周后俊，程智遠(yuǎn)，王海霞，丁柯宇，韓永亮，徐玉龍，鄭 鋒

(1． 渤海鉆探 工程技術(shù)研究院，天津 300280；2．大港油田 灘海開(kāi)發(fā)分公司，天津 300280)

新型壓裂滑套水力噴射器的研制及應(yīng)用

周后俊1，程智遠(yuǎn)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(shù)研究院，天津 300280；2．大港油田 灘海開(kāi)發(fā)分公司，天津 300280)

壓裂滑套水力噴射器是實(shí)現(xiàn)不動(dòng)管柱水力噴射分段壓裂的關(guān)鍵工具。為解決油氣田現(xiàn)場(chǎng)使用的壓裂滑套水力噴射器存在滑套開(kāi)啟壓力不穩(wěn)定、顯示不明顯、無(wú)鎖緊機(jī)構(gòu)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(jié)構(gòu)特點(diǎn)：①采用剪釘內(nèi)置的方式，剪切壓力穩(wěn)定，滑套開(kāi)啟壓力顯示明顯；②采用開(kāi)口環(huán)式鎖緊結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)滑套打開(kāi)后逆向鎖緊；③噴嘴組件采用分體式焊接結(jié)構(gòu)，解決了壓裂反洗時(shí)噴嘴脫落問(wèn)題?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用結(jié)果表明，該滑套水力噴射器結(jié)構(gòu)合理，操作簡(jiǎn)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(dòng)管柱水力噴射分段壓裂工藝技術(shù)采用多套壓裂滑套水力噴射器組合，不需移動(dòng)噴射管柱，通過(guò)投球方式打開(kāi)目的層段滑套即可進(jìn)行壓裂[1-2]。該工藝結(jié)合了水力噴射技術(shù)和滑套分層壓裂技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，不動(dòng)管柱連續(xù)分段壓裂改造，不帶封隔器，管柱容易起出[3]?；姿娚淦魇菍?shí)現(xiàn)不動(dòng)管柱水力噴射分段壓裂的關(guān)鍵工具。由于目前油氣田現(xiàn)場(chǎng)使用的大多數(shù)滑套水力噴射器存在滑套打開(kāi)壓力顯示不明顯、滑套打開(kāi)后沒(méi)有鎖緊機(jī)構(gòu)及噴嘴反洗過(guò)程中易掉落等問(wèn)題，給施工帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)。為此對(duì)常規(guī)滑套噴射器結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，研制出新型滑套水力噴射器。該工具結(jié)構(gòu)合理，操作簡(jiǎn)單，投球打開(kāi)滑套顯示明顯，打開(kāi)壓力穩(wěn)定，滑套有鎖緊機(jī)構(gòu)，噴嘴組件可反洗，可滿足多段壓裂施工的要求，成功進(jìn)行了多口井的推廣應(yīng)用。

1 常規(guī)滑套水力噴射器存在的問(wèn)題

1) 油氣田現(xiàn)場(chǎng)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(nèi)滑套筒，投球憋壓推動(dòng)滑套剪斷剪釘，剪釘?shù)募魯嘟孛娉叽缃?jīng)過(guò)嚴(yán)格計(jì)算，確保在一定壓差下能完全剪斷。由于剪釘裸露于井下環(huán)境，如果井內(nèi)存在雜質(zhì)或井下壓力不穩(wěn)定都會(huì)對(duì)剪釘產(chǎn)生影響，致使在設(shè)計(jì)壓差達(dá)到后剪釘無(wú)法剪斷或者未達(dá)設(shè)計(jì)壓力剪釘即被剪斷，造成滑套開(kāi)啟壓力不穩(wěn)定、顯示不明顯等問(wèn)題，給施工帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)。

2) 油氣田現(xiàn)場(chǎng)使用的滑套水力噴射器大部分都沒(méi)有自鎖機(jī)構(gòu)，大部分滑套水力噴射器都是投球打開(kāi)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(kāi)后不能自鎖，由于排液、產(chǎn)氣的過(guò)程中有可能使滑套水力噴射的內(nèi)滑套部分隨氣液流上行封堵噴砂口，對(duì)排液及產(chǎn)氣量造成影響。

3) 油氣田現(xiàn)場(chǎng)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(guò)專用膠粘接固定。壓裂出現(xiàn)砂堵時(shí)需進(jìn)行反洗，此時(shí)噴嘴組件受反向力大于密封膠粘結(jié)力時(shí)，導(dǎo)致噴嘴掉落，噴射器的流速和噴嘴壓降會(huì)減弱，對(duì)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(jié)構(gòu)

新型滑套水力噴射器結(jié)構(gòu)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(guò)螺紋連接，并通過(guò)頂絲固定構(gòu)成噴射器主體；外筒為中空柱狀結(jié)構(gòu)，布置3組安裝孔，每組孔數(shù)量由上至下按4-2-2設(shè)置，相鄰組的孔在圓周上按45°角錯(cuò)開(kāi)；滑套上部?jī)?nèi)側(cè)為圓錐形球座面，安裝于外筒和剪釘套內(nèi)部；滑套外部設(shè)置槽孔，裝有壓縮狀態(tài)的開(kāi)口環(huán)；滑套上端外壁通過(guò)密封圈與外筒密封，下端外壁通過(guò)密封圈與下接頭密封；滑套與剪釘套通過(guò)剪釘固定；剪釘安裝在剪釘套內(nèi)，處于下接頭內(nèi)部的密閉環(huán)境下，不受壓力和外部環(huán)境影響；噴嘴組件采用一體式噴嘴結(jié)構(gòu)，噴嘴安裝于壓帽內(nèi)，噴嘴和壓帽之間通過(guò)高溫焊接固定，壓帽通過(guò)螺紋固定于外筒安裝孔內(nèi)。

