1、水平井体积压裂工具国产化攻关进水平井体积压裂工具国产化攻关进展及下步规模应用工作安排展及下步规模应用工作安排大庆油田采油工程研究院大庆油田采油工程研究院二一六年二月二一六年二月汇汇 报报 内内 容容一、连续油管水力喷射环空加砂压裂工艺一、连续油管水力喷射环空加砂压裂工艺二、水力喷射油管加砂压裂工艺二、水力喷射油管加砂压裂工艺三、三、复合桥塞压裂工艺复合桥塞压裂工艺四、套管固井压力平衡滑套分段压裂工艺四、套管固井压力平衡滑套分段压裂工艺 近年来，大庆油田应用水平井体积压裂工艺，取得了致密油气领域的突破，但国外工具及技术服务费用高，制约了应用规模和效益，为打破技术垄断，实现降本增效、规模应用目标，
2、开展了压裂工具国产化研究，目前已初步完成并定型了4项水平井体积压裂工艺安全接头扶正器喷枪 单流阀平衡阀Y211封隔器定位器导向头第二代水力喷射环空加砂压裂工艺管柱第二代水力喷射环空加砂压裂工艺管柱一、连续油管水力喷射环空加砂压裂工艺一、连续油管水力喷射环空加砂压裂工艺国外从2019年开展研究水力喷射压裂技术，2019年由长庆油田引入国内，2019年国内由长庆为主组织攻关第一代水力喷射压裂技术，不设置底部封隔器，利用“伯努利”效应引起负压差进行分段压裂，大庆井下同期引入大庆油田2009年第二代技术开始设置底部封隔器，大庆油田2019年直接参与二代技术的攻关第一代水力喷砂压裂工艺管柱第一代水力喷砂
3、压裂工艺管柱安全接头安全接头水力喷枪水力喷枪筛管筛管单流阀单流阀导向头导向头扶正器扶正器一、连续油管水力喷射环空加砂压裂工艺一、连续油管水力喷射环空加砂压裂工艺 前期开展加底部封隔器的油管喷砂压裂工艺研究，前期开展加底部封隔器的油管喷砂压裂工艺研究，受当时国内连续油管应用少，常规井口动密封装置不受当时国内连续油管应用少，常规井口动密封装置不配套限制，底部封隔器采用扩张式液压封隔器，逐层配套限制，底部封隔器采用扩张式液压封隔器，逐层上提油管实现多段压裂。现场应用上提油管实现多段压裂。现场应用6 6口井，最高施工压口井，最高施工压力力60MPa60MPa，排量，排量3.6m3.6m3 3/min/
4、min，加砂量，加砂量168m168m3 3，单趟管柱压，单趟管柱压裂裂9 9段段安全接头安全接头水力喷枪水力喷枪水力锚水力锚扶正器扶正器K344K344封隔器封隔器扩张式底封（液压坐封）喷砂压裂工艺管柱 通过对现场试验情况总结分析，且结合国内应用经通过对现场试验情况总结分析，且结合国内应用经验，已经形成一套适应大庆油田的优化设计、现场控制、风验，已经形成一套适应大庆油田的优化设计、现场控制、风险预案等配套的规范险预案等配套的规范关键技术关键技术1 1：耐温：耐温120120、承压、承压70MPa70MPa小直径扩张式封隔器小直径扩张式封隔器优化胶料配方及制作工艺，提高抗拉强度和延伸率，增强了
5、抗疲劳性胶筒采用尼龙+钢丝帘线结构，设计肩部保护机构和可移动钢碗，提高承压性能，降低残余变形 n扩张式底封水力喷射压裂工艺关键技术扩张式底封水力喷射压裂工艺关键技术关键技术关键技术2 2：内嵌整体式喷枪：内嵌整体式喷枪设计整体式结构喷嘴，内嵌至本体中，提高耐返溅磨蚀性能喷嘴采用合金材质，喷枪本体喷涂耐磨涂层，提高耐磨性能设计最大加砂量300m3，现场成功验证指标168m3，余地较大关键技术关键技术3 3：喷砂压裂优化、控制方法、操作规程及风险预案：喷砂压裂优化、控制方法、操作规程及风险预案优化排量、磨料浓度等六项施工参数，实现有效射孔优化射速、环空压力等施工参数，实现储层有效改造 现场试验表明
6、，扩张式底封环空压裂工艺在埋藏深度浅、储层物性较好、施工压力较低（30MPa以内）的肇州、敖南葡萄花水平井适应性强；对于古龙南等高压力储层（大于40MPa）的水平井不适应 “十二五十二五”随着连续油管规模应用，在八厂、九厂开展了随着连续油管规模应用，在八厂、九厂开展了扩扩张式底封环空加砂张式底封环空加砂压裂探索试验，评价工艺适用性压裂探索试验，评价工艺适用性扩张式底封环空加砂压裂现场试验井数统计扩张式底封环空加砂压裂现场试验井数统计n压缩式底封环空加砂压裂工艺压缩式底封环空加砂压裂工艺关键技术关键技术1 1：机械式封隔器重复坐封、解封、锚定技术：机械式封隔器重复坐封、解封、锚定技术l利用有限元
