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中国石油自主研发全球最短速钻压裂桥塞现场试验成功

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6月19日,中国石油休斯敦技术研究中心(以下称休斯敦中心)宣布,该中心自主研发的全球最短速钻压裂桥塞,近期在吐哈油田三塘湖火山岩水平井现场试验中取得成功。这标志着中国石油体积压裂速钻桥塞技术已达到世界领1先水平,为中石油水平井高1效低成本储层改造再添一项具有自主知识产权的技术利器。

在吐哈油田全力支持下,今年4月26日,由休斯敦中心与吐哈油田共同组织的超短速钻桥塞联合试验在三塘湖油区的牛东平110井水平井段成功启动,共使用5个桥塞分6级进行压裂。为更直观地测试和评价桥塞性能,现场工作人员将两个长度仅为33厘米、内通径为45毫米的超短桥塞和3个国外进口第三方桥塞同时下入、坐封和压裂。采用泵送环技术的超短桥塞下入过程平稳,坐封顺利,坐封后长度小于30厘米,泵送桥塞到位的液量也大幅减少,仅为第三方进口桥塞的1/4。在压裂液总液量达到1300立方米、含砂量15%的情况下,超短桥塞密封可靠,成功完成压裂。历经20多天的返排和试气后,为进一步扩大生产规模,现场工作人员对超短桥塞进行钻磨。现场钻磨情况证明,超短桥塞具有钻磨时间短、钻屑细小、易返排的独特优势。

当前,优质油气资源日益减少,“水平井+体积压裂”技术已成为开发低渗透、致密油气及非常规油气的主导技术。随着水平井段的不断延长、压裂级数的不断增加、压裂规模的不断加大,最短速钻压裂桥塞的成功应用,能够显著提高生产效率,降低综合作业成本。

休斯敦中心成立以来,与中石油所属多家企业协同攻关,创新研发了高1效个性化设计PDC钻头、“裸眼封隔器+滑套”多级压裂管柱、全复合速钻压裂桥塞、高稳定性油基泥浆关键添加剂等一批具有国际水平的钻井、压裂技术,为中石油勘探开发业务提质增效提供了多项技术支撑。

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   压裂是指在井筒中形成高压迫使地层形成裂缝的施工过程。通常指水力压裂,水力压裂是指应用水力传压原理,从地面泵入携带支撑剂的高压工作液,使地层形成并保持裂缝,是被国内、外广泛应用的行之有效的增产、增注措施。由于被支撑剂充填的高导流能力裂缝相当于扩大了井筒半径,增加了泄流面积,大大降低了渗流阻力,因而能大幅度提高油、气井产量,提高采油速度,缩短开采周期,降低采油成本。

   压裂是指在井筒中形成高压迫使地层形成裂缝的施工过程。通常指水力压裂,水力压裂是指应用水力传压原理,从地面泵入携带支撑剂的高压工作液,使地层形成并保持裂缝,是被国内、外广泛应用的行之有效的增产、增注措施。由于被支撑剂充填的高导流能力裂缝相当于扩大了井筒半径,增加了泄流面积,丰宁石油压裂支撑剂,大大降低了渗流阻力,因而能大幅度提高油、气井产量,提高采油速度,缩短开采周期,降低采油成本。

压裂设备及管柱

地面设备

1、压裂井口

  压裂井口一般可分为两类:

①用采油树压裂井口。

②采用大弯管、投球器、井口球阀与井口控制器的专用压裂井口。

2、压裂管汇

  目前压裂管汇种类很多,石油压裂支撑剂,承压和最1大过砂能力也不相同。常用的有压裂管汇车和专用的地面管汇。专用的地面管汇有8个连接头,压裂车可任选一个连接。高压管线外径Ф76mm,内径Ф60mm,最1高压力可达100MPa。

3、投球器

  投球器有两种,一种是前面井口装置中用于分层压裂管柱中投钢球的投球器,另一种是选压或多裂缝压裂封堵炮眼用投球器。美国进口投球器,最1大工作压力100MPa,一次装Ф22mm的堵球200个,电动旋转投球每分钟12圈,每圈投4个球。

