG年8月6日进行压裂施工，采用单闸门式、与KY21/65型采油井口连接的卡封压裂专用井口，卡封封隔器为Y221-114型，卡深3293米，地层破裂压力63MPa，加砂最高泵压为68MPa，加砂量24M3，共注入总液量181M3，施工排量3.2—3.9M3/min，平均砂比31%，停泵压力31.5MPa，该井加砂过程中压力升高，提前顶替，比设计加砂少6M3，压后实施了快速返排。
在油田采油四厂文33-309井的应用情况：
该井由于井口套管短节以下有部分套管损坏，又急需要进行压裂增产措施，如果压理解时压力太高则平衡压力无法打起来，且原井口也是350型的，为此，采用了我们的专用压裂井口进行施工，不用更换原来的350型大四通，直接连接专用压裂井口，从三通旋阀处走泵排空，然后即进行正常的压裂施工，同时在环空阀门处进行压力临测，在整个施工过程中，未发生异常现象，顺利地完成了该井的压裂施工。
在采油四厂文167井的应用情况：
该井为注水井，设计预计破裂压力很高，而当前的井口是600型井口，不能满足压裂施工的要求，采油四厂作业科联系我们后采用了该专用井口，该井压裂施工中，最高压力达到了80MPa，需用我们的卡封压裂专用井口都能满足其要求，
在天然气产销厂文23-8井的应用情况：
该井为一口气井，压裂前的采气井口为350型井口，压裂时需要更换1000型井口，但该井原井口不好拆除，并且安装也很费事，为此采用了我所的卡封压裂专用井口，在该井的使用中采用了改进后的双阀门式结构，这样可以起到更保险的作用，以免气井压裂后容易井喷，若单阀门一旦出现阀门刺坏，就容易出现事故，从需具有更高的安全性能。
在胜利油田临59-G4井的应用情况：
该井于20GG年3
月25日在胜利临盘采油厂进行压裂施工，采用单闸门式、与KY21/65型采油井口连接的卡封压裂专用井口，卡封封隔器为Y531-114型液压座封式，卡深2190米，地层破裂压力66.5MPa，加砂量19.8M3，共注入总液量134M3，施工排量3.9M3/min，平均砂比23.5%，停泵压力51MPa，压裂施工成功。
另外，在胜利临盘采油厂的商742井的压裂施工中，在前置液中还加入了50吨CO2，对该井口及封隔器没有造成影响，施工正常顺利。
从以上所进行的应用中可以证明，我所研制的105/60型卡封压裂专用井口是适合所有卡封压裂施工井的。
它适用于原井口是21或35型；压裂管柱可以变扣适应27/8″或31/2″油管；所用卡封封隔器也可配套各种形式的性能可靠的封隔器；并且具有耐压高、内流道耐磨即几乎不受高砂比的影响、可实施快速返排等性能；可根据需要配套单阀门KF105/60D或双阀门KF105/60S型结构。
使用该专用井口可减少拆换井口大四通的施工时间，并大大降低拆换井口的工作量。
在现场应用中，深受作业施工队伍的好评
卡封压裂专用井口现场使用统计表
井号
井口型号
使用地点
井号
井口型号
使用地点
SN207
KF105/60D
东北局
WK17-7
KF105/60D
东北局
SN17
KF105/60D
东北局
SN211
（2）
KF105/60D
东北局
SN142
（1）
KF105/60D
东北局
DK11
KF105/60D
东北局
QK5-4
KF105/60D
东北局
SN187
（1）
KF105/60D
东北局
QK3-6
KF105/60D
东北局
SN188（3）
KF105/60D
东北局
PK11
KF105/60D
东北局
SN187
（2）
KF105/60D
东北局
QK3-2
KF105/60D
东北局
WK17-7（3）
KF105/60D
东北局
W12
KF105/60D
东北局
SN148
KF105/60D
东北局
FK18
KF105/60D
东北局
PK4-3
KF105/60D
东北局
SN210
KF105/60D
东北局
SN211（3）
KF105/60D
东北局
WK17-7
（1）
KF105/60D
东北局
FK22
KF105/60D
东北局
WK17-7
（2）
KF105/60D
东北局
SN184
KF105/60D
东北局
w185
KF105/60D
东北局
SN180
KF105/60D
东北局
SN188
（1）
KF105/60D
东北局
SN205
KF105/60D
东北局
DK1
KF105/60D
东北局
P138-6、
KF105/60S
油田
FK17
KF105/60D
东北局
W256
KF105/60S
油田
SN360
KF105/60D
东北局
W14-C6
KF105/60S
油田
SN142
（2）
KF105/60D
东北局
W33-309
KF105/60S
油田
W201
KF105/60D
东北局
W167
KF105/60S
油田
SN104
KF105/60D
东北局
W23-8
KF105/60S
油田
SN211
KF105/60D
东北局
L82-G10
KF105/60D
胜利油田
SN189-2
KF105/60D
东北局
L59-G4
KF105/60D
胜利油田
SN111
KF105/60D
东北局
T3-3
KF105/60D
胜利油田
SN188
（2）
KF105/60D
东北局
S742
KF105/60D
胜利油田