7、软件模拟分析了低坐封力胶筒密封承压机理，设计了复合式密封胶筒l优化胶料配方，设计端部保护机构，提高胶筒重复密封、承压性能 目前连续油管可以实现高压动密封，机械位移动作可目前连续油管可以实现高压动密封，机械位移动作可以实现，底部封隔技术升级后，以实现，底部封隔技术升级后，可实现与国际技术同步可实现与国际技术同步（1）连续油管下压负荷仅为普通油管20%-30%，为保证封隔器密封承压性能，研发了低坐封力、承高压压缩式胶筒复合密封胶筒模拟分析图复合密封胶筒模拟分析图l室内耐温、坐封、承压、疲劳试验 选取3批次6只胶筒进行了油浸试验，达到了20kN坐封力下承压70MPa，耐温120指标，胶筒最大残余变形
8、4.6%，满足现场施工需要承压试验曲线 胶筒试验后 胶筒室内耐温、承压、疲劳试验数据表l优选高强度合金钢，采用渗碳、激光处理等特殊工艺，提优选高强度合金钢，采用渗碳、激光处理等特殊工艺，提高锚定、承压性能高锚定、承压性能（2 2）研制了承高压、高强度，可多次重复锚定卡瓦）研制了承高压、高强度，可多次重复锚定卡瓦l通过软件模拟，结合室内试验优化卡瓦结构，改善受力状态，通过软件模拟，结合室内试验优化卡瓦结构，改善受力状态，减少应力集中，提高卡瓦回收性能减少应力集中，提高卡瓦回收性能常规卡瓦材质和合金钢材质性能对比常规卡瓦材质和合金钢材质性能对比卡瓦受力模拟分析图卡瓦受力模拟分析图卡瓦性能试验数据表
9、卡瓦试验后 选取3批次6套卡瓦进行了室内试验，承压70MPa，锚定力850KN，疲劳10次，卡瓦牙最大磨损量0.32mm，满足现场施工需要古693-108-平102压裂8段后卡瓦l室内锚定、承压、疲劳试验携砂液注入试验套管试验后封隔器l室内防砂试验：将室内防砂试验：将3030%砂比的压裂液注入试验套管中，反砂比的压裂液注入试验套管中，反复复3 3次，封隔器坐封、解封顺利，承压时无渗漏，无位移次，封隔器坐封、解封顺利，承压时无渗漏，无位移工具核心部件设计排砂通道，防止沉砂堆积，降低砂卡风险（3）设计防砂结构，提高坐封、解封可靠性坐封承压试验l防油砂极限试验：将原油与石英砂混合后灌入封隔器内部，防
10、油砂极限试验：将原油与石英砂混合后灌入封隔器内部，反复反复5 5次换向无遇阻现象，坐封、解封顺利次换向无遇阻现象，坐封、解封顺利灌满油砂后的灌满油砂后的Y211Y211封隔器封隔器换向后的换向后的Y211Y211封隔器及中心管封隔器及中心管 台40-平12老井试验中，暴露出膏状油砂混合物卡死换向机构，导致封隔器不坐封问题，通过进一步优化结构，排砂面积达到4500mm2，是原结构4倍，提高了防砂性能排砂孔排砂孔中心管防砂槽中心管防砂槽优化后工具结构关键技术2:机械式换轨技术，实现封隔器坐封、解封轨道换向 换轨机构由换向轨道、换向环和轨道销钉组成，通过换向环在长短轨道间的移动，改变坐封、解封状态换
11、向环和轨道销钉换向轨道 室内试验，反复换向60次，成功率100%，轨道销钉磨损0.02mm，满足现场需要坐封轨道解封轨道试验后中心管轨道和换向环封隔器换轨机构压裂管柱整体室内模拟井稳定性能检验压裂管柱整体室内模拟井稳定性能检验 随机抽取随机抽取2 2批次加工的新型批次加工的新型Y211Y211封隔器、平衡阀等工封隔器、平衡阀等工具，组成具，组成2 2趟管柱，在试验井进行压裂管柱整体性试验，锚定、趟管柱，在试验井进行压裂管柱整体性试验，锚定、坐封、解封成功率坐封、解封成功率100%100%1#井试验照片 4#井试验照片试验井模拟试验数据表 应用压缩式底封环空加砂压裂工艺现场试验应用压缩式底封环空
12、加砂压裂工艺现场试验6 6口井，单趟口井，单趟管柱压裂管柱压裂8 8段，最大排量段，最大排量6m6m3 3/min/min，最高压力，最高压力50MPa50MPa，最大加砂，最大加砂规模规模195m195m3 3，一天最多压裂，一天最多压裂5 5段段现场试验情况及工艺性能初步评价现场试验情况及工艺性能初步评价连续油管水力喷射环空加砂压裂施工参数统计连续油管水力喷射环空加砂压裂施工参数统计u现场试验情况现场试验情况 通过对4口试验井压裂后工具拆解分析评价，封隔器、平衡阀等工具换向灵活，喷枪仅本体有磨蚀，室内又进行了坐封、承压、锚定、解封检验，性能指标仍满足继续施工需要 压前新型Y211封隔器 压
13、后新型Y211封隔器 压前平衡阀 压后平衡阀 压前喷枪 压后喷枪u压后工具检验及性能测试压后工具检验及性能测试l 核心工具零件检验及测试核心工具零件检验及测试 统计统计4 4口井口井2424片卡瓦，压后第一卡瓦牙平均磨损片卡瓦，压后第一卡瓦牙平均磨损0.45mm0.45mm，其，其余卡瓦牙无磨损余卡瓦牙无磨损 4 4口井封隔器胶筒压后无破损，胶筒下端部变形最大，最大口井封隔器胶筒压后无破损，胶筒下端部变形最大，最大残余变形率残余变形率4.51%4.51%古693-108-平102压裂8段卡瓦古693-108-平102压裂8段胶筒压裂施工后核心部件拆解检验情况 封隔器排砂结构可有效排砂，轨道中仅
