水平井體積壓裂工藝共77張幻燈片

1、水平井體積壓裂工具國產(chǎn)化攻關(guān)進(jìn)展及下步規(guī)模應(yīng)用工作安排大慶油田采油工程研究院二一六年二月匯 報 內(nèi) 容一、連續(xù)油管水力噴射環(huán)空加砂壓裂工藝二、水力噴射油管加砂壓裂工藝三、復(fù)合橋塞壓裂工藝四、套管固井壓力平衡滑套分段壓裂工藝 近年來，大慶油田應(yīng)用水平井體積壓裂工藝，取得了致密油氣領(lǐng)域的突破，但國外工具及技術(shù)服務(wù)費(fèi)用高，制約了應(yīng)用規(guī)模和效益，為打破技術(shù)壟斷，實(shí)現(xiàn)降本增效、規(guī)模應(yīng)用目標(biāo)，開展了壓裂工具國產(chǎn)化研究，目前已初步完成并定型了4項水平井體積壓裂工藝安全接頭扶正器噴槍單流閥平衡閥Y211封隔器定位器導(dǎo)向頭第二代水力噴射環(huán)空加砂壓裂工藝管柱一、連續(xù)油管水力噴射環(huán)空加砂壓裂工藝國外從2019年開展

2、研究水力噴射壓裂技術(shù)，2019年由長慶油田引入國內(nèi)，2019年國內(nèi)由長慶為主組織攻關(guān)第一代水力噴射壓裂技術(shù)，不設(shè)置底部封隔器，利用“伯努利”效應(yīng)引起負(fù)壓差進(jìn)行分段壓裂，大慶井下同期引入大慶油田2009年第二代技術(shù)開始設(shè)置底部封隔器，大慶油田2019年直接參與二代技術(shù)的攻關(guān)第一代水力噴砂壓裂工藝管柱安全接頭水力噴槍篩管單流閥導(dǎo)向頭扶正器一、連續(xù)油管水力噴射環(huán)空加砂壓裂工藝 前期開展加底部封隔器的油管噴砂壓裂工藝研究，受當(dāng)時國內(nèi)連續(xù)油管應(yīng)用少，常規(guī)井口動密封裝置不配套限制，底部封隔器采用擴(kuò)張式液壓封隔器，逐層上提油管實(shí)現(xiàn)多段壓裂。現(xiàn)場應(yīng)用6口井，最高施工壓力60MPa，排量3.6m3/min，加砂

3、量168m3，單趟管柱壓裂9段安全接頭水力噴槍水力錨扶正器K344封隔器擴(kuò)張式底封（液壓坐封）噴砂壓裂工藝管柱 通過對現(xiàn)場試驗情況總結(jié)分析，且結(jié)合國內(nèi)應(yīng)用經(jīng)驗，已經(jīng)形成一套適應(yīng)大慶油田的優(yōu)化設(shè)計、現(xiàn)場控制、風(fēng)險預(yù)案等配套的規(guī)范關(guān)鍵技術(shù)1：耐溫120、承壓70MPa小直徑擴(kuò)張式封隔器優(yōu)化膠料配方及制作工藝，提高抗拉強(qiáng)度和延伸率，增強(qiáng)了抗疲勞性膠筒采用尼龍+鋼絲簾線結(jié)構(gòu)，設(shè)計肩部保護(hù)機(jī)構(gòu)和可移動鋼碗，提高承壓性能，降低殘余變形 擴(kuò)張式底封水力噴射壓裂工藝關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)2：內(nèi)嵌整體式噴槍設(shè)計整體式結(jié)構(gòu)噴嘴，內(nèi)嵌至本體中，提高耐返濺磨蝕性能噴嘴采用合金材質(zhì)，噴槍本體噴涂耐磨涂層，提高耐磨性能設(shè)計最大

4、加砂量300m3，現(xiàn)場成功驗證指標(biāo)168m3，余地較大關(guān)鍵技術(shù)3：噴砂壓裂優(yōu)化、控制方法、操作規(guī)程及風(fēng)險預(yù)案優(yōu)化排量、磨料濃度等六項施工參數(shù)，實(shí)現(xiàn)有效射孔優(yōu)化射速、環(huán)空壓力等施工參數(shù)，實(shí)現(xiàn)儲層有效改造 現(xiàn)場試驗表明，擴(kuò)張式底封環(huán)空壓裂工藝在埋藏深度淺、儲層物性較好、施工壓力較低（30MPa以內(nèi)）的肇州、敖南葡萄花水平井適應(yīng)性強(qiáng)；對于古龍南等高壓力儲層（大于40MPa）的水平井不適應(yīng) “十二五”隨著連續(xù)油管規(guī)模應(yīng)用，在八廠、九廠開展了擴(kuò)張式底封環(huán)空加砂壓裂探索試驗，評價工藝適用性擴(kuò)張式底封環(huán)空加砂壓裂現(xiàn)場試驗井?dāng)?shù)統(tǒng)計壓縮式底封環(huán)空加砂壓裂工藝關(guān)鍵技術(shù)1：機(jī)械式封隔器重復(fù)坐封、解封、錨定技術(shù)利用有

