新型的连续油管压裂用无线接箍定位器.docx
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新型的连续油管压裂用无线接箍定位器.docx
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新型的连续油管压裂用无线接箍定位器
新型得连续油管压裂用无线接箍定位器
一、前言
连续油管在油井得压裂作业中就是一个比较新得项目,到目前为止, 利用连续油管压裂得油井数量超过5000口,绝大多数得井就是在过去得3~4年中压裂得, 并且其中得三分之一就是2001年完成得。
象连续油管进行得其它作业一样,油井增产措施得限制因素就就是连续油管自身得大小与长度。
因为连续油管得规格越来越大,强度越来越强,连续油管得使用也就越来越广泛。
连续油管压裂作业表现尤为突出。
ﻩ因为连续油管得疲劳寿命与强度已经提高到了几年以上,用连续油管压裂,经济效益也有了提高。
而从前用大规格连续油管进行此项作业不切实际,为支付连续油管费用,作业公司不得不收取较多得费用来补偿。
ﻩ连续油管压裂特别适合于具有多薄层得浅井 。
利用连续油管, 在这类井上进行压裂施工比用常规方法能缩短很多时间,可在一天内完成一口井得压裂工作。
加拿大得一个作业队利用同一套设备, 在一天得时间内压裂了两口井。
这就是由于连续油管能迅速地重新就位封隔器,从一个层位到另一个层位, 并且能在欠平衡得条件下完成这一工作, 而常规得压裂作业利用连接得油管完成一个层位得压裂后,必须在过平衡条件下移动工具到下一个层位。
ﻩ连续油管压裂作业在加拿大已经开展了几年,实际上,使用这这一方法进行油井增产得井多数都在加拿大。
然而在美国现在也开展了几个地区,多数在科罗拉多、德克萨斯、阿拉巴马、维吉尼亚州。
在英国,英格兰与爱尔兰也已进行了连续油管作业。
事实上,这些工作都就是在陆上多薄互层得浅井上进行得。
不论在什么油田, 应用连续油管进行压裂作业得技术就是相似得, 一套大直径得连续油管管柱就是获得足够得流速以进行合适得地层压裂所必需得。
连续油管管柱多数使用得就是直径2 3/8-in或 2 7/8-in。
多数连续油管设备都有一个完整得井架,以支撑投送头与防喷管。
使用防喷管就是为了在欠平衡得条件下从井里起出工具。
连续油管压裂用得工具串多数都由一些跨隔封隔器组成得。
图1给出了一个常用得封隔器总成设计。
该封隔器总成针对连续油管压裂作业做了专门设计,有如下特点:
平衡阀 — 封隔器在被解封与移动到下一层位之前,可以平衡压力。
ﻩ下部卡瓦得设计 — 不需要旋转外部芯轴来解封,使封隔器解封更容易。
ﻩ上部皮碗式封隔器 — 当工具下入井中要反洗井时,可以进行反循环。
ﻩ多次坐封 — 能够坐封、解封,可靠地移动许多次。
ﻩ图示封隔器在连续油管压裂中被成功使用了上千口井,适用于4 1/2 — 51/2-in得套管。
标准得封隔器总成操作过程要求工具下入井中进行反循环。
这有助于减小上部皮碗式封隔器与套管壁得摩擦力。
反循环也能够洗出射孔后进入井中得地层碎屑。
工具串到达要压裂得第一层后,封隔器先上提2英尺,然后给封隔器总成向下施加一个重力,封隔器就完成了坐封。
下部得卡瓦将锚定在套管壁上,下部得封隔器胶筒也将密封了井筒。
就开始了连续油管压裂作业。
压裂完成后,就可以反排。
通过连续油管上提,封隔器就可以解封,并移动到下一层位。
二、连续油管深度控制
ﻩ连续油管装置得井架高度限定了投放头下面使用多长得防喷管(见图2)。
在大多数情况下, 防喷管得长度将跨隔封隔器得长度限定为25ft ,使用连续油管进行压裂作业得层位得典型厚度为5~20ft 。
当使用25ft 得跨隔封隔器压裂一个20ft 厚得层位时, 在层位得两端仅有2 1/2ft 得公差。
ﻩ跨隔封隔器不在设计得深度坐封可导致多方面问题。
如果封隔器坐封过低, 上部得封隔器将会低于该层位顶部得射孔。