14、有少量存砂，封隔器换向封隔器排砂结构可有效排砂，轨道中仅有少量存砂，封隔器换向灵活，无卡阻灵活，无卡阻 内嵌式喷枪本体有磨蚀，喷孔平均扩径率内嵌式喷枪本体有磨蚀，喷孔平均扩径率0.24%0.24%，仍满足喷砂射，仍满足喷砂射孔需要孔需要古693-92-平108压后中心管古693-92-平108压后喷枪室内试验表明，性能指标仍满足继续施工需要设计指标：耐温120、承压70MPa指标，施工排量设计8m3/min，单趟管柱压裂10段现场成功验证指标：最高耐温90、最高承压50MPa，最大排量6m3/min，单趟管柱压裂8段，单个工作日（8小时）完成5段（主要受其它协同工作条件限制），完成设计指标余地
15、较大u工艺管柱性能初步评价工艺管柱性能初步评价新型新型Y211Y211封隔器封隔器 内嵌式喷枪内嵌式喷枪平衡阀平衡阀导流扶正器导流扶正器弹性扶正器弹性扶正器目前，新型Y211底封水力喷射环空加砂压裂工艺已基本定型安全接头安全接头导向头导向头扶正器扶正器喷枪喷枪 单流阀单流阀 平衡阀平衡阀 Y211Y211封隔器封隔器 定位器定位器 弹性扶正器弹性扶正器 n同国内外技术对标同国内外技术对标与国外公司工艺管柱结构、产品性能指标相同，成本降低与国外公司工艺管柱结构、产品性能指标相同，成本降低67%67%（5 5段计算），但段计算），但现场试验井数少现场试验井数少安全接头安全接头扶正器扶正器喷枪喷枪球
16、座球座平衡阀平衡阀Y211Y211封隔器封隔器定位器定位器导向头导向头扶正器扶正器安全接头安全接头喷枪喷枪平衡阀平衡阀Y211Y211封隔器封隔器定位器定位器引鞋引鞋球座球座NCSNCS公司工艺管柱公司工艺管柱杰瑞公司工艺管柱杰瑞公司工艺管柱大庆油田自主研发工艺管柱大庆油田自主研发工艺管柱n同国内外技术对标同国内外技术对标国内外水力喷射环空加砂工艺技术水平对比国内外水力喷射环空加砂工艺技术水平对比与国内产品相比，完全实现国产化，拥有自主知识产权，川与国内产品相比，完全实现国产化，拥有自主知识产权，川庆等公司产品庆等公司产品核心部件仍需进口核心部件仍需进口采油院（采油院（1010万元万元/趟）趟
17、）川庆（本体国产，胶筒进口，川庆（本体国产，胶筒进口，2 2万元万元/只）只）4 4、下步规模应用工作安排、下步规模应用工作安排（1）继续开展试验，认真总结分析试验数据，不断改进完善工具，固化工艺 工具设计技术指标还未得到充分验证，需进一步试验，工具设计技术指标还未得到充分验证，需进一步试验，标定出工具串额定指标（标定出工具串额定指标（耐温耐温120120、承压、承压70MPa70MPa指标，排指标，排量量8m8m3 3/min/min，单趟管柱压裂，单趟管柱压裂1010段段）对压后工具继续进行检验和测试，收集数据，优化完善对压后工具继续进行检验和测试，收集数据，优化完善工具结构，工具结构，保
18、证保证稳定性稳定性 根据施工规模、段数和时间，结合工具测试分析数据，根据施工规模、段数和时间，结合工具测试分析数据，固化固化不同施工阶段安全施工参数（不同施工阶段安全施工参数（包括拉力、坐封力和射孔包括拉力、坐封力和射孔排量等排量等）施工工序及规范表施工工序及规范表（2）固化施工规范和风险预案，通过扩大现场应用，实现条款现场应用的全覆盖验证，提高针对性和有效性（3）确定出工具加工工艺和标准，实现质量稳定批量生产，并进一步降低成本工艺管柱由8套工具构成，涉及加工零件117个，核心零部件11个，特殊处理工艺6种，目前由3个厂家加工下一步固化加工工艺要求，保证加工质量，实现批量生产，将成本降低50%
19、，即5万元/趟国内外连续油管环空加砂压裂工艺管柱成本价格对比国内外连续油管环空加砂压裂工艺管柱成本价格对比6.66.650%7.87.82 21 1NCSNCS杰瑞杰瑞采油院（目标）采油院（目标）采油院（目前）采油院（目前）3333393910105 550%单段工具成本（按5段折算）单井工具成本（按5段计算）加工步骤：图纸设计审批、加工图纸交底、加工工艺制定和论证、备料、样机加工、工件室内指标检验（如果是初次加工）、组装验收加工组装周期：60天，审批+交底、工艺制定、试验加工、检验+加工+组装验收目前有3套全新检验合格工具串，满足3口井施工需要加工步骤：加工图纸交底、加工工艺制定和论证、备料