5、限元軟件模擬分析了低坐封力膠筒密封承壓機(jī)理，設(shè)計了復(fù)合式密封膠筒優(yōu)化膠料配方，設(shè)計端部保護(hù)機(jī)構(gòu)，提高膠筒重復(fù)密封、承壓性能 目前連續(xù)油管可以實(shí)現(xiàn)高壓動密封，機(jī)械位移動作可以實(shí)現(xiàn)，底部封隔技術(shù)升級后，可實(shí)現(xiàn)與國際技術(shù)同步（1）連續(xù)油管下壓負(fù)荷僅為普通油管20%-30%，為保證封隔器密封承壓性能，研發(fā)了低坐封力、承高壓壓縮式膠筒復(fù)合密封膠筒模擬分析圖室內(nèi)耐溫、坐封、承壓、疲勞試驗 選取3批次6只膠筒進(jìn)行了油浸試驗，達(dá)到了20kN坐封力下承壓70MPa，耐溫120指標(biāo)，膠筒最大殘余變形4.6%，滿足現(xiàn)場施工需要承壓試驗曲線 膠筒試驗后 膠筒室內(nèi)耐溫、承壓、疲勞試驗數(shù)據(jù)表優(yōu)選高強(qiáng)度合金鋼，采用滲碳、激

6、光處理等特殊工藝，提高錨定、承壓性能（2）研制了承高壓、高強(qiáng)度，可多次重復(fù)錨定卡瓦通過軟件模擬，結(jié)合室內(nèi)試驗優(yōu)化卡瓦結(jié)構(gòu)，改善受力狀態(tài)，減少應(yīng)力集中，提高卡瓦回收性能常規(guī)卡瓦材質(zhì)和合金鋼材質(zhì)性能對比卡瓦受力模擬分析圖卡瓦性能試驗數(shù)據(jù)表卡瓦試驗后 選取3批次6套卡瓦進(jìn)行了室內(nèi)試驗，承壓70MPa，錨定力850KN，疲勞10次，卡瓦牙最大磨損量0.32mm，滿足現(xiàn)場施工需要古693-108-平102壓裂8段后卡瓦室內(nèi)錨定、承壓、疲勞試驗攜砂液注入試驗套管試驗后封隔器室內(nèi)防砂試驗：將30%砂比的壓裂液注入試驗套管中，反復(fù)3次，封隔器坐封、解封順利，承壓時無滲漏，無位移工具核心部件設(shè)計排砂通道，防止沉

7、砂堆積，降低砂卡風(fēng)險（3）設(shè)計防砂結(jié)構(gòu)，提高坐封、解封可靠性坐封承壓試驗防油砂極限試驗：將原油與石英砂混合后灌入封隔器內(nèi)部，反復(fù)5次換向無遇阻現(xiàn)象，坐封、解封順利灌滿油砂后的Y211封隔器換向后的Y211封隔器及中心管 臺40-平12老井試驗中，暴露出膏狀油砂混合物卡死換向機(jī)構(gòu)，導(dǎo)致封隔器不坐封問題，通過進(jìn)一步優(yōu)化結(jié)構(gòu)，排砂面積達(dá)到4500mm2，是原結(jié)構(gòu)4倍，提高了防砂性能排砂孔中心管防砂槽優(yōu)化后工具結(jié)構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)2:機(jī)械式換軌技術(shù)，實(shí)現(xiàn)封隔器坐封、解封軌道換向 換軌機(jī)構(gòu)由換向軌道、換向環(huán)和軌道銷釘組成，通過換向環(huán)在長短軌道間的移動，改變坐封、解封狀態(tài)換向環(huán)和軌道銷釘換向軌道 室內(nèi)試驗，反復(fù)換

8、向60次，成功率100%，軌道銷釘磨損0.02mm，滿足現(xiàn)場需要坐封軌道解封軌道試驗后中心管軌道和換向環(huán)封隔器換軌機(jī)構(gòu)壓裂管柱整體室內(nèi)模擬井穩(wěn)定性能檢驗 隨機(jī)抽取2批次加工的新型Y211封隔器、平衡閥等工具，組成2趟管柱，在試驗井進(jìn)行壓裂管柱整體性試驗，錨定、坐封、解封成功率100%1#井試驗照片 4#井試驗照片試驗井模擬試驗數(shù)據(jù)表 應(yīng)用壓縮式底封環(huán)空加砂壓裂工藝現(xiàn)場試驗6口井，單趟管柱壓裂8段，最大排量6m3/min，最高壓力50MPa，最大加砂規(guī)模195m3 ，一天最多壓裂5段現(xiàn)場試驗情況及工藝性能初步評價連續(xù)油管水力噴射環(huán)空加砂壓裂施工參數(shù)統(tǒng)計現(xiàn)場試驗情況 通過對4口試驗井壓裂后工具拆解