1—外筒；2、8、11—密封圈；3—壓帽；4—噴嘴；5—滑套；6—開(kāi)口環(huán)；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(dòng)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(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，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(dāng)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(xù)加壓，當(dāng)該壓差達(dá)到剪釘?shù)募魯鄩毫r(shí)，剪釘剪斷，壓力繼續(xù)推動(dòng)球、滑套和開(kāi)口環(huán)下移，滑套下移至外筒下端內(nèi)徑擴(kuò)大處，開(kāi)口環(huán)彈開(kāi)并鎖緊于此處，致使滑套向上移動(dòng)受阻，這樣就實(shí)現(xiàn)了滑套打開(kāi)后沿軸向的鎖緊。此時(shí)，噴嘴通道完全打開(kāi)，當(dāng)油管內(nèi)達(dá)到射孔排量并穩(wěn)定后加入石英砂，在噴嘴的節(jié)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(kāi)套管、水泥環(huán)以及近井地帶，開(kāi)始進(jìn)行該段壓裂施工。該段壓裂施工完成后，投入相應(yīng)尺寸的球，繼續(xù)進(jìn)行后續(xù)段噴砂射孔壓裂施工，直至施工結(jié)束，在液力作用下進(jìn)行噴砂射孔，射孔完成，進(jìn)行壓裂。

2.3 技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

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

2) 新型滑套水力噴射器設(shè)計(jì)了開(kāi)口環(huán)式鎖緊機(jī)構(gòu)，通過(guò)在滑套外部設(shè)置槽孔，裝有壓縮狀態(tài)的開(kāi)口環(huán)，噴砂射孔前預(yù)置開(kāi)口環(huán)處于壓縮狀態(tài)，當(dāng)投球打開(kāi)滑套后，滑套下移到設(shè)計(jì)位置后，開(kāi)口環(huán)彈開(kāi)并鎖緊，限制滑套向上運(yùn)動(dòng)，確保噴嘴一直處于工作狀態(tài)。

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

2.4 主要技術(shù)參數(shù)

?114.3 mm 套管用滑套水力噴射器最大外徑90 mm，總長(zhǎng)680 mm，打開(kāi)壓力15～20 MPa，分段級(jí)數(shù)10級(jí)，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(zhǎng)700 mm，打開(kāi)壓力15～20 MPa，分段級(jí)數(shù)12 級(jí)，兩端扣型73.02 mm UPTBG。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

到目前為止，該新型滑套水力噴射器在現(xiàn)場(chǎng)累計(jì)完成8口井應(yīng)用。從8口井的施工效果看，滑套噴射器打開(kāi)壓力穩(wěn)定，顯示明顯，噴嘴無(wú)脫落。下面以滑套水力噴射器在冀東油田高A井的應(yīng)用情況為例進(jìn)行介紹。

3.1 應(yīng)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(jīng)研究決定采取不動(dòng)管柱水力噴射分段壓裂工藝進(jìn)行4段分壓改造，優(yōu)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(nèi)下入不動(dòng)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(jié)+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(yōu)化設(shè)計(jì)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(bǔ)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(guò)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(jìn)行第1段噴砂射孔壓裂施工。第1段壓裂完后，通過(guò)投球器向油管內(nèi)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(kāi)壓力19 MPa，顯示明顯。然后按照泵注程序進(jìn)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(gè)施工過(guò)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(kāi)壓力顯示明顯，3個(gè)滑套水力噴射器滑套打開(kāi)壓力依次為19、18、16 MPa，噴砂射孔、加砂壓裂曲線平穩(wěn)，證明該滑套噴射器可以滿足多段壓裂施工的要求。

4 結(jié)論

1) 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用結(jié)果表明，新型滑套水力噴射器采用剪釘內(nèi)置的方式，打開(kāi)壓力穩(wěn)定，滑套開(kāi)啟壓力顯示明顯。

2) 新型滑套水力噴射器采用開(kāi)口環(huán)式鎖緊機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了滑套打開(kāi)后逆向鎖緊，可避免內(nèi)滑套上行封堵噴砂口，影響排液以及后續(xù)生產(chǎn)。

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

4) 建議加大新型滑套水力噴射器的推廣應(yīng)用，以便解決常規(guī)滑套噴射器存在的問(wèn)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(xiàng)目：渤海鉆探工程公司科技項(xiàng)目“不動(dòng)管柱水力噴射分段壓裂技術(shù)研究” 部分內(nèi)容(2014Y17K)

周后俊(1982-)，男，工程師，碩士，2009年畢業(yè)于長(zhǎng)江大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)及理論專業(yè)，現(xiàn)從事完井、增產(chǎn)措施類工具的研發(fā)工作，E-mail：99505513@qq.com。

TE934.203

B

10.3969/j.issn.1001-3482.2017.01.011