20、、实验加工、工件的甲方室内指标检验（如果是初次加工）、批量加工、组装验收加工组装周期（20套）：60天，审批+交底、工艺制定、批量备料+加工+组装验收研制阶段单套工具加工步骤及周期批量工具加工步骤及周期（4）建立压裂工具加工、组装和检验规程，应用专用设备检查关键零件，保证工具可靠性 加工精度检验：按图纸要求测量机械零件尺寸公差加工精度检验：按图纸要求测量机械零件尺寸公差 关键部件检验：胶筒油浸试验、卡瓦锚定试验、中心管关键部件检验：胶筒油浸试验、卡瓦锚定试验、中心管承高压试验承高压试验 组装成品检验：每件成品进行组装成品检验：每件成品进行15MPa15MPa常规检验，抽取常规检验，抽取5%5%
21、进进行耐温、承压和疲劳极限试验行耐温、承压和疲劳极限试验胶筒高温高压油浸检测设备卡瓦锚定力检测设备工具室内高压试验平台工具室内高压试验平台（5）加强同施工方（连续油管队和压裂队）沟通磨合，保障各工序有序衔接，提高施工效率 按照设计做好施工前的人员、设备准备工作，并逐按照设计做好施工前的人员、设备准备工作，并逐一对照检查，掌握人员设备能力水平一对照检查，掌握人员设备能力水平 严格按照设计要求，完成地面管汇、井口和工艺管严格按照设计要求，完成地面管汇、井口和工艺管柱拉力、验封等测试试验柱拉力、验封等测试试验 做好技术交底，明确施工关键节点和应急预案实施做好技术交底，明确施工关键节点和应急预案实施方
22、式方式（6 6）加强人员培训，满足规模应用现场施工指导需要）加强人员培训，满足规模应用现场施工指导需要组 长：张永平副组长：李 琳许国文李博睿一 组二 组马梓涵张宏岩程木林张春辉现场施工指导小组现场组织监督压裂施工指挥连续油管操作指挥工作总协调 现场总协调 环空加砂压裂涉及施工单位、工序较多，目前单井压裂需配置3人指导施工，按照项目组现有人员安排，仅能满足2口井同时施工需要，下一步加强培训，满足规模应用需要（7 7）规模应用需要领导解决的问题）规模应用需要领导解决的问题简化核心零件加工审批程序 喷枪喷嘴及新型Y211封隔器卡瓦采用高强度材料、特殊加工和热处理工艺制造，经前期调研、咨询，油田内部
23、企业不具备相应加工能力，目前委托加工厂家为非油田加工备案企业，办理加工审批程序繁琐，周期长 购买连续油管安全下入、受力压力软件购买连续油管安全下入、受力压力软件 国外连续油管环空加砂压裂必备软件，主要用于计算不同井深、压力、井眼轨迹条件下连续油管弯曲、受力状态，优化施工参数，指导连续油管安全高效施工二、水力喷射油管加砂分段压裂工艺二、水力喷射油管加砂分段压裂工艺 射孔压裂一体化，无须机械封隔，适用于老井重复压射孔压裂一体化，无须机械封隔，适用于老井重复压裂、裂、部分部分井筒不完整井筒不完整井、固井质量差等复杂井、固井质量差等复杂井况压裂改造井况压裂改造安全接头安全接头扶正器扶正器单流阀单流阀水
24、力喷射油管加砂分段压裂工艺水力喷射油管加砂分段压裂工艺喷枪喷枪 射孔和压裂加砂都经喷枪进入地层，喷嘴耐磨性能和喷枪本体耐返溅性能是该工艺技术关键喷枪单孔射流反溅模拟图喷枪单孔射流反溅模拟图反溅区域50-60mm国内外喷枪性能对比国内外喷枪性能对比国产内嵌式整体喷枪国产内嵌式整体喷枪（加砂（加砂168m168m3 3，喷嘴扩径率，喷嘴扩径率6.7%6.7%，按磨蚀公，按磨蚀公式计算还可加砂式计算还可加砂150m150m3 3）哈里伯顿内嵌式整体喷枪哈里伯顿内嵌式整体喷枪（龙平（龙平2 2井加砂井加砂400m400m3 3前后对比）前后对比）自主研发喷枪的孔径、相位角等自主研发喷枪的孔径、相位角等
25、结构优化水平与国外相当，结构优化水平与国外相当，差距主要在材料耐磨性，需继续优选材质（差距主要在材料耐磨性，需继续优选材质（航空用、军用）提高加砂航空用、军用）提高加砂规模规模国内外喷性能枪对比表国内外喷性能枪对比表水力喷砂压裂原理u井身结构不完善井水力喷砂压裂工艺Bernoulli 理论:其中为流速系数，流线性喷嘴=0.98Pn为喷嘴压力降即泵压与除喷嘴以外的整个循环系统的压力损失之差，Pa；An、A为喷嘴面积及喷射面积，m2冲击力压力 Bernoulli方程 水力喷砂压裂依靠伯努利原理创造负压效应，引导液体仅流向喷射位置，造缝、填砂，实现储层改造l 射流速度达到 220m/s 时可实现7.