9、分析評價，封隔器、平衡閥等工具換向靈活，噴槍僅本體有磨蝕，室內(nèi)又進(jìn)行了坐封、承壓、錨定、解封檢驗，性能指標(biāo)仍滿足繼續(xù)施工需要 壓前新型Y211封隔器 壓后新型Y211封隔器 壓前平衡閥 壓后平衡閥 壓前噴槍 壓后噴槍壓后工具檢驗及性能測試核心工具零件檢驗及測試統(tǒng)計4口井24片卡瓦，壓后第一卡瓦牙平均磨損0.45mm，其余卡瓦牙無磨損4口井封隔器膠筒壓后無破損，膠筒下端部變形最大，最大殘余變形率4.51%古693-108-平102壓裂8段卡瓦古693-108-平102壓裂8段膠筒壓裂施工后核心部件拆解檢驗情況封隔器排砂結(jié)構(gòu)可有效排砂，軌道中僅有少量存砂，封隔器換向靈活，無卡阻內(nèi)嵌式噴槍本體有磨蝕

10、，噴孔平均擴(kuò)徑率0.24%，仍滿足噴砂射孔需要古693-92-平108壓后中心管古693-92-平108壓后噴槍室內(nèi)試驗表明，性能指標(biāo)仍滿足繼續(xù)施工需要設(shè)計指標(biāo)：耐溫120、承壓70MPa指標(biāo)，施工排量設(shè)計8m3/min，單趟管柱壓裂10段現(xiàn)場成功驗證指標(biāo)：最高耐溫90、最高承壓50MPa，最大排量6m3/min，單趟管柱壓裂8段，單個工作日（8小時）完成5段（主要受其它協(xié)同工作條件限制），完成設(shè)計指標(biāo)余地較大工藝管柱性能初步評價新型Y211封隔器 內(nèi)嵌式噴槍平衡閥導(dǎo)流扶正器彈性扶正器目前，新型Y211底封水力噴射環(huán)空加砂壓裂工藝已基本定型安全接頭導(dǎo)向頭扶正器噴槍 單流閥 平衡閥 Y211封隔

11、器 定位器 彈性扶正器 同國內(nèi)外技術(shù)對標(biāo)與國外公司工藝管柱結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品性能指標(biāo)相同，成本降低67%（5段計算），但現(xiàn)場試驗井?dāng)?shù)少安全接頭扶正器噴槍球座平衡閥Y211封隔器定位器導(dǎo)向頭扶正器安全接頭噴槍平衡閥Y211封隔器定位器引鞋球座NCS公司工藝管柱杰瑞公司工藝管柱大慶油田自主研發(fā)工藝管柱同國內(nèi)外技術(shù)對標(biāo)國內(nèi)外水力噴射環(huán)空加砂工藝技術(shù)水平對比與國內(nèi)產(chǎn)品相比，完全實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，擁有自主知識產(chǎn)權(quán)，川慶等公司產(chǎn)品核心部件仍需進(jìn)口采油院（10萬元/趟）川慶（本體國產(chǎn)，膠筒進(jìn)口，2萬元/只）4、下步規(guī)模應(yīng)用工作安排（1）繼續(xù)開展試驗，認(rèn)真總結(jié)分析試驗數(shù)據(jù)，不斷改進(jìn)完善工具，固化工藝工具設(shè)計技術(shù)指標(biāo)還未得到

12、充分驗證，需進(jìn)一步試驗，標(biāo)定出工具串額定指標(biāo)（耐溫120、承壓70MPa指標(biāo)，排量8m3/min，單趟管柱壓裂10段）對壓后工具繼續(xù)進(jìn)行檢驗和測試，收集數(shù)據(jù)，優(yōu)化完善工具結(jié)構(gòu)，保證穩(wěn)定性根據(jù)施工規(guī)模、段數(shù)和時間，結(jié)合工具測試分析數(shù)據(jù)，固化不同施工階段安全施工參數(shù)（包括拉力、坐封力和射孔排量等）施工工序及規(guī)范表（2）固化施工規(guī)范和風(fēng)險預(yù)案，通過擴(kuò)大現(xiàn)場應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)條款現(xiàn)場應(yīng)用的全覆蓋驗證，提高針對性和有效性（3）確定出工具加工工藝和標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量穩(wěn)定批量生產(chǎn)，并進(jìn)一步降低成本工藝管柱由8套工具構(gòu)成，涉及加工零件117個，核心零部件11個，特殊處理工藝6種，目前由3個廠家加工下一步固化加工工藝要求，

13、保證加工質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，將成本降低50%，即5萬元/趟國內(nèi)外連續(xù)油管環(huán)空加砂壓裂工藝管柱成本價格對比6.650%7.821NCS杰瑞采油院（目標(biāo)）采油院（目前）333910550%單段工具成本（按5段折算）單井工具成本（按5段計算）加工步驟：圖紙設(shè)計審批、加工圖紙交底、加工工藝制定和論證、備料、樣機(jī)加工、工件室內(nèi)指標(biāo)檢驗（如果是初次加工）、組裝驗收加工組裝周期：60天，審批+交底、工藝制定、試驗加工、檢驗+加工+組裝驗收目前有3套全新檢驗合格工具串，滿足3口井施工需要加工步驟：加工圖紙交底、加工工藝制定和論證、備料、實(shí)驗加工、工件的甲方室內(nèi)指標(biāo)檢驗（如果是初次加工）、批量加工、組裝驗收加工

