２０１０年９月 石油地质与工程 ＰＥＴＲＯＬＥＵＭ ＧＥＯＬＯＧＹ ＡＮＤ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ 第２４卷 第５期
文章编号：１６７３—８２１７（２０１０）０５—００９８—０３
大庆外围油田斜直井分层
压裂工艺研究与应用
胡俊卿
（中国石油大庆油田有限责任公司采油工程研究院，黑龙江大庆１６３４５３）
摘要：常规斜直井压裂管柱在现场施工中出现一些问题，诸如封隔器承压指标低、井下工具滑脱、导压喷砂封隔器 及安全接内壁磨蚀严重等。通过研究，改进了封隔器胶筒，研制出了新型反洗井封隔器、导压喷砂封隔器和安全接 头。改进后工具现场实际应用效果良好，为大庆外围油田增储上产提供了技术支撑。 关键词：斜直井管柱；分层压裂；封隔器；安全接头 中图分号：ＴＥ３５７ 文献标识码：Ａ
大庆油田为解决大庆外围地区低洼地多、油层
埋藏浅、钻大位移定向井难度大等问题，钻了一些斜
直井。为高效开发斜直井，科研人员经过潜心研究
和不断完善，形成了配套的斜直井分层压裂工艺技
术ｌ＿１］，并于１９９５年３月在大庆油田第一口压裂的斜
直井一翻１２８一斜６Ｏ井成功实施。至２００５年底，
该技术在大庆外围、中石化东北局应用近３００口井，
工艺成功成功率达９５ 。
随着新探明区块的井深和改造规模逐渐增加， ２００６年、２００７年在现场应用中发现，常规斜直井压
裂管柱出现了不适应现场施工要求的情况：不断出 现５０ ＭＰａ以上高压异常层位，封隔器胶筒被磨损、 撕裂，管柱失效；出现压异常层位，或者是压裂过程 中砂堵造成瞬间压力上升，工具滑脱；最大加砂量只
有２５ ｍ。，喷砂口焊缝和安全接头内壁刺损严重等 问题。本文就是针对这些实际情况，通过攻关封隔 器胶筒，提高封隔器承压指标；改进封隔器结构，增 加抗滑脱强度；研制新型导压喷砂封隔器、安全接
头，提高耐磨性能，增加加砂量等措施，研究出一套 适于大庆外围斜直井压裂完井的分层压裂工艺。
１ 管柱结构及工艺原理
１．１管柱结构 管柱结构由安全接头、水力锚、Ｋ３４４—１１６反洗 井封隔器、Ｋ３４４—１１６导压喷砂封隔器和死堵组成
（见图１）。该管柱适于井深２ ５００ ｍ以内，井温度 ９０℃，工作压差６０ ＭＰａ，大井斜角（５５。以内），加砂 量５０ ＩＴＩ。条件下的油层压裂改造。 图１管柱结构示意图 １一安全接头；２一水力锚；３一反洗井封隔器；４一导压喷 砂封隔器；５一死堵
１．２工艺原理 压裂时，一定流速的高压液体经过导压喷砂封
隔器内的节流嘴形成压降，在管柱内外造成节流压 差，使上下封隔器坐封，隔离目的层，对该层进行压 裂。压裂完停泵，管柱内外无压差，上下封隔器自动 解封即可上提管柱进行另一层段的压裂。正常压裂
时，反洗井封隔器在油管压力作用下始终封闭反洗 井通道，如果压裂要使胶筒迅速回收，预防砂卡或已
经砂卡，需要解堵时，可进行反洗井，即从套管打压，
收稿日期：２０１０—０５—１２ 作者简介；胡俊卿，１９８４年生，２００６年毕业于中国石油大学石油 工程专业，现从事油水井增产改造工作。