QK121-3
KF105/60D
东北局
G502-8
KF105/60D
胜利油田
WK17-5
KF105/60D
东北局
G502-3
KF105/60D
胜利油田
通过对井下压裂工具的研究与应用锻炼大批的科技人才，同时也培养我们以市场为导向的科技研发的路子。
只有将科研与市场需求不断的挂钩，才有科研研发的动力和生存的空间；只要有不断的寻求市场需求的敏锐目光，才能确定科研的研发方向；只有将科技成果应用到生产实践当中去，才能找到不足；科研技术人才只有到现场中去，才能发现新的研发思路，才能成为真正的、较为全面的人才。
现场实践也证明这一点，同时也取得了明显的社会效益和经济效益。
分层压裂施工作业规程
井下工艺技术研发中心工艺研究所
目录
一、分层压裂施工作业规程
1目的、内容、适用范围
2施工原则:
3施工准备
4施工程序
5相关规定、注意事项
附：
工具性能参数及管柱结构：
二、井下特种作业处工具工具性能参数及管柱结构
1、管柱结构
2、工具性能参数
分层压裂施工作业规程
1目的、内容、适用范围:
目的：
规范双封隔器分层压裂设计原则及施工原则，提高分层压裂有效率，避免分层压裂施工中的卡、掉、堵，提高使用成功率。
适用范围：
本规程适用于吐哈油田油气水井以所有类别井分层压裂作业施工。
内容：
本规程规定了分层压裂井作业施工的相关内容和要求。
2施工原则:
2.1选井选层：
储层剩余可采储量>0.5×104t；压力系数：
厚层>0.7、薄层>0.8;综合含水＜45%;油水井对应连通方向>2；层间压力差异＜30MPA，隔层厚度>5米且物性良好，两级封隔器间跨距15-80米（跨距大于100m推广桥塞+单封分层压裂技术），跨距内层位不得超过3层，且各层间固井及套管质量良好，不存在管外窜及层间窜；最大井深＜4300m，最大井斜＜40度，狗腿度<5°/30m，不存在大螺旋弯；最大井温＜150°C；上部尽量无裸露层，如存在裸露层必须落实出砂情况及吸水能力。
2.2井筒准备：
通井、刮削必须达到设计要求，洗井必须彻底，特殊井要求采用双通井规通井。
2.3管柱结构：
两节封隔器之间使用专用管柱或2-7/8"新油管作为支撑管柱并安装伸缩短节，紧接封隔器上部安装一级安全接头并配备相应的打捞接头，采用防砂水力锚，上层压裂开关尽量对准压裂主力吸液层段，下部封隔器坐于上层下界2m左右位置，下层开关位于压裂层段上部，整个管柱结构不存在洗井死角。
2.4下钻控制：
卡封管柱下放速度必须控制在7-9m/min以内，如遇阻，加压不得大于30KN，并及时通知现场监督及工具提供方采取措施。
2.5压裂设计：
（1）对双封卡封的上层压裂，原则上不采取二次加砂压裂；
（2）排量：
采用“变排量”施工原则，要求采用高排量造缝，低排量携砂；（3）过顶替液量：
下层控制在0.3-0.5m3之间，上层控制在0.5-0.8m3之间，二次加砂：
一次加砂结束后过顶替液量可以达到2方左右。
2.6工具选择：
胜利钻采院工具适合：
（1）施工排量：
下层≤3.5m3/min，上层≤4.5m3/min；
（2）单层加砂量≤30m3;（3）砂比：
平均砂比≤30％，最高砂比≤45％；（4）填砂工艺：
常规压裂与饱填砂；（5）跨距：
≤50米；（6）应力差：
≤50MPA；（7）地层亏空程度：
高；（8）最大井斜：
≤25°；（9）井别：
油、气、水井。
井下特种作业处工具：
（1）施工排量：
51/2"套管工具≤6.5m3/min，7"套管工具≤7m3/min；
（2）单层加砂量≤60m3；（3）砂比：
平均砂比≤35％，最高砂比≤55％；（4）填砂工艺：
常规压裂与高砂比压裂；（5）跨距：
≤80米；（6）应力差：
≤80MPA；（7）地层亏空程度：
低；（8）最大井斜：
≤40°；（9）井别：
油、气、水井。
2.7施工控制：
（1）施工过程中必须保证油压大于套压，并根据油压确定平衡压力值；
（2）施工过程中如出现油压下降，套压上升必须及时判断封隔器密封情况，若封隔器窜漏或管外窜必须立即停止施工；（3）施工砂堵必须立即放喷，并带压无控制反洗，禁止在未洗通的状态下强挤。
2.8压后管理：
必须贯彻及时洗井的原则，压后按设计关井后必须立即带压反洗井或执行带压解封设计组织立即解封，若洗井，井口压力高时必须采取油嘴控制，以地层不返吐压裂砂为原则，然后每隔3-5小时洗井一周，直到压力落零组织解封；对于漏失特别严重的井，要求压后立即带压控制洗井或解封，若洗井以井口控制地层不返吐压裂砂为原则。
2.9解封：
按照设计放喷完成后，进行充分的洗井。
首先正循环洗井、脱气；然后反洗井冲去工具上部的余砂；解开井口；安装封井器；最后上提解封。
2.10解卡打捞：
如果管柱遇卡，首先应落实油管内砂面和卡钻性质并判断各级水力锚（封隔器）解封情况，根据油管内砂面位置确定是否冲砂，根据卡钻性质及水力锚（封隔器）解封情况决定从哪一级安全接头倒开，严禁直接油管倒扣，解卡顺序严格按照洗（憋）、提、吊、震、倒等程序组织解卡，禁止强拔，推广专用对扣接头+震击器打捞工序，水力锚处理以憋为主，配合悬吊+震击，禁止下不具有可退功能的打捞管柱。
3施工准备
3.1根据施工原则
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