14、組裝周期（20套）：60天，審批+交底、工藝制定、批量備料+加工+組裝驗收研制階段單套工具加工步驟及周期批量工具加工步驟及周期（4）建立壓裂工具加工、組裝和檢驗規(guī)程，應(yīng)用專用設(shè)備檢查關(guān)鍵零件，保證工具可靠性加工精度檢驗：按圖紙要求測量機(jī)械零件尺寸公差關(guān)鍵部件檢驗：膠筒油浸試驗、卡瓦錨定試驗、中心管承高壓試驗組裝成品檢驗：每件成品進(jìn)行15MPa常規(guī)檢驗，抽取5%進(jìn)行耐溫、承壓和疲勞極限試驗?zāi)z筒高溫高壓油浸檢測設(shè)備卡瓦錨定力檢測設(shè)備工具室內(nèi)高壓試驗平臺（5）加強(qiáng)同施工方（連續(xù)油管隊和壓裂隊）溝通磨合，保障各工序有序銜接，提高施工效率按照設(shè)計做好施工前的人員、設(shè)備準(zhǔn)備工作，并逐一對照檢查，掌握人員設(shè)

15、備能力水平嚴(yán)格按照設(shè)計要求，完成地面管匯、井口和工藝管柱拉力、驗封等測試試驗做好技術(shù)交底，明確施工關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和應(yīng)急預(yù)案實(shí)施方式（6）加強(qiáng)人員培訓(xùn)，滿足規(guī)模應(yīng)用現(xiàn)場施工指導(dǎo)需要組 長：張永平副組長：李 琳許國文李博睿一 組二 組馬梓涵張宏巖程木林張春輝現(xiàn)場施工指導(dǎo)小組現(xiàn)場組織監(jiān)督壓裂施工指揮連續(xù)油管操作指揮工作總協(xié)調(diào) 現(xiàn)場總協(xié)調(diào) 環(huán)空加砂壓裂涉及施工單位、工序較多，目前單井壓裂需配置3人指導(dǎo)施工，按照項目組現(xiàn)有人員安排，僅能滿足2口井同時施工需要，下一步加強(qiáng)培訓(xùn)，滿足規(guī)模應(yīng)用需要（7）規(guī)模應(yīng)用需要領(lǐng)導(dǎo)解決的問題簡化核心零件加工審批程序 噴槍噴嘴及新型Y211封隔器卡瓦采用高強(qiáng)度材料、特殊加工和熱處

16、理工藝制造，經(jīng)前期調(diào)研、咨詢，油田內(nèi)部企業(yè)不具備相應(yīng)加工能力，目前委托加工廠家為非油田加工備案企業(yè)，辦理加工審批程序繁瑣，周期長購買連續(xù)油管安全下入、受力壓力軟件 國外連續(xù)油管環(huán)空加砂壓裂必備軟件，主要用于計算不同井深、壓力、井眼軌跡條件下連續(xù)油管彎曲、受力狀態(tài)，優(yōu)化施工參數(shù)，指導(dǎo)連續(xù)油管安全高效施工二、水力噴射油管加砂分段壓裂工藝 射孔壓裂一體化，無須機(jī)械封隔，適用于老井重復(fù)壓裂、部分井筒不完整井、固井質(zhì)量差等復(fù)雜井況壓裂改造安全接頭扶正器單流閥水力噴射油管加砂分段壓裂工藝噴槍 射孔和壓裂加砂都經(jīng)噴槍進(jìn)入地層，噴嘴耐磨性能和噴槍本體耐返濺性能是該工藝技術(shù)關(guān)鍵噴槍單孔射流反濺模擬圖反濺區(qū)域50

17、-60mm國內(nèi)外噴槍性能對比國產(chǎn)內(nèi)嵌式整體噴槍（加砂168m3，噴嘴擴(kuò)徑率6.7%，按磨蝕公式計算還可加砂150m3）哈里伯頓內(nèi)嵌式整體噴槍（龍平2井加砂400m3前后對比） 自主研發(fā)噴槍的孔徑、相位角等結(jié)構(gòu)優(yōu)化水平與國外相當(dāng)，差距主要在材料耐磨性，需繼續(xù)優(yōu)選材質(zhì)（航空用、軍用）提高加砂規(guī)模國內(nèi)外噴性能槍對比表水力噴砂壓裂原理井身結(jié)構(gòu)不完善井水力噴砂壓裂工藝Bernoulli 理論:其中為流速系數(shù)，流線性噴嘴 =0.98Pn為噴嘴壓力降即泵壓與除噴嘴以外的整個循環(huán)系統(tǒng)的壓力損失之差，Pa；An 、A為噴嘴面積及噴射面積，m2沖擊力壓力 Bernoulli方程 水力噴砂壓裂依靠伯努利原理創(chuàng)造負(fù)壓