胡俊卿．大庆外围油田斜直井分层压裂工艺研究与应用 ・９９・
开启洗井凡尔，通过反洗井通道彻底清除卡段内油
套环形空间和油管内的砂子，从而预防或解除砂卡。
２配套工具的研究及室内试验
２．１ 封隔器胶简的研制 胶筒外径１１０ ｍｍ，采用过氧化物硫化的特种
氟橡胶、纳米共混技术，使胶筒内部受力均匀，避免 受力产生大的裂纹 ２ ；胶筒布线采取钢丝连线和尼 龙连线加强设计，提高承压性能口 ；研制无痕模具，
消除局部应力集中；胶筒肩部采用特种橡胶，提高韧 性，并且改进钢丝固定工艺，缩小压环间隙；改进胶 料配方，提高耐温性能，降低残余变形 ］。
封隔器胶筒油浸试验：胶筒指标由７０℃、５０ ＭＰａ提高到９０℃、６０ ＭＰａ，残余变形由２Ｏ％降低 至３．１ （见表１），满足了大庆外围葡萄花油层和部 分扶余油层压裂需要。 表１ ９１１０ ｉｎｌｉｌ胶筒油浸试验结果
２．２改进反洗井封隔器结构 为提高封隔器承压密封性能，选用高强度材料
钢碗，钢碗外径１１６ ｍｍ大于胶筒外径１１０ ｍｍ，确 保胶筒承压变形后仍可受到钢碗保护，预防动管柱 时刮胶筒，提高使用寿命；胶筒进液改在中心管上， 中心管两端扣型由油管扣改为平式扣，并用销钉固 定，使整体封隔器抗拉强度大大增强。
根据总体技术要求，对新型Ｋ３４４—１１６反洗井 封隔器进行强度试验。将组装好的封隔器放人内径
１２４ ｍｍ套管内，试内压６０ ＭＰａ，稳压１０ ｍｉｎ，各 部位无渗漏，钢体无变形，达到设计要求。 ２．３研制新型导压喷砂封隔器 导压主体导压通道的改进：一是增加内管壁厚， 开展喷砂器过流、过砂理论磨蚀研究＿５］，进一步优化
喷砂器结构，将原设计在内管上的导压槽改在外钢
体上，内管壁厚增加１７ ，提高耐磨性能；二是添加 合金内衬套 ］，提高耐磨性能；三是采用刷涂修复工 艺 －ｓ］，提高喷砂器焊口耐磨性能。 该封隔器集喷砂器、封隔器功能于一体，既能保
证喷砂口喷砂又能保证封隔器密封油套环空。与常 规工具相比大大缩短卡段内环形空间反循环死区的 长度，减小上提管柱的负荷，可实现大卡距安全压 裂。 ２．４研制新型安全接头 在解卡工艺设计上，设计＋１ｏ８ ｍｍ投球液压脱
卡接头 ，为后续解卡、打捞留有通道；如管柱无法 解卡，可在井口投球，地面打压脱开安全接头，将安 全接头以上管柱起出，利用大修工艺处理井下管柱； 同时为适应大砂量要求，通过结构优化及增加防磨
接头，使其内径和油管接近，减小直径变化，降低液 体流速，减少磨损。 安全接头承压及丢手试验：做了安全接头剪断
销钉剪断压力、滑套脱开时上提力、安全接头抗拉强 度的试验（见表２）。从试验情况看，安全接头丢手
顺利，上提力小，剪断销钉剪断压力及强度均达到设 计要求，安全接头抗拉力大于油管抗拉力。 表２安全接头性能试验
２．５整体工艺管柱地面模拟试验 将封隔器和导压喷砂器组合起来，胶筒部位套 上套管，水平放置在套管内，进行整体管柱坐封性能
试验（见表３）。从试验情况看，上下封隔器在５ ＭＰａ、０．６ ｍ。／ｍｉｎ排量、水平状态下就完全坐封，坐