26、5MPa压差动态封隔效应l 环空补液：一是保持裂缝延伸压力；二是降低反溅速度下步工作安排下步工作安排漏点（破裂压力P2:41.5MPa）破裂压力P1:41.5MPa 漏点处于水平段或接近水平段设计原理与原则 漏点在水平段或接近时设计排量应保证漏点不破裂，同时有效改造目的层需遵循以下原则（以龙平2为例）：伯努利效应产生负压P射流冲击压力P3缝口压力P4（1）施工时漏点处压力P2 P1P4（龙平2井 P2 P1=41.5MPa）（2）为保证目的层启裂延伸，以环空处压力41.5MPa，考虑油管摩阻、静液柱、嘴损，确定油管排量2.5-3.0m3/min，对应地面压力55.7-65.7MPa（3）环空排
27、量的确定需保证漏点不被压开，依据漏失测试确定（初步设计环空排量按照无漏失计算排量1.4-1.8m3/min，地面压力27.8-29.6MPa）龙平2井水力喷砂压裂垂深2140m垂深2130m 动、静态漏失相结合的诊断测试 在保证低于漏点压力低于其破裂压力条件下，通过小排量注入测试、诊断漏失速率，为压力控制及环空排量调整提供依据根据漏点破裂压力确定环空地面允许压力P*动态诊断0.30.6m3/min注入压裂液至环空压力达到P*压力降低1MPa时再次泵入，至环空达P*记录时间计算诊断漏失速率静态诊断无法达到P*漏失较大漏失大于1m3/min小排量小级差升排量测试直至环空压力达到P*根据不同排量下压
28、力变化确定动态漏失排量m3/min压力MPa 目的层有效改造控制方法与施工参数调整 以测定漏失数据为依据，根据不同漏失情况实施不同控制方法，调整施工参数，防止漏点被压开，有效改造目的层不同漏失速率处理控制方法 一趟管柱下一趟管柱下2-32-3级喷枪，单级喷枪磨蚀严重时，投球打滑套级喷枪，单级喷枪磨蚀严重时，投球打滑套启用另一级喷枪，实现大规模加砂压裂，提高效率，降低成本启用另一级喷枪，实现大规模加砂压裂，提高效率，降低成本u开展一趟多枪工艺实现多段大规模加砂压裂试验开展一趟多枪工艺实现多段大规模加砂压裂试验多级滑套喷枪多级滑套喷枪多级丢手安全接头多级丢手安全接头全保护防反溅喷枪，提高本体耐磨蚀
29、全保护防反溅喷枪，提高本体耐磨蚀性能性能单级喷枪理论上满足加砂单级喷枪理论上满足加砂500m500m3 3需要，需要，全井加砂全井加砂1000-1500m1000-1500m3 3球座采用合金材质提高耐磨性，配套球座采用合金材质提高耐磨性，配套轻质球轻质球，提高滑套开启成功率，提高滑套开启成功率一趟多枪压裂工艺管柱图一趟多枪压裂工艺管柱图安全接头安全接头喷枪喷枪u设计全保护防反溅喷枪，提高加砂规模设计全保护防反溅喷枪，提高加砂规模为保证连接强度，内嵌式喷枪本体采用合金结构钢，耐磨防反溅为保证连接强度，内嵌式喷枪本体采用合金结构钢，耐磨防反溅性能差，限制了加砂规模性能差，限制了加砂规模设计全保护
30、结构喷枪，内外均采用合金耐磨材质，提高本体防反溅能力全保护防反溅喷枪全保护防反溅喷枪外部合金套外部合金套内部合金套内部合金套合金喷嘴合金喷嘴内部衬套及喷嘴定位、防转设计定位、防转设计内嵌式整体喷枪内嵌式整体喷枪加砂100m3后照片通过技术攻关成功研制两种速钻桥塞，实现体积通过技术攻关成功研制两种速钻桥塞，实现体积压裂工艺关键工具的国产化压裂工艺关键工具的国产化速钻桥塞各项参数表速钻桥塞各项参数表三、复合桥塞压裂工艺1 1、攻关进展情况、攻关进展情况铝合金全复合三种桥塞性能对比 三种桥塞均可钻，但全复合、铝合金两种桥塞可实现快速钻铣 铝合金桥塞具有通径大、价格低、稳定性好的优势 由于压后压力高，
31、连续油管带压钻塞费用高(100万/井)，铝合金桥塞配套可溶球压后可直接投产，二次措施时油管钻塞费用低(10万/井)铝合金桥塞原材料、加工工艺相对常规，易于油田内部企业自主生产 密封模块、锚定模块、承压模块 将工具按功能划分三个模块，并进行单独试验，各模块结构定型后，再开展工具整体检验，减少重复试验，缩短设计、研发周期n 工具总体设计-采用模块化设计方法中心管卡瓦导向头锥体推环全复合速钻桥塞：卡瓦基底、锥体采用聚酰亚胺+碳纤维，卡瓦牙采用特种陶瓷，以保证70MPa锚定性能中心管、推环、导向头等优选质量轻、强度高、模压成型复合材料，保证强度，并降低成本铝合金速钻桥塞：卡瓦基底、锥体采用航空铝，卡瓦