18、效應(yīng)，引導(dǎo)液體僅流向噴射位置，造縫、填砂，實(shí)現(xiàn)儲層改造射流速度達(dá)到 220m/s 時可實(shí)現(xiàn)7.5MPa壓差動態(tài)封隔效應(yīng)環(huán)空補(bǔ)液：一是保持裂縫延伸壓力；二是降低反濺速度下步工作安排漏點(diǎn)（破裂壓力P2:41.5MPa）破裂壓力P1:41.5MPa 漏點(diǎn)處于水平段或接近水平段設(shè)計原理與原則 漏點(diǎn)在水平段或接近時設(shè)計排量應(yīng)保證漏點(diǎn)不破裂，同時有效改造目的層需遵循以下原則（以龍平2為例）：伯努利效應(yīng)產(chǎn)生負(fù)壓P射流沖擊壓力P3縫口壓力P4（1）施工時漏點(diǎn)處壓力P2 P1P4（龍平2井 P2 P1 =41.5MPa） （2）為保證目的層啟裂延伸，以環(huán)空處壓力41.5MPa，考慮油管摩阻、靜液柱、嘴損，確定油

19、管排量2.5-3.0m3/min，對應(yīng)地面壓力55.7-65.7MPa（3）環(huán)空排量的確定需保證漏點(diǎn)不被壓開，依據(jù)漏失測試確定（初步設(shè)計環(huán)空排量按照無漏失計算排量1.4-1.8m3/min，地面壓力27.8-29.6MPa）龍平2井水力噴砂壓裂垂深2140m垂深2130m 動、靜態(tài)漏失相結(jié)合的診斷測試 在保證低于漏點(diǎn)壓力低于其破裂壓力條件下，通過小排量注入測試、診斷漏失速率，為壓力控制及環(huán)空排量調(diào)整提供依據(jù)根據(jù)漏點(diǎn)破裂壓力確定環(huán)空地面允許壓力P*動態(tài)診斷0.30.6m3/min注入壓裂液至環(huán)空壓力達(dá)到P*壓力降低1MPa時再次泵入，至環(huán)空達(dá)P*記錄時間計算診斷漏失速率靜態(tài)診斷無法達(dá)到P*漏失較

20、大漏失大于1m3/min小排量小級差升排量測試直至環(huán)空壓力達(dá)到P*根據(jù)不同排量下壓力變化確定動態(tài)漏失排量m3/min壓力MPa 目的層有效改造控制方法與施工參數(shù)調(diào)整 以測定漏失數(shù)據(jù)為依據(jù)，根據(jù)不同漏失情況實(shí)施不同控制方法，調(diào)整施工參數(shù)，防止漏點(diǎn)被壓開，有效改造目的層不同漏失速率處理控制方法 一趟管柱下2-3級噴槍，單級噴槍磨蝕嚴(yán)重時，投球打滑套啟用另一級噴槍，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模加砂壓裂，提高效率，降低成本開展一趟多槍工藝實(shí)現(xiàn)多段大規(guī)模加砂壓裂試驗多級滑套噴槍多級丟手安全接頭全保護(hù)防反濺噴槍，提高本體耐磨蝕性能單級噴槍理論上滿足加砂500m3需要，全井加砂1000-1500m3球座采用合金材質(zhì)提高耐磨性

21、，配套輕質(zhì)球，提高滑套開啟成功率一趟多槍壓裂工藝管柱圖安全接頭噴槍設(shè)計全保護(hù)防反濺噴槍，提高加砂規(guī)模為保證連接強(qiáng)度，內(nèi)嵌式噴槍本體采用合金結(jié)構(gòu)鋼，耐磨防反濺性能差，限制了加砂規(guī)模設(shè)計全保護(hù)結(jié)構(gòu)噴槍，內(nèi)外均采用合金耐磨材質(zhì)，提高本體防反濺能力全保護(hù)防反濺噴槍外部合金套內(nèi)部合金套合金噴嘴內(nèi)部襯套及噴嘴定位、防轉(zhuǎn)設(shè)計內(nèi)嵌式整體噴槍內(nèi)嵌式整體噴槍加砂100m3后照片通過技術(shù)攻關(guān)成功研制兩種速鉆橋塞，實(shí)現(xiàn)體積壓裂工藝關(guān)鍵工具的國產(chǎn)化速鉆橋塞各項參數(shù)表三、復(fù)合橋塞壓裂工藝1、攻關(guān)進(jìn)展情況鋁合金全復(fù)合三種橋塞性能對比三種橋塞均可鉆，但全復(fù)合、鋁合金兩種橋塞可實(shí)現(xiàn)快速鉆銑鋁合金橋塞具有通徑大、價格低、穩(wěn)定性好

22、的優(yōu)勢由于壓后壓力高，連續(xù)油管帶壓鉆塞費(fèi)用高(100萬/井)，鋁合金橋塞配套可溶球壓后可直接投產(chǎn)，二次措施時油管鉆塞費(fèi)用低(10萬/井)鋁合金橋塞原材料、加工工藝相對常規(guī)，易于油田內(nèi)部企業(yè)自主生產(chǎn) 密封模塊、錨定模塊、承壓模塊 將工具按功能劃分三個模塊，并進(jìn)行單獨(dú)試驗，各模塊結(jié)構(gòu)定型后，再開展工具整體檢驗，減少重復(fù)試驗，縮短設(shè)計、研發(fā)周期工具總體設(shè)計-采用模塊化設(shè)計方法中心管卡瓦導(dǎo)向頭錐體推環(huán)全復(fù)合速鉆橋塞：卡瓦基底、錐體采用聚酰亞胺+碳纖維，卡瓦牙采用特種陶瓷，以保證70MPa錨定性能中心管、推環(huán)、導(dǎo)向頭等優(yōu)選質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、模壓成型復(fù)合材料，保證強(qiáng)度，并降低成本鋁合金速鉆橋塞：卡瓦基底、錐

