周后俊，程智远，王海霞，丁柯宇，韩永亮，徐玉龙，郑 锋

(1． 渤海钻探 工程技术研究院，天津 300280；2．大港油田 滩海开发分公司，天津 300280)

新型压裂滑套水力喷射器的研制及应用

周后俊1，程智远1，王海霞2，丁柯宇1，韩永亮1，徐玉龙1，郑 锋1

(1． 渤海钻探 工程技术研究院，天津 300280；2．大港油田 滩海开发分公司，天津 300280)

压裂滑套水力喷射器是实现不动管柱水力喷射分段压裂的关键工具。为解决油气田现场使用的压裂滑套水力喷射器存在滑套开启压力不稳定、显示不明显、无锁紧机构及喷嘴不能反洗等难题，研制了新型压裂滑套水力喷射器。该压裂滑套水力喷射器具有以下结构特点：①采用剪钉内置的方式，剪切压力稳定，滑套开启压力显示明显；②采用开口环式锁紧结构，可实现滑套打开后逆向锁紧；③喷嘴组件采用分体式焊接结构，解决了压裂反洗时喷嘴脱落问题。现场应用结果表明，该滑套水力喷射器结构合理，操作简单，可满足多段压裂施工的要求。

分段压裂；滑套；水力喷射器；喷嘴

不动管柱水力喷射分段压裂工艺技术采用多套压裂滑套水力喷射器组合，不需移动喷射管柱，通过投球方式打开目的层段滑套即可进行压裂[1-2]。该工艺结合了水力喷射技术和滑套分层压裂技术的优点，不动管柱连续分段压裂改造，不带封隔器，管柱容易起出[3]。滑套水力喷射器是实现不动管柱水力喷射分段压裂的关键工具。由于目前油气田现场使用的大多数滑套水力喷射器存在滑套打开压力显示不明显、滑套打开后没有锁紧机构及喷嘴反洗过程中易掉落等问题，给施工带来风险。为此对常规滑套喷射器结构进行重新设计，研制出新型滑套水力喷射器。该工具结构合理，操作简单，投球打开滑套显示明显，打开压力稳定，滑套有锁紧机构，喷嘴组件可反洗，可满足多段压裂施工的要求，成功进行了多口井的推广应用。

1 常规滑套水力喷射器存在的问题

1) 油气田现场使用的滑套水力喷射器大多采用剪钉固定喷射器外筒和内滑套筒，投球憋压推动滑套剪断剪钉，剪钉的剪断截面尺寸经过严格计算，确保在一定压差下能完全剪断。由于剪钉裸露于井下环境，如果井内存在杂质或井下压力不稳定都会对剪钉产生影响，致使在设计压差达到后剪钉无法剪断或者未达设计压力剪钉即被剪断，造成滑套开启压力不稳定、显示不明显等问题，给施工带来风险。

2) 油气田现场使用的滑套水力喷射器大部分都没有自锁机构，大部分滑套水力喷射器都是投球打开滑套后，滑套芯子掉到下部的密封工作筒，滑套水力喷射器打开后不能自锁，由于排液、产气的过程中有可能使滑套水力喷射的内滑套部分随气液流上行封堵喷砂口，对排液及产气量造成影响。

3) 油气田现场使用的滑套喷射器喷嘴组件是由喷嘴和压帽组成，大部分喷嘴和压帽之间是通过专用胶粘接固定。压裂出现砂堵时需进行反洗，此时喷嘴组件受反向力大于密封胶粘结力时，导致喷嘴掉落，喷射器的流速和喷嘴压降会减弱，对水力喷射分层压裂效果造成影响。

2 新型滑套水力喷射器的研制

2.1 结构

新型滑套水力喷射器结构如图1所示，主要由外筒、滑套、压帽、喷嘴、剪钉套、剪钉、下接头、密封圈、顶丝等部分组成。外筒和下接头通过螺纹连接，并通过顶丝固定构成喷射器主体；外筒为中空柱状结构，布置3组安装孔，每组孔数量由上至下按4-2-2设置，相邻组的孔在圆周上按45°角错开；滑套上部内侧为圆锥形球座面，安装于外筒和剪钉套内部；滑套外部设置槽孔，装有压缩状态的开口环；滑套上端外壁通过密封圈与外筒密封，下端外壁通过密封圈与下接头密封；滑套与剪钉套通过剪钉固定；剪钉安装在剪钉套内，处于下接头内部的密闭环境下，不受压力和外部环境影响；喷嘴组件采用一体式喷嘴结构，喷嘴安装于压帽内，喷嘴和压帽之间通过高温焊接固定，压帽通过螺纹固定于外筒安装孔内。