32、牙采用特种陶瓷，以保证70MPa锚定性能中心管、推环、导向头等优选质量轻、强度高、易加工成型铸铝，保证强度，并降低成本n 材料优选-建立设计材料库，快速有据选材1型应变分布显示2型应变分布显示n 关键部件设计及试验-软件辅助，试验修正设计胶筒应力分布2585 应用Solidworks、ANSYS软件，分析应力、应变等受力状况，优化结构设计；通过室内锚定、油浸试验，检验卡瓦锚定性能、胶筒密封性能，并修正设计，最终达到设计指标试验加载100t曲线试验后卡瓦胶筒承压70MPa曲线试验后胶筒胶筒卡瓦n 配套工具设计-通用、专用分开设计通用工具轻质复合球及可溶金属球：耐温120、耐压70MPa，可溶球7
33、6h完全溶解火药坐封配套丢手工具：实现稳定坐封、丢手专用工具四刃钻头：采用硬质合金、大流道设计，实现全复合速钻桥塞的快速磨铣六刃钻头：采用2种刀刃组合，实现铝合金速钻桥塞的高效切削配套丢手工具压裂球六刃钻头四刃钻头全复合速钻桥塞：整体坐封承压试验17组，地面火药坐封试验1次，达到承压指标70MPa 开展室内2级钻铣试验，单级桥塞平均钻铣时间13min多级桥塞钻铣试验装置及钻头60MPa71.2MPa50MPa全复合速钻桥塞坐封后承压曲线全复合速钻桥塞高压试验全复合速钻桥塞钻屑n 整体承压、钻铣试验确定承压指标、钻铣时间铝合金速钻桥塞：整体坐封承压试验12组，地面火药坐封试验1次，达到承压指标7
34、0MPa 开展室内2级钻铣试验，单级桥塞平均钻铣时间20min多级桥塞钻铣试验装置及钻头30MPa50MPa70MPa80MPa桥塞电缆火药坐封后承压曲线铝合金桥塞钻屑桥塞地面火药坐封试验 截止目前，国产化速钻桥塞现场试验5口井13级桥塞，取得一定效果和经验，但也暴露出问题2、现场试验及改进完善试验井数据表 前期试验证明，速钻桥塞承压性能满足现场需求，桥塞可实现快速钻铣 古龙南-平25井：前四段施工正常，第五段由于火药坐封器未点火，射孔震动、孔眼毛刺导致铝合金桥塞上提过程中遇卡 葡34-平1井：第1级下入时遇卡，原因是造斜段套管接箍处存在变径点，导致全复合桥塞下入过程中遇卡 现场试验发生遇卡的
35、2口井存在共性问题：下入或起出过程中的磕碰、震动冲击；反应到桥塞工具上，表现出防坐封力设计低n 现场试验暴露出国产化速钻桥塞防磕碰性能弱的问题 变径点弧长30mm，高6mm，吊起角度模拟造斜段 共测试6次，最终销钉剪断推环移动、箍环破碎遇卡 推环上磕碰痕迹最严重，正反向均有，其受力最大 模拟实验验证：推环销钉、箍环的剪断力分别是影响桥塞磕碰性能的主、次因素推环n 室内模拟井下磕碰试验，验证桥塞磕碰、冲击影响关键因素总体改进方案：推环销钉剪断力、箍环拉断力大于工具串遇阻时动载荷及电缆头弱点，并低于卡瓦锚定极限值n 根据现场及室内模拟数据，针对桥塞防磕碰性能弱的问题，进行改进完善工具串组成图电缆头
36、坐封器箍环射孔枪推环 卡瓦极限锚定室内验证：提高固定力到2.7-3-3.6t时，影响桥塞锚定密封性能，合理取值范围2.5t 推环改进：推环销钉由非金属变金属，剪断力由1.2t提高到2.3t 箍环改进：箍环宽度2mm增到4.5mm，材质由聚酰亚胺改为碳纤维，拉断力由1.2t增到1.9t 试验验证：改进后未影响坐封丢手，整体承压试验3次，均达到70MPa销钉固定黏胶固定箍环固定改进后，工具防磕碰性能提升，待现场应用检验3、技术对标分析国内外速钻桥塞主要参数对比表 速钻桥塞技术指标与国外水平相当，应用数量少，需扩大应用促进技术成熟 引进桥塞规模化应用后，成本不断下降，国产化桥塞的价格优势逐渐变弱n
37、工具准备：按“速钻桥塞组装检测工艺规程”组装、检验精细准备，开展速钻桥塞现场试验及推广应用4、规模应用技术保障 制订“速钻桥塞组装检测工艺规程”，规范组装、检验 关键部件独立检验：中心管耐压试验、卡瓦锚定试验、胶筒油浸试验、丢手销钉剪断试验 组装成品检验：按设计要求测量各部位尺寸，抽检进行坐封丢手承压试验 目前共有33套速钻桥塞，可满足3口井现场施工需求n 人员配备：加强人员培训，满足规模应用现场施工指导需要 速钻桥塞压裂涉及施工单位、工序较多，目前单井压裂需配置3人指导施工，按照项目组现有人员安排，能满足2口井同时施工需要，下一步加强培训，满足规模应用需要组 长：张玉广副组长：李清忠林忠超孙
38、江一 组二 组徐晓宇赵骊川刘云黄明现场施工指导小组现场组织监督泵送施工指挥桥塞与射孔联作指挥工作总协调 现场总协调n 施工依据：多方合作提前沟通，保证设计质量 参照企标“泵送电缆射孔与桥塞联作施工标准”，结合实际工况完成“泵送电缆射孔与桥塞联作施工设计”结合“xxx井压裂设计指导书”做好施工准备工作 现场严格执行设计工序组织单位：油公司部室（开发部、评价部等）现场施工参与单位：井下作业分公司 试油试采公司 采油工程研究院n 关键工序：对桥塞与射孔联作施工影响大的工序需严格把控 刮削通井工序，依据不同套管内径合理选择通井规组合 射孔后洗井工序，完全替洗减少残留物 现场工具串组装工序，严格检查火工