23、體采用航空鋁，卡瓦牙采用特種陶瓷，以保證70MPa錨定性能中心管、推環(huán)、導(dǎo)向頭等優(yōu)選質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、易加工成型鑄鋁，保證強(qiáng)度，并降低成本材料優(yōu)選-建立設(shè)計材料庫，快速有據(jù)選材1型應(yīng)變分布顯示2型應(yīng)變分布顯示關(guān)鍵部件設(shè)計及試驗-軟件輔助，試驗修正設(shè)計膠筒應(yīng)力分布2585 應(yīng)用Solidworks、ANSYS軟件，分析應(yīng)力、應(yīng)變等受力狀況，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計；通過室內(nèi)錨定、油浸試驗，檢驗卡瓦錨定性能、膠筒密封性能，并修正設(shè)計，最終達(dá)到設(shè)計指標(biāo)試驗加載100t曲線試驗后卡瓦膠筒承壓70MPa曲線試驗后膠筒膠筒卡瓦配套工具設(shè)計-通用、專用分開設(shè)計通用工具輕質(zhì)復(fù)合球及可溶金屬球：耐溫120、耐壓70MPa，可

24、溶球76h完全溶解火藥坐封配套丟手工具：實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定坐封、丟手專用工具四刃鉆頭：采用硬質(zhì)合金、大流道設(shè)計，實(shí)現(xiàn)全復(fù)合速鉆橋塞的快速磨銑六刃鉆頭：采用2種刀刃組合，實(shí)現(xiàn)鋁合金速鉆橋塞的高效切削配套丟手工具壓裂球六刃鉆頭四刃鉆頭全復(fù)合速鉆橋塞：整體坐封承壓試驗17組，地面火藥坐封試驗1次，達(dá)到承壓指標(biāo)70MPa開展室內(nèi)2級鉆銑試驗，單級橋塞平均鉆銑時間13min多級橋塞鉆銑試驗裝置及鉆頭60MPa71.2MPa50MPa全復(fù)合速鉆橋塞坐封后承壓曲線全復(fù)合速鉆橋塞高壓試驗全復(fù)合速鉆橋塞鉆屑整體承壓、鉆銑試驗確定承壓指標(biāo)、鉆銑時間鋁合金速鉆橋塞：整體坐封承壓試驗12組，地面火藥坐封試驗1次，達(dá)到承壓指標(biāo)7

25、0MPa開展室內(nèi)2級鉆銑試驗，單級橋塞平均鉆銑時間20min多級橋塞鉆銑試驗裝置及鉆頭30MPa50MPa70MPa80MPa橋塞電纜火藥坐封后承壓曲線鋁合金橋塞鉆屑橋塞地面火藥坐封試驗 截止目前，國產(chǎn)化速鉆橋塞現(xiàn)場試驗5口井13級橋塞，取得一定效果和經(jīng)驗，但也暴露出問題2、現(xiàn)場試驗及改進(jìn)完善試驗井?dāng)?shù)據(jù)表 前期試驗證明，速鉆橋塞承壓性能滿足現(xiàn)場需求，橋塞可實(shí)現(xiàn)快速鉆銑 古龍南-平25井：前四段施工正常，第五段由于火藥坐封器未點(diǎn)火，射孔震動、孔眼毛刺導(dǎo)致鋁合金橋塞上提過程中遇卡葡34-平1井：第1級下入時遇卡，原因是造斜段套管接箍處存在變徑點(diǎn)，導(dǎo)致全復(fù)合橋塞下入過程中遇卡現(xiàn)場試驗發(fā)生遇卡的2口井

26、存在共性問題：下入或起出過程中的磕碰、震動沖擊；反應(yīng)到橋塞工具上，表現(xiàn)出防坐封力設(shè)計低現(xiàn)場試驗暴露出國產(chǎn)化速鉆橋塞防磕碰性能弱的問題變徑點(diǎn)弧長30mm，高6mm，吊起角度模擬造斜段共測試6次，最終銷釘剪斷推環(huán)移動、箍環(huán)破碎遇卡推環(huán)上磕碰痕跡最嚴(yán)重，正反向均有，其受力最大 模擬實(shí)驗驗證：推環(huán)銷釘、箍環(huán)的剪斷力分別是影響橋塞磕碰性能的主、次因素推環(huán)室內(nèi)模擬井下磕碰試驗，驗證橋塞磕碰、沖擊影響關(guān)鍵因素總體改進(jìn)方案：推環(huán)銷釘剪斷力、箍環(huán)拉斷力大于工具串遇阻時動載荷及電纜頭弱點(diǎn)，并低于卡瓦錨定極限值根據(jù)現(xiàn)場及室內(nèi)模擬數(shù)據(jù)，針對橋塞防磕碰性能弱的問題，進(jìn)行改進(jìn)完善工具串組成圖電纜頭坐封器箍環(huán)射孔槍推環(huán)卡瓦