1—外筒；2、8、11—密封圈；3—压帽；4—喷嘴；5—滑套；6—开口环；7—顶丝；9—剪钉套；10—剪钉；12—下接头。

2.2 工作原理

滑套水力喷射器连接在不动管柱水力喷射分段压裂管柱中，与引鞋、筛管、单流阀、底部喷射器、安全接头配合使用。现场施工时，底部喷射器(不带滑套)将第1段喷砂射孔压裂完成后，投入与滑套水力喷射器滑套相匹配的球，当球到位作用在滑套的锥形球座面上，依靠球与滑套圆锥面的密封作用，使油管迅速憋压。继续加压，当该压差达到剪钉的剪断压力时，剪钉剪断，压力继续推动球、滑套和开口环下移，滑套下移至外筒下端内径扩大处，开口环弹开并锁紧于此处，致使滑套向上移动受阻，这样就实现了滑套打开后沿轴向的锁紧。此时，喷嘴通道完全打开，当油管内达到射孔排量并稳定后加入石英砂，在喷嘴的节流作用下喷嘴出口处流体(含石英砂)以一定的速度切割套管，射开套管、水泥环以及近井地带，开始进行该段压裂施工。该段压裂施工完成后，投入相应尺寸的球，继续进行后续段喷砂射孔压裂施工，直至施工结束，在液力作用下进行喷砂射孔，射孔完成，进行压裂。

2.3 技术优点

1) 新型滑套水力喷射器采用剪钉内置的方式，剪钉固定滑套和剪钉套，剪钉安装在剪钉套内，剪钉处于下接头内部的密闭环境下，不受压力和环境影响，滑套开启压力稳定、显示明显。

2) 新型滑套水力喷射器设计了开口环式锁紧机构，通过在滑套外部设置槽孔，装有压缩状态的开口环，喷砂射孔前预置开口环处于压缩状态，当投球打开滑套后，滑套下移到设计位置后，开口环弹开并锁紧，限制滑套向上运动，确保喷嘴一直处于工作状态。

3) 新型滑套水力喷射器的喷嘴组件采用分体式喷嘴结构，喷嘴和压帽之间采用高温焊接，喷嘴组件抗反向力远高于专用胶粘结力，大幅度提高了喷嘴反洗的能力，确保压裂施工过程中喷嘴不脱落。

2.4 主要技术参数

ø114.3 mm 套管用滑套水力喷射器最大外径90 mm，总长680 mm，打开压力15～20 MPa，分段级数10级，两端扣型73.02 mm TBG。

ø139.7 mm 套管水用滑套力喷射器最大外径108 mm，总长700 mm，打开压力15～20 MPa，分段级数12 级，两端扣型73.02 mm UPTBG。

3 现场应用情况

到目前为止，该新型滑套水力喷射器在现场累计完成8口井应用。从8口井的施工效果看，滑套喷射器打开压力稳定，显示明显，喷嘴无脱落。下面以滑套水力喷射器在冀东油田高A井的应用情况为例进行介绍。

3.1 应用井概况

高A井为冀东油田高尚堡油田高94断块一口高压增注水井，完钻井深3 872 m，最大井斜角18.79°。因注水压力高停注，后经研究决定采取不动管柱水力喷射分段压裂工艺进行4段分压改造，优化喷射器位置自下而上分别为3 696、3 617、3 588、3 562.5 m。该井采取在139.7 mm油层套管内下入不动管柱水力喷射分段压裂管柱，压裂管柱(自下而上)：引鞋+筛管+单流阀+底部喷射器+油管+滑套水力喷射器1+油管+滑套水力喷射器2+油管+滑套水力喷射器3+油管+安全接头+油管+校深短节+油管延伸到井口。为了满足喷砂射孔压裂流速及施工车组要求，优化设计各层射孔排量为2.0～2.2 m3/min，加砂排量2.1～2.8 m3/min，套管补液排量1.0 m3/min。由于该井油层套管存在多处变形，选用喷射器本体外径90 mm，喷射器安装8×ø5.5 mm的喷嘴。压裂液选用中温羟丙基瓜胶压裂液体系，射孔、支撑剂选用中密度30～50目陶粒。