压裂车组

      压裂设备主要包括压裂车、混砂车、仪表车、管汇车等。

1、压裂泵车

压裂车是压裂的主要动力设备,它的作用是产生高压,石油压裂支撑剂供应,大排量的向地层注入压裂液,压开地层,石油压裂支撑剂产地,并将支撑剂注入裂缝。它是压裂施工中的关键设备,主要由运载汽车、驱泵动力、传动装置、压裂泵等四部分组成。

2、混砂车

  混砂车的作用是将支撑剂、压裂液及各种添加剂按一定比例混合起来,并将混好的携砂液供给压裂车,压入井内。目前混砂车有双筒机械混砂车、风吸式混砂车和仿美新型混砂车。混砂车主要由供液、输砂、传动三个系统组成。

3、其它设备

 除了压裂车、混砂车主要设备外,还有仪表车、液罐车、运砂车等。仪表车是用于施工时,记录压裂过程各种参数,控制其它压裂设备的中枢系统,又称作压裂指挥车。

压裂管柱

 压裂管柱主要由压裂油管、封隔器、喷砂器、水力锚等组成。目前井下管柱可分为笼统压裂管柱和分层压裂管柱。

1、压裂油管

  压裂应使用专用油管。抗压强度应满足设计要求。浅井、低压可用J55钢级,内径Ф62mm油管(外径φ73mm);中深井和深井使用N80或P105的内径Ф62mm或Ф76mm外加厚油管,最1高限压分别是70Mpa和90Mpa。

2、封隔器

  目前压裂用封隔器种类较多,浅井使用扩张式或压缩式50℃低温胶筒封隔器。深井使用扩张式、压缩式或机械式90℃以上胶筒封隔器。深井大通径CS-1封隔器,工作压力105Mpa,工作温度可达177℃。

3、喷砂器

   喷砂器主要作用一是节流,造成压裂管柱内外压差,保证封隔器密封;二是通往地层的通道口,使压裂液进入油层,三是避免压裂砂直接冲击套管内壁造成伤害。

4、压裂管柱

  压裂管柱一般分为笼统压裂管柱和分层压裂管柱。

1)笼统压裂管柱

笼统压裂管柱结构为:油管+水力锚+封隔器+喷嘴。 水力锚:油管内憋压,在压力的作用下锚爪向外张开抓在套管壁上,锚定油管,防止井下工具轴向位移。当油管压力平衡后,锚爪在弹簧弹力作用下收回,解除锚定作用。

2)分层压裂管柱

分层压裂管柱包括:

①双封卡单层:Ф73mm或Ф88.9mm外加厚油管+水力锚+封隔器+喷砂器+封隔器+丝堵。压裂之后可以用上提的方法压裂其它卡距相同层段。

②三封卡双层:Ф73mm或Ф88.9mm油管+水力锚+封隔器+喷砂器(带套)+封隔器+喷砂器(无套)+封隔器+死堵。可以不动管柱压裂二层。

③四封卡三层:Ф73mm或Ф88.9mm油管+封隔器+喷砂器(甲套)+封隔器+喷砂器(乙套)+封隔器+喷砂器(丙无套)+封隔器+死堵。可以不动管柱压裂三层。

在压裂管柱的丈量和组配过程中要考虑到油管由于温度效应、活塞效应、膨胀效应、弯曲效应引起的油管长度变化。

压裂液

  压裂液的主要作用,是将地面设备的能量传递到油层岩石上,将油层岩石劈开形成裂缝,把支撑剂输送到裂缝中。压裂液在施工中按不同阶段的作用可分为前置液、携砂液、顶替液三种。

  为了压裂施工的顺利实施,要求压裂液具有低滤失性、高携砂性、降阻性、稳定性、配伍性、低残渣、易返排等性能。随着石油工业的发展,压裂施工的规模越来越大,压裂液用量越来越大,因而压裂液还应具备货源广、成本低,配制简单等特点,以满足大型压裂和新井压裂施工。

   压裂液主要分为水基压裂液、油基压裂液、乳化压裂液、泡沫压裂液、醇基压裂液、表面活性剂胶束压裂液(清洁压裂液)和浓缩压裂液等。水基压裂液成本低、使用安全,因而应用广泛。目前世界上约有70%以上的压裂作业采用的胍胶和羟丙基胍胶水基压裂液,泡沫压裂液约占总用量的25%,而油基压裂液使用很少,占5%。


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