首先, 由于压裂不完全直接导致产量降低, 尤其就是低渗透地层, 未得到压裂得部分就不会有增产得可能; 其次, 当液体泵入时在上部封隔器周围产生流体窜槽; 第三, 砂子进入并堆积在上部封隔器得上部, 甚至会造成工具串得砂卡。
封隔器坐封过高会造成同样得问题。
射孔低于下封隔器, 会因有未处理得射孔而造成产量降低,引起窜槽问题,以及砂子窜入并沉积在井底封隔器总成得下封隔器以下引起砂卡。
对于连续油管来说, 在高精度得深度公差带状态下工作仍就是一个难题。
绝大多数得连续油管装置使用简单得轮式测量器或光学编码器, 或者两者同时使用来控制下入井中得连续油管得长度。
轮式测量器得滚轮沿着连续油管得外表面转动并测量其长度, 当滚轮磨损后, 将在滚轮上产生沟槽。
即使一个像一张纸厚得浅槽, 在5000ft 深得井中也会产生6 1/2 ft 得误差。
轮式测量器滚轮轴得轴承会随着时间得推移以及水与污物得侵入变得粗糙, 从而使滚轮产生滑动而不就是滚动。
为了解决滚轮测量器精度差得问题,一些连续油管制造商在投放头传动装置上安装了光学编码器。
因夹头滑轮链条伸长等因素, 在一定程度上夹头滑轮与连续油管之间仍有滑动。
大多数直接安装在传动装置上得测量器具有测深比实际浅得倾向。
通常直接安装在投放头传动装置上得光学编码器具有较差得精度,有时甚至比滚轮测量器得误差还大。
既使连续油管装置上得深度测量器工作完好,并对下入井中得连续油管长度测量精确, 在电缆测井与连续油管工具串之间仍存在深度差异, 注意到这一点很重要。
对于裸眼测井轻微得井深误差并不罕见, 这些测井资料成为后来其她测井得基础。
所以, 即使把连续油管得测量装置通过加多滚轮与深度补偿软件得方法来提高精度也不能使之与电缆测井相一致。
三、无线套管接箍定位器(WCCL)
为解决连续油管深度测量不准确这个问题, 三年前开发出无线套管接箍定位器(WCCL) 。
该装置用电池供电, 当工具经过井内时向地面送一个压力脉冲, 显示套管接箍、油管接箍或其她类型得径向穿孔得位置, 不需要电缆传送动力与传输数据。
图3给出了一个WCCL得剖面图。
ﻩWCCL与有线套管接箍定位器相似,利用线圈与磁铁来探测套管因接箍或径向孔眼引起得金属质量得变化。
当WCCL通过一个接箍时,线圈与磁铁会产生一个小得电压脉冲, 把它作为一个开关给工具里得电磁阀送入电池动力。
ﻩ测井时,以0、5~1、0bbl/ min 得排量泵入液体通过WCCL ,一旦线路板接通电磁阀得电池动力,工具就通过滑动活塞关闭通路, 其通路被阻滞3s。
3s结束后, 通到电磁阀得电池动力被断开,工具被重新打开。
在与深度相对应得压力测井中能清楚地瞧到一个压力尖脉冲。
测井结果与已有得有线测井资料进行对比,对连续油管测量器进行深度校正。
通常要进行第二次测井,以确定连续油管测量器被适当地重置。
操作员对深度计数器调整满意后,WCCL就可以从测井模式转换到工具底部流出模式。
在测井时,WCCL有一个滑套,阻止流体从工具底部流出。
这一特点被设计进工具中,作为一个预防措施,有助于防止浪涌压力触发油管传输射孔中得压力点火头。
测井完成后,投球落到工具内得球座上,用压力剪断销钉,并移动滑套。
滑套移动后,原流过测井喷口得流体就被阻止,而通过一个小喷口流到工具底部。
这时就可以进行射孔与投掷桥塞作业。
ﻩ上面讨论得WCCL工具主要就是用于射孔或投掷桥塞前得深度控制。
工具参数见表1。
表1现有无线套管接箍定位器参数
工具外径
(In、)
工具内径
(In、)
球座流通面积
(In、2)
耐温
(℉)
长度
(ft)
最大流量
(bbl/min)
2、25
0、495
0、115
300
7、14
1、5
3、25
0、50
0、165
400
9、48
2、0
限定工具得流量小于普通井得压裂流量。
此外,现有得两种WCCL工具得流道有较大得弯曲,压裂时泵入携砂液得量也不令人满意, 因此必须设计出一种新型得大孔径WCCL ,来满足连续油管压裂作业得要求。