3.2 施工过程

高A井于2016-01-22压裂施工。试压合格后，按照压裂泵注程序进行第1段喷砂射孔压裂施工。第1段压裂完后，通过投球器向油管内投与滑套喷射器1相匹配的球，送球5 m3后，停泵，等待裂缝闭合(50 min)，油管低排量(0.5～1.0 m3/min)起泵，保持1.0 m3/min排量送球入座，滑套水力喷射器1滑套打开压力19 MPa，显示明显。然后按照泵注程序进行第2段喷砂射孔压裂施工。依照此步骤顺利完成第3、4段喷砂射孔压裂施工。整个施工过程中，注入地层总液量733.36 m3，加砂33.54 m3，3组滑套水力喷射器打开压力显示明显，3个滑套水力喷射器滑套打开压力依次为19、18、16 MPa，喷砂射孔、加砂压裂曲线平稳，证明该滑套喷射器可以满足多段压裂施工的要求。

4 结论

1) 现场应用结果表明，新型滑套水力喷射器采用剪钉内置的方式，打开压力稳定，滑套开启压力显示明显。

2) 新型滑套水力喷射器采用开口环式锁紧机构，实现了滑套打开后逆向锁紧，可避免内滑套上行封堵喷砂口，影响排液以及后续生产。

3) 新型滑套水力喷射器采用分体式喷嘴结构，大幅提高了喷嘴反洗的能力，可避免压裂施工过程中喷嘴脱落问题。

4) 建议加大新型滑套水力喷射器的推广应用，以便解决常规滑套喷射器存在的问题。

[1] 韩晓渝，曾凡辉.不动管柱水力喷射压裂工艺在川西水平井改造中的应用[J].钻采工艺，2011，34(4)：45-47.

[2] 田守增，李根生，黄中伟，等.水力喷射压裂机理与技术研究进展[J].石油钻采工艺，2008，30(1)：59-62.

[3] 朱正喜，曹会，陈沙沙.国内水力喷射压裂工艺技术应用研究进展[J]．石油矿场机械，2014，43(12)：82-87.

[4] 任勇，赵粉霞，王效明，等.水力喷射工具地面模拟实验[J]．石油矿场机械，2011，40(8)：46-49.

[5] 张波，苏敏文，邓小强，等．水平井多级水力喷射压裂封隔工具[J]．石油机械，2012，40(12)：109-112.

[6] 陈作，王振铎，曾华国．水平井分段压裂工艺技术现状及展望[J]．天然气工业，2007，27(9)：78-80.

[7] 钟森，林立世，方行，等．不动管柱水力喷射分段压裂技术研究和应用[J]．油气藏评价与开发，2012，2(6)：50-52.

[8] 韩永亮，刘志斌，程智远，等 .水平井分段压裂滑套的研制与应用[J].石油机械，2011，39 (2)：64-65.

[9] 韩永亮，李世恒，刘志斌，等 .水平井分段压裂可钻式投球滑套的研制与应用[J].石油机械，2012，40 (12)：21-24.

[10] 曲海，李根生，刘营．拖动式水力喷射分段压裂工艺在筛管水平井完井中的应用[J]．石油钻探技术，2012，40(3)：83-86.

Development and Application of the New Fracturing Sliding Sleeve Hydraulic Jet

ZHOU Houjun1，CHENG Zhiyuan1，WANG Haixia2，DING Keyu1， HAN Yongliang1，XU Yulong1，ZHENG Feng1

(1.EngineeringTechnologyResearchInstitute，BHDC，Tianjin300280，China；2.ShallowWaterDevelopmentCompany，DagangOilfielid，CNPC，Tianjin300280，China)

Fracturing sliding sleeve hydraulic jet is the key tool for multistage hydrojet fracturing technology without pulling strings.A new type of sliding sleeve hydraulic jet was developed in order to solve the problem of the shearing pressure of sleeve is unstable and the fracturing sleeve have no locking mechanism and the nozzle can not reverse wash used in the oil and gas fields.The sliding sleeve hydraulic jet has the following structural features：①With the method of shear pin built-in，the shearing process of shear pin is not affected by the downhole environment，the shearing pressure is stable and opening pressure shows obviously.②Adoption of split ring locking mechanism can achieve the reverse locking of sleeve after its opening.③The component of nozzle adopted points of welding structure，which can prevent the problem of nozzle loss.The field application results indicate that the sliding sleeve hydraulic jet has advantages such as reasonable structure，simple operation，which can meet the requirement of multistage fracturing operation.

multistage fracturing；sliding sleeve；hydraulic jet；nozzle

1001-3482(2017)01-0045-03

2016-07-09 基金项目：渤海钻探工程公司科技项目“不动管柱水力喷射分段压裂技术研究” 部分内容(2014Y17K)

周后俊(1982-)，男，工程师，硕士，2009年毕业于长江大学机械设计及理论专业，现从事完井、增产措施类工具的研发工作，E-mail：99505513@qq.com。

TE934.203

B

10.3969/j.issn.1001-3482.2017.01.011