27、極限錨定室內(nèi)驗證：提高固定力到2.7-3-3.6t時，影響橋塞錨定密封性能，合理取值范圍2.5t推環(huán)改進(jìn)：推環(huán)銷釘由非金屬變金屬，剪斷力由1.2t提高到2.3t箍環(huán)改進(jìn)：箍環(huán)寬度2mm增到4.5mm，材質(zhì)由聚酰亞胺改為碳纖維，拉斷力由1.2t增到1.9t試驗驗證：改進(jìn)后未影響坐封丟手，整體承壓試驗3次，均達(dá)到70MPa銷釘固定黏膠固定箍環(huán)固定改進(jìn)后，工具防磕碰性能提升，待現(xiàn)場應(yīng)用檢驗3、技術(shù)對標(biāo)分析國內(nèi)外速鉆橋塞主要參數(shù)對比表速鉆橋塞技術(shù)指標(biāo)與國外水平相當(dāng)，應(yīng)用數(shù)量少，需擴(kuò)大應(yīng)用促進(jìn)技術(shù)成熟引進(jìn)橋塞規(guī)?；瘧?yīng)用后，成本不斷下降，國產(chǎn)化橋塞的價格優(yōu)勢逐漸變?nèi)豕ぞ邷?zhǔn)備：按“速鉆橋塞組裝檢測工藝規(guī)程”

28、 組裝、檢驗精細(xì)準(zhǔn)備，開展速鉆橋塞現(xiàn)場試驗及推廣應(yīng)用4、規(guī)模應(yīng)用技術(shù)保障制訂“速鉆橋塞組裝檢測工藝規(guī)程”，規(guī)范組裝、檢驗關(guān)鍵部件獨(dú)立檢驗：中心管耐壓試驗、卡瓦錨定試驗、膠筒油浸試驗、丟手銷釘剪斷試驗組裝成品檢驗：按設(shè)計要求測量各部位尺寸，抽檢進(jìn)行坐封丟手承壓試驗?zāi)壳肮灿?3套速鉆橋塞，可滿足3口井現(xiàn)場施工需求人員配備：加強(qiáng)人員培訓(xùn)，滿足規(guī)模應(yīng)用現(xiàn)場施工指導(dǎo)需要 速鉆橋塞壓裂涉及施工單位、工序較多，目前單井壓裂需配置3人指導(dǎo)施工，按照項目組現(xiàn)有人員安排，能滿足2口井同時施工需要，下一步加強(qiáng)培訓(xùn)，滿足規(guī)模應(yīng)用需要組 長：張玉廣副組長：李清忠林忠超孫江一 組二 組徐曉宇趙驪川劉云黃明現(xiàn)場施工指導(dǎo)小組

29、現(xiàn)場組織監(jiān)督泵送施工指揮橋塞與射孔聯(lián)作指揮工作總協(xié)調(diào) 現(xiàn)場總協(xié)調(diào)施工依據(jù)：多方合作提前溝通，保證設(shè)計質(zhì)量參照企標(biāo)“泵送電纜射孔與橋塞聯(lián)作施工標(biāo)準(zhǔn)”，結(jié)合實(shí)際工況完成“泵送電纜射孔與橋塞聯(lián)作施工設(shè)計”結(jié)合“xxx井壓裂設(shè)計指導(dǎo)書”做好施工準(zhǔn)備工作現(xiàn)場嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)計工序組織單位：油公司部室（開發(fā)部、評價部等）現(xiàn)場施工參與單位： 井下作業(yè)分公司 試油試采公司 采油工程研究院關(guān)鍵工序：對橋塞與射孔聯(lián)作施工影響大的工序需嚴(yán)格把控刮削通井工序，依據(jù)不同套管內(nèi)徑合理選擇通井規(guī)組合射孔后洗井工序，完全替洗減少殘留物現(xiàn)場工具串組裝工序，嚴(yán)格檢查火工品及導(dǎo)線通斷起吊工具串工序，起吊時注意防止磕碰沖擊，排除安全隱患工

30、具串示意橋塞與槍串下入、泵送施工控制：控制不同深度下入速度，摸清操作關(guān)鍵點(diǎn)在直井段中，工具串依靠自身重力下行，要求保持下放速度小于3000m/h在進(jìn)入造斜段前，控制工具串下放速度在2000m/h以內(nèi)，以利于緩慢起泵工具串到達(dá)造斜點(diǎn)之前50m時緩慢起泵，控制泵送速度在2000m/h以內(nèi)，并嚴(yán)格監(jiān)控電纜張力，防止對井下工具串產(chǎn)生劇烈沖擊當(dāng)工具串進(jìn)入水平段以后，要嚴(yán)格監(jiān)控電纜張力以及CCL數(shù)據(jù)，要求控制泵送速度小于2500m/h19小時溶解情況（60MPa下失封） 目前，完成可溶橋塞整體承壓、溶解失封室內(nèi)試驗，模擬實(shí)際地層溫度95，橋塞坐封后每隔6小時進(jìn)行一次承壓試驗，在第3次承壓試驗（溶解19小時