39、品及导线通断 起吊工具串工序，起吊时注意防止磕碰冲击，排除安全隐患工具串示意n 桥塞与枪串下入、泵送施工控制：控制不同深度下入速度，摸清操作关键点 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 在进入造斜段前，控制工具串下放速度在2000m/h以内，以利于缓慢起泵 工具串到达造斜点之前50m时缓慢起泵，控制泵送速度在2000m/h以内，并严格监控电缆张力，防止对井下工具串产生剧烈冲击 当工具串进入水平段以后，要严格监控电缆张力以及CCL数据，要求控制泵送速度小于2500m/h19小时溶解情况（60MPa下失封）目前，完成可溶桥塞整体承压、溶解失封室内试验，模拟实际地层
40、温度95，桥塞坐封后每隔6小时进行一次承压试验，在第3次承压试验（溶解19小时）时，承压60MPa失封12小时溶解情况（承压70MPa）第3次承压曲线（溶解19小时）前2次承压曲线（溶解6、12小时）6小时溶解情况（承压70MPa）坐封承压情况（承压70MPa）n 开展可溶桥塞现场试验，进一步降低成本10天溶解情况25天溶解为粉末天数d溶解质量kg/d可溶桥塞溶解规律曲线 将失封后的桥塞放入加热箱内继续溶解，每隔24小时进行一次残留物称重，确定全溶解时间为25天，绘制溶解曲线为现场试验提供参考数据溶解过程中的中心管溶解过程中的锥体及卡瓦可溶桥塞室内试验性能指标满足现场试验要求工具定型批量生产后
41、，在2019年基础上：全复合桥塞成本降低20%，达到1.73万元/套铝合金桥塞成本降低25%，达到1.62万元/套速钻桥塞压裂工艺服务价格与桥塞工具价格变化n 进一步降低成本，工具成本再降低20%以上n 桥塞批量采购或加工周期长问题 科研阶段，国产化速钻桥塞应用数量少，与合作单位采取不招标方式签订加工定作合同 速钻桥塞对加工材料、加工工艺和精度要求高，需要使用不可替代的高温热压镶嵌技术，经前期调研、咨询，目前油田内部加工厂家及普通机械加工厂没有能力完成加工。合作单位吉林旭峰公司具有独有的加工工艺及技术，但受限于该合作单位为非油田物资入网及加工备案企业，批量购置或加工应用时，程序繁琐，周期长 滑
42、套随套管下入固井完井，通过滑套定点压裂有效提高滑套随套管下入固井完井，通过滑套定点压裂有效提高单簇施工排量，所需设备少，水马力低，具有单簇施工排量，所需设备少，水马力低，具有压裂针对性强、压裂针对性强、效率高、成本低的特点效率高、成本低的特点四、套管固井压力平衡滑套分段压裂工艺固井水泥固井水泥定位器定位器封隔器封隔器压力平衡滑套压力平衡滑套喷枪喷枪单流阀单流阀筛管及引鞋筛管及引鞋固井压力平衡滑套压裂工艺原理图固井压力平衡滑套压裂工艺原理图 L L滑套压裂每簇改造程度相当滑套压裂每簇改造程度相当L L多簇压裂改造不均匀多簇压裂改造不均匀（1 1）研发液压式和机械式）研发液压式和机械式2 2种可开
43、关压力平衡滑套，满足不种可开关压力平衡滑套，满足不同储层开发需要同储层开发需要1 1、攻关进展情况攻关进展情况液压式可开关压力平衡滑套液压式可开关压力平衡滑套全通径结构，液压式可重复开关全通径结构，液压式可重复开关内部无定位槽，防水泥性强内部无定位槽，防水泥性强优点：优点：适用于开发水平井，满足后续测试、控水等生产措施调整需适用于开发水平井，满足后续测试、控水等生产措施调整需要要缺点：缺点：外径大、尺寸长，多级下入通过性差外径大、尺寸长，多级下入通过性差滑套开启缺乏验证手段滑套开启缺乏验证手段液压式滑套结构示意图进液口进液口A A进液口进液口B B内滑套内滑套内滑套内滑套机械式压力平衡滑套机械
44、式压力平衡滑套第一代机械式滑套，需上提管柱开启，古龙南平第一代机械式滑套，需上提管柱开启，古龙南平2626井试验中井试验中滑套开启力设为滑套开启力设为4.5t4.5t，在连续油管最大安全上提载荷下，传，在连续油管最大安全上提载荷下，传递至井下力不足递至井下力不足4t4t，导致滑套无法开启，导致滑套无法开启研制第二代机械式压力平衡滑套，下入工具锚定滑套后通过研制第二代机械式压力平衡滑套，下入工具锚定滑套后通过环空打压开启，无需上提管柱，提高了开启成功率环空打压开启，无需上提管柱，提高了开启成功率第二代机械式压力平衡滑套第一代机械式滑套滑套滑套开关工具 通过分析计算，机械式压力平衡滑套通过能力为液