封压力低，实际上压裂管柱下在井斜角小于５５。，满
足现场使用要求。 表３整体工艺管柱地面坐封试验
压力／ＭＰａ 排量／（ｍ３・ｍｉｎ ）上下封隔器坐封情况
３现场试验效果分析
截止到２０１０年３月，在大庆外围油田共完成 ４６口井７４井次分段压裂现场试验，最高施工压力 ６１ ＭＰａ，最高井温９２℃，一趟管柱最多压裂４段， 单趟管柱最大加砂５３ ｍ。，工艺成功率９８．６ 。
３．１ 压裂管柱能够满足井深、高压的压裂施工 以敖双２７２一斜６３井为例。深度：２ ４１２．２～２
４８５．０ ｍ，井温９２℃，施工时两次砂堵，瞬间压力达 ・１００・ 石油地质与工程 ２０１０年第５期
到６１ ＭＰａ，工具没有出现胶筒撕裂、中心管滑脱等
问题，表明该工艺技术能够满足高压情况下的油层 压裂改造。 ３．２管柱实现了安全施工 敖２５８一斜８２井压裂５段，分２趟管柱施工，
第二趟压完后，由于套管变形，起出两根油管后遇 卡。最后投球憋压从安全接头丢手，起出安全接头 以上油管。经过打捞、磨铣等大修工艺措施起出遇 卡管柱，实现了安全施工。
３．３ 管柱实现了大砂量压裂施工 采用新设计的导压喷砂封隔器器，进行了大砂 量试验，加砂４５ ｍ。以上４口井（见表４），最大加砂 量５３ ｍ。，安全接头、喷砂口内部磨损较少，实现了
大砂量安全施工。 表４加砂４５ ｍ 以上井试验统计
４ 结论
（１）斜直井分层压裂工艺管柱能够满足温度９０
℃、压差６０ ＭＰａ、大井斜角（５５。以内），一趟管柱可 实现３—４个层段分段压裂，满足大砂量压裂要求。 （２）工艺管柱设计具有完善的防砂卡、解卡措 施，具有针对性强、效率高、安全可靠的特点。
（３）该技术的研制成功为大庆外围油田斜直井 的经济、有效开发提供了技术保障，为深层斜直井的 压裂改造打下了坚实基础。
参考文献
［１］
［２］
［３］ Ｅ４３
Ｅ５３
Ｅ６３
［７１
［８］
李平，赵恩远，谢建华．斜直井分层压裂管柱的研制与 ［９］
应用［Ｊ］．大庆石油地质与开发，１９９７，１６（３）：５９—６１ 高金榜．油井封隔器厚壁胶筒的模具结构和硫化工艺 ＥＪ］．橡胶工业，２０００，４７（１２）：７３０—７３３ 张系斌，王越支，夏宏南，等．压差作用下封隔器胶筒与 井壁间的剪应力分析［Ｊ］．石油机械，２０００，２８（６）：４７ ４８ 王海兰，辜利江，刘清友．井下封隔器胶筒橡胶材料力 学性能试验研究ＥＪ］．石油矿场机械，２００６，３５（３）：５７— ５９ 赵田臣，樊云昌，付华，等．砂浆冲蚀磨损特性研究 ［Ｊ］．润滑与密封，２００３，（２）：５８—５９ 贺广纯，彭会霄，吕玉东，等．高强度粉末冶金烧结耐磨 合金衬套的研制［Ｊ］．河北冶金，１９９９，（６）：１５—１８ 秦颢，杨中元，李学锋，等．喷涂层与喷熔层硬度和冲蚀 磨损性能的比较［Ｊ］．表面技术，２００３，３２（１）：６６—６８ 储训．水泵抗泥沙磨损、抗汽蚀合金粉末喷焊的材料及 工艺［Ｊ］．水利技术，】９９５，（５）：１６ ２２ 赵晓波．液压滑套式安全接头［Ｊ］．石油机械，２００３，３１ （１１）１３７—３８
编辑：李金华