31、）時，承壓60MPa失封12小時溶解情況（承壓70MPa）第3次承壓曲線（溶解19小時）前2次承壓曲線（溶解6、12小時）6小時溶解情況（承壓70MPa）坐封承壓情況（承壓70MPa）開展可溶橋塞現(xiàn)場試驗，進(jìn)一步降低成本10天溶解情況25天溶解為粉末天數(shù)d溶解質(zhì)量kg/d可溶橋塞溶解規(guī)律曲線 將失封后的橋塞放入加熱箱內(nèi)繼續(xù)溶解，每隔24小時進(jìn)行一次殘留物稱重，確定全溶解時間為25天，繪制溶解曲線為現(xiàn)場試驗提供參考數(shù)據(jù)溶解過程中的中心管溶解過程中的錐體及卡瓦可溶橋塞室內(nèi)試驗性能指標(biāo)滿足現(xiàn)場試驗要求工具定型批量生產(chǎn)后，在2019年基礎(chǔ)上：全復(fù)合橋塞成本降低20%，達(dá)到1.73萬元/套鋁合金橋塞成本

32、降低25%，達(dá)到1.62萬元/套速鉆橋塞壓裂工藝服務(wù)價格與橋塞工具價格變化進(jìn)一步降低成本，工具成本再降低20%以上橋塞批量采購或加工周期長問題科研階段，國產(chǎn)化速鉆橋塞應(yīng)用數(shù)量少，與合作單位采取不招標(biāo)方式簽訂加工定作合同速鉆橋塞對加工材料、加工工藝和精度要求高，需要使用不可替代的高溫?zé)釅鸿偳都夹g(shù)，經(jīng)前期調(diào)研、咨詢，目前油田內(nèi)部加工廠家及普通機(jī)械加工廠沒有能力完成加工。合作單位吉林旭峰公司具有獨(dú)有的加工工藝及技術(shù)，但受限于該合作單位為非油田物資入網(wǎng)及加工備案企業(yè)，批量購置或加工應(yīng)用時，程序繁瑣，周期長 滑套隨套管下入固井完井，通過滑套定點(diǎn)壓裂有效提高單簇施工排量，所需設(shè)備少，水馬力低，具有壓裂針對

33、性強(qiáng)、效率高、成本低的特點(diǎn)四、套管固井壓力平衡滑套分段壓裂工藝固井水泥定位器封隔器壓力平衡滑套噴槍單流閥篩管及引鞋固井壓力平衡滑套壓裂工藝原理圖 L滑套壓裂每簇改造程度相當(dāng)L多簇壓裂改造不均勻（1）研發(fā)液壓式和機(jī)械式2種可開關(guān)壓力平衡滑套，滿足不同儲層開發(fā)需要1、攻關(guān)進(jìn)展情況液壓式可開關(guān)壓力平衡滑套全通徑結(jié)構(gòu)，液壓式可重復(fù)開關(guān)內(nèi)部無定位槽，防水泥性強(qiáng)優(yōu)點(diǎn)： 適用于開發(fā)水平井，滿足后續(xù)測試、控水等生產(chǎn)措施調(diào)整需要缺點(diǎn)：外徑大、尺寸長，多級下入通過性差滑套開啟缺乏驗證手段液壓式滑套結(jié)構(gòu)示意圖進(jìn)液口A進(jìn)液口B內(nèi)滑套內(nèi)滑套機(jī)械式壓力平衡滑套第一代機(jī)械式滑套，需上提管柱開啟，古龍南平26井試驗中滑套開啟

34、力設(shè)為4.5t，在連續(xù)油管最大安全上提載荷下，傳遞至井下力不足4t，導(dǎo)致滑套無法開啟研制第二代機(jī)械式壓力平衡滑套，下入工具錨定滑套后通過環(huán)空打壓開啟，無需上提管柱，提高了開啟成功率第二代機(jī)械式壓力平衡滑套第一代機(jī)械式滑套滑套滑套開關(guān)工具 通過分析計算，機(jī)械式壓力平衡滑套通過能力為液壓式滑套1.3倍，且滑套開關(guān)可驗證，適用于儲層致密、多段壓裂的探評井內(nèi)部設(shè)計定位槽，可驗證滑套開關(guān)外徑小，長度短，多級下入通過性強(qiáng)優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：非全通徑結(jié)構(gòu)，不便于后續(xù)施工定位槽易殘留水泥，增加開啟力（室內(nèi)試驗增加0.5t）機(jī)械式開關(guān)不可重復(fù)機(jī)械式滑套結(jié)構(gòu)示意圖內(nèi)滑套水泥環(huán)起裂時向應(yīng)力分布計算模型建立壓裂端口水泥環(huán)起裂計算模型，模擬分析起裂應(yīng)力，優(yōu)化滑套端口結(jié)構(gòu)滑套端口優(yōu)化設(shè)計優(yōu)選120條件下不液化的高性能潤滑黃油，填充滑套行程腔，避免水泥固化滑套（2）通過結(jié)構(gòu)