图3射孔或坐封桥塞得WCCL剖面图图4连续油管压裂得WCCL剖面图
1、 新型大通径WCCL
ﻩ基于连续油管压裂作业得经验与现有得WCCL工具得使用经验, 对新设计得工具确定了如下参数:
内通径必须足以处理流量为12bbl/ min 得携砂液;
能在4 1/2-in 套管内工作;
ﻩ在下入井中时能够进行反循环;
ﻩ必须承受300 ℉ 得井底温度与15000lb/ in2 得井底压力;
ﻩ从测井状态转到压裂状态不用投球。
工具设计者要设计出电池组、电路板及位于中心管与工具外壳间得环型空间里得电磁阀等部件,而能在4 1/2-in 套管内工作这一点限制了工具得外径, 为了最大限度地扩大工具得内径, 其外径选为3 1/2-in , 这就剩下了充足得空间 1 1/2-in得内径(见图4)。
用连续油管压裂得大多数待选井井深小于10000ft 且井底温度与压力相对较低。
根据这些情况, 工具设计者认为工具达到300 ℉ 得温度要求就足够了。
对于井底温度达到250 ℉ 得井采用AA 碱性电池就是可行得, 高于这一温度, 就应选用锂电池。
表2给出了该工具得参数。
表2 大孔径WCCL参数
工具外径
(In、)
工具内径
(In、)
球座流通面积
(In、2)
耐温
(℉)
长度
(ft)
最大流量
(bbl/min)
3、50
1、25
---
300
5、43
12、0
ﻩ大多数得连续油管压裂作业用12bbl/ min 或稍小得流量完成。
工具设计者使用计算机模型确定,在此流量条件下1 1/2- in 得内径使用清水时通过工具得压力降为80lb/in2 , 使用携砂稠化液时得工具压力降为25lb/in2 。
2、工具操作
为了工具下井过程中, 进行反循环,在工具得下端设计了一个活瓣, 该活瓣在液体从WCCL底部进入工具时打开, 当反循环停止时关闭(见图5)。
测井时活瓣处于关闭状态, 所有泵入连续油管得液体都从侧喷口流出(见图6)。
ﻩ与以前得WCCL一样, 当一个接箍被检测到时, 电磁阀打开使液体从滑动活塞上部进入, 活塞向下充分运动以封住排出口。
然后, 电磁阀断电,活塞缩回(见图7)。
排出口可以采用不同尺寸得喷嘴, 但最常用得喷嘴直径就是0、25in 与0、375in。
这些尺寸得喷嘴允许测井排量为1、0~1、75bbl/ min , 这一排量在连续油管压裂所用泵得工作范围内。
当连续油管压裂得测井部分完成, 连续油管深度测量器得到校正, 把工具从测井模式改为压裂模式, 压裂作业便可以进行了。
先前得WCCL 工具要通过投球来改变工作模式, 这样做就是为保证使用压力激发点火装置时得安全。
从事连续油管压裂得技术人员提出了不使用投球来改变工作模式得要求, 这不仅节省时间而且降低流体用量。
工具设计者通过设计一个与剪钉一同固定得滑套来解决工作模式转换问题(转变到压裂模式)。
为了剪断剪钉,泵排量从通常得测井模式得1、0~1、75bbl/ min 增加到3、0~4、0bbl/min。
在这一排量下,工具内得回压(液体从侧喷嘴流出而产生得) 将会超过剪钉得强度。
当剪钉被剪断, 滑套下移把侧喷口堵塞。
一旦侧喷口堵塞, 工具内压力继续上升。
在压力达到4500 psi时, 安装于瓣形止回阀得中空瓣上得破裂膜片破裂(见图8)。
在工具得中心打开一个1 1/4-in 直径得通路。
为了确保滑套堵住侧喷口,卡在滑套凹槽中得卡环在滑套下行到位后卡住滑套防止其退回。
3、使用大通径WCCL得实例
第一个大通径WCCL工具在2001 年得第三季度进行了装配, 并立即进行了室内试验以检验测井模式下得工具性能, 随后进行了滑套、破裂模片功能得试验以确保工具模式转换如同所设计得一样。
最后, 工具用排量为12bbl/ in2 得携砂液在流动环路中进行了试验。
根据试验情况,对工具得下部进行了改进以增强其寿命。
图7 检测到接箍时工具状态
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