一次坐压双平衡定位压裂工艺管柱设计与应用

（大庆油田第六采油厂工艺研究所，黑龙江 大庆  163000）

摘  要：大庆油田历经六十多年的开发，迈入了特高含水期开发阶段，剩余油呈现“整体高度零散，局部相对富集”的分布特征。纵向上剩余油残留于各韵律段顶部错分布，压裂挖潜难度越来越大。常规压裂工艺管柱受夹层、存在管柱趟数多、施工成本高等问题，无法满足压裂精细卡分的需求。鉴于以上原因，开发了一次坐压双平衡定位压裂工艺。通过配套研制两种型号平衡工具，并组配压裂用长胶筒封隔器，形成三类共12种工艺管柱，为长垣水驱厚油层精准挖潜提供一条可行性思路。

关键词：精细卡分；双平衡；工艺管柱

前 言

据统计，喇嘛甸油田水驱油井约有89%已经历过压裂改造。重复压裂井比例逐年升高，纵向上可选择的压裂油层减少。剩余油存在“整体高度零散，局部相对富集”的现状。密集发育的结构界面导致挖潜难度大，施工管柱趟数多，特别是薄隔层定位平衡的压裂井存在施工难度大、费用高、定位不精细的缺陷。鉴于以上原因，开发了一次坐压双平衡定位压裂工艺，在适应地层剩余油分布韵律复杂的前提下，满足各种韵律厚油层内的剩余油挖潜，以及多段厚油层两段平衡管柱的施工需求。

1 研制平衡工具

1.1 用途

本工艺中需要用到的三个主要工具分别为平衡器、平衡喷砂器和滑套喷砂器。平衡器是用于上平衡压裂管柱中，保护平衡层进液不进砂的平衡工具；平衡喷砂器则是保证压裂层进砂，平衡层只进液的平衡工具；滑套喷砂器是用于常规压裂管柱中，沟通油套，进液进砂的常规工具。通过配合压裂封隔器和长胶筒封隔器，可组合成不同的管柱串，达到一次坐压双平衡压裂的施工目的。

1.2 对应型号及钢球大小

平衡器和滑套喷砂器均为单级滑套，均有七种尺寸，满足双平衡定位压裂施工需求。滑套尺寸与钢球尺寸对比如下表1。

表1  平衡器/滑套喷砂器的尺寸对比表

平衡喷砂器共六种尺寸，其中四种为两级滑套，另外两种只用于最下层下平衡压裂的平衡喷砂器为一级滑套，滑套与钢球尺寸对比如下表2。

表2  平衡喷砂器的尺寸对比表

1.3 工作原理及使用方法

平衡器通过投球剪滑套打开平衡通道，即球落在分瓣滑套上，在压力作用下剪断销钉，分瓣滑套推动滑套整体下移，移动到最底端后，分瓣滑套正好对应主体滑套槽位置，在箍簧的作用下分瓣滑套弹开，钢球从中心孔穿过，打开中心通道。此时滑套0.2mm激光割缝位置正好对应主体出砂孔，激光割缝孔隙小于支撑剂粒径，起到防砂作用。

此时滑套孔对应主体喷砂孔可进行喷砂，再投入钢球落入滑套内封堵中心通道，可仅对本层进行喷砂作业。主体设有平衡通道，在滑套到位后通道打开，通过激光割缝滤过的压裂液经过平衡通道从第二枚钢球下方的进液孔返回油管内部，通过下一级滑套喷砂器进入平衡层，从而达到压裂层进砂又进液，平衡层只进液不进砂的效果。

2  设计工艺管柱

针对厚油层内具体的小层分布，对不同厚油层均有平衡需求或同一厚油层具有相同韵律的、同一厚油层具有正反韵律的、同一厚油层具有复杂韵律的三种情况设计对应管柱结构，以满足要求。