45、压式滑套通过分析计算，机械式压力平衡滑套通过能力为液压式滑套1.31.3倍，且滑套开关可验证，适用于储层致密、多段压裂的探评井倍，且滑套开关可验证，适用于储层致密、多段压裂的探评井内部设计定位槽，可验证滑套开关内部设计定位槽，可验证滑套开关外径小，长度短，多级下入通过性强外径小，长度短，多级下入通过性强优点：优点：缺点：缺点：非全通径结构，不便于后续施工非全通径结构，不便于后续施工定位槽易残留水泥，增加开启力定位槽易残留水泥，增加开启力（室内试验增加（室内试验增加0.5t0.5t）机械式开关不可重复机械式开关不可重复机械式滑套结构示意图内滑套内滑套水泥环起裂时向应力分布水泥环起裂时向应力分布计
46、算模型计算模型建立压裂端口水泥环起裂计算模型，模拟分析起裂应力，优化滑套建立压裂端口水泥环起裂计算模型，模拟分析起裂应力，优化滑套端口结构端口结构滑套端口优化设计滑套端口优化设计优选120条件下不液化的高性能润滑黄油，填充滑套行程腔，避免水泥固化滑套（2 2）通过结构优化和多种方式优选，形成了防水泥粘接滑套）通过结构优化和多种方式优选，形成了防水泥粘接滑套方法，提高滑套开启压裂成功率方法，提高滑套开启压裂成功率黄油填充区域室内试验验证：模拟固井条件，滑套外灌满水泥，候凝室内试验验证：模拟固井条件，滑套外灌满水泥，候凝72h72h滑套开关压力与设计值相符，滑套开关压力与设计值相符，防水泥防水泥技
47、术有效避免了水泥同滑技术有效避免了水泥同滑套粘接套粘接压力平衡滑套开关试验数据表固井条件下滑套开关试验图固井条件下滑套开关试验图现场试验验证：现场试验验证：肇肇56-56-平平2929井井下入下入6 6级滑套固井完井，级滑套固井完井，1 1年年后后实施压裂，各滑套开启力与设计值相符，防水泥技术可长期实施压裂，各滑套开启力与设计值相符，防水泥技术可长期有效保证滑套的开关性能有效保证滑套的开关性能开展了完井管柱受力及通过能力模拟分析，形成了安全评估开展了完井管柱受力及通过能力模拟分析，形成了安全评估方法及软件，有效指导完井管柱安全下入方法及软件，有效指导完井管柱安全下入建立了完井施工规范，保障各工
48、序有效衔接，降本增效建立了完井施工规范，保障各工序有效衔接，降本增效（3 3）形成了完井管柱下入安全评估方法，建立了完井施）形成了完井管柱下入安全评估方法，建立了完井施工规范，提高了效率，降低了风险工规范，提高了效率，降低了风险管柱起下过程中管柱力学状态预测图管柱起下过程中管柱力学状态预测图井眼轨迹图井眼轨迹图 目前目前2 2种套管固井压力平衡滑套结构已基本定型，达种套管固井压力平衡滑套结构已基本定型，达到耐温到耐温120120、承压、承压70MPa70MPa指标，开展指标，开展5 5口井现场试验，完成压口井现场试验，完成压裂裂3 3口井，滑套开启成功率口井，滑套开启成功率100%100%，最
49、大施工排量，最大施工排量6m6m3 3/min/min工艺工艺成功率成功率100%100%，最大加砂规模，最大加砂规模115m115m3 3 ，一天最多压裂，一天最多压裂5 5段段现场试验井统计表现场试验井统计表2 2、现场试验情况、现场试验情况肇肇56-56-平平2929井现场施工曲线（环空加砂）井现场施工曲线（环空加砂）肇肇56-56-平平2929井压裂井压裂6 6段油管排量段油管排量0.8-0.9m0.8-0.9m3 3/min/min，环空排，环空排量量6m6m3 3/min/min，液量，液量1305m1305m3 3，加砂，加砂80m80m3 3，单日完成，单日完成5 5段压裂，初
50、期日段压裂，初期日产油产油14.6t/d14.6t/d，目前日产油目前日产油7.4t/d7.4t/d滑套开启显示滑套开启显示 该井在滑套固井完井该井在滑套固井完井1 1年后实施压裂，各层段滑套开启显示年后实施压裂，各层段滑套开启显示明显，技术指标达到国外同类水平，成本降低明显，技术指标达到国外同类水平，成本降低50%50%以上以上肇肇56-56-平平2929井裂缝三维形态总图井裂缝三维形态总图 通过微地震能量扫描四维影像压裂裂缝监测表明，各层段均通过微地震能量扫描四维影像压裂裂缝监测表明，各层段均得到了有效改造，滑套成功开启，验证了得到了有效改造，滑套成功开启，验证了“套管固井压力平衡滑套管固