2.1 两段平衡管柱设计

针对不同厚油层均有平衡需求或同一厚油层具有相同韵律的情况，想达到精准压裂的目的，则需采用两段常规平衡管柱的组合。组合方式有以下4种：两段上平衡管柱组合；两段下平衡管柱组合；上部为上平衡，下部为下平衡；上部为下平衡，下部为上平衡。

这4种组合方式又均可分为最底部是平衡层或最底部为普通压裂层两种情况，最终设计出两段平衡管柱共8种。

2.2 两侧平衡管柱设计

针对同一厚油层具有正反韵律的情况，若想精准开发低水淹层，避免高含水层被压破，采用的管柱设计为由上至下依次是封隔器、平衡器、长胶筒封隔器、平衡喷砂器、长胶筒封隔器、滑套喷砂器、封隔器、丝堵。根据平衡层再管柱串中的位置，将两侧平衡压裂管柱分为2种，如图2。

2.3 中平衡管柱设计

针对复杂韵律厚油层，想避开结构界面遮挡强制开缝，需要对薄隔层上下分别进行压裂，采用的管柱设计为由上至下依次是封隔器、平衡喷砂器、平衡器、长胶筒封隔器、滑套喷砂器、封隔器、丝堵。根据平衡层再管柱串中的位置，将中平衡压裂管柱分为2种，如图3。

3 分析施工情况

3.1 方案设计优化

以某井为例，该井需改造四层，其中G和S层位为平衡压裂层。G为上平衡压裂层，上隔层厚度为0.5m，下隔层厚度为4.4m。S为下平衡压裂层，上部井段未射开，下隔层厚度0.4m。通过与井下地质结合方案后，决定采用上提施工并共用夹层的方法，降低了压裂施工后活动不开造成二次施工的风险。

 3.2 现场施工解析

该井于7月15日开始施工，7月17日进行压裂，共压裂四层，其中第二层为上平衡压裂，第四层为下平衡压裂。施工工序如下：

（1）压第一层；

（2）投φ32mm钢球，打开滑套喷砂器滑套，剪套压力28.2MPa，打预前置液；

（3）投φ35mm钢球，打开平衡器分瓣滑套，剪套压力35.4MPa，压第二层；

（4）投φ38mm钢球，打开滑套喷砂器滑套，压第三层；

（5）投φ41mm钢球，打开滑套喷砂器滑套，剪套压力32MPa，打预前置液；

（6）投φ44mm钢球，打开平衡喷砂器分瓣滑套，剪套压力打28.5MPa；

（7）投φ47mm钢球，堵住平衡喷砂器中心通道，压第四层。

由压裂曲线可以看到，平衡器和平衡喷砂器的分瓣滑套剪套显示十分明显，施工过程无其他异常，证明了工具及管柱的可靠性和安全性。

3.3 应用效果总结

一次坐压双平衡定位压裂工艺，对常规工艺进行了改进，将原本需要多趟压裂管柱施工的井，一次坐压完成施工，节约了成本和时间，达到了精细卡分精准挖潜的目的。2021年本工艺共应用13口井，累计节省作业费用110万元，减少躺井时间26d，少影响产油138t，具有较好的经济效益。

4  结论认识

（1）通过平衡工具及一次坐压双平衡定位压裂工艺管柱的设计，减少了施工成本，提高了挖潜效率，从而达到精准挖潜，降本增效的目的。

（2）通过现场施工的具体情况，为油田重复压裂井成本节约和精准挖潜提供了一条新的思路。

 参考文献

[1] 闫志远,张斌,吴永朝,白元彬,包陈义,唐马勇,李小岭.新型高温高压封隔器组合式胶筒结构设计及试验[J].石油矿场机械,2021,50(01):99-104.

[2] 刘永喜. 大庆油田薄差层压裂工艺技术研究[D].大庆石油大学,2006.

来源：化学工程与装备-官方网站-创刊于1972    2022年第11期  在线投稿  >>