何爱国，张冬杰

(1.中国石油集团工程技术研究院有限公司 北京 102206；2.西安康普威能源技术有限公司 陕西 西安 710075)

0 引 言

水平井裸眼分段压裂技术是提高低孔、低渗、低压非常规油气藏产能的主要手段。目前，常规的水平井分段压裂技术有水力喷射压裂技术、封隔器投球压裂技术、桥塞分段压裂技术、环空分段压裂技术、连续油管压裂技术及多种工艺的复合分段压裂技术等[1]。然而这些技术在应用中均暴露出了其局限性：①压裂作业完成后压裂通道一直保持打开状态，然而水平井在开采中容易出现井筒过早见水的情况，对产能造成非常不利的影响[2]。②桥塞、滑套等工具在压裂施工完成后需要进行钻磨才能达到全通径，不利于进行生产及后期测试作业，且施工复杂并增加了作业风险[3-5]。③封隔器投球压裂技术虽然施工简单、作业效率高，但由于投球尺寸的级差限制了分段数量；而桥塞分段压裂等虽然理论上可以进行无限级分段压裂，但施工复杂，工时长、效率低。

为了解决常规水平井多级分段压裂技术的不足，开展了全通径可控无限级滑套完井技术研究。全通径可控无限级滑套完井工具包括可开关滑套工具及配套的机械开关工具，可实现入井管柱全通径，任意层段可实现选择性压裂或二次压裂作业；后期针对出水层位可通过下入开关工具对滑套进行选择性开关，实现水平井堵水和分段选择性测试[6-7]；无需投球坐封，不受球座级差限制，理论上可实现无限级分段压裂。

1 技术分析

1.1 工作原理

全通径可控无限级滑套完井工艺预置管柱主要由注水泥分级箍、裸眼封隔器、可开关滑套、碰压球座、滚动引鞋组成，管柱结构如图1所示。

1)压裂过程

图1 全通径可控无限级滑套完井工艺预置管柱

按照设计下入全通径可控无限级滑套完井工艺预置管柱，通过分级箍进行上部水泥固井作业后，投球打压坐封各封隔器。将油管与开关工具连接组成的压裂拖动管柱下入到第一级开关滑套工具以下1～2根套管位置处，油管内打压至开关工具设计动作压力，并缓慢上提油管，记录上提摩阻。当临近滑套开关位置时再次放慢上提速度，观察悬重表，悬重有瞬间下降时说明此时开关工具已进入开关滑套内。继续缓慢上提油管，悬重上升5t后下放油管至自然悬重；此时开关滑套工具的压裂孔道已打开，可以进行第一级压裂作业；压裂作业后，再次上提、下放油管，此时开关滑套工具压裂孔道关闭，将油管内泄压后拖动压裂管柱至第二级滑套位置；按照上述方法依次对各级开关滑套进行打开→压裂→关闭作业，直至压裂作业全部完成。

2)正常投产

压裂完毕后，冲洗井内压裂返砂，将开关工具下入至井底，按照上述开关滑套工具的打开方法依次将其全部打开或选择性打开即可正常投产。

3)后期选择性开关

水平井分段压裂完井后进行生产，如监测到某段滑套位置层段生产时出水严重，即可对该层段开关滑套实施关闭作业。将油管与开关工具连接组成的拖动管柱下入到目的层位开关滑套工具以下1～2根套管位置处，按照上述方法通过开关工具的上提、下放拖动将该开关滑套工具压裂孔道关闭。

1.2 全通径可控无限级滑套完井工具结构

全通径可控无限级滑套完井工具包含可开关滑套工具和开关工具，可开关滑套工具按设计要求连接完井管柱预置入井，压裂拖动管柱连接开关工具入井对可开关滑套工具进行开启或关闭作业。

可开关滑套工具主要由复位弹簧、外管、导向销钉和复位滑套组成，如图2所示。复位滑套部件是可开关滑套工具执行打开和关闭动作的关键部件，结构如图3所示。该复位滑套部件上加工有高精度换向槽，通过开关工具拖动其上、下运动，导向销钉迫使复位滑套旋转后依次进入换向槽的长、短槽内，由此实现可开关滑套工具压裂通道的选择性开关。

1-上短管；2-上接头；3-复位弹簧；4-内衬管；5-外管；6-支撑套；7-导向销钉；8-复位滑套；9-下接头；10-下短管图2 可开关滑套工具结构示意图

图3 复位滑套部件结构示意图

开关工具主要由上接头、活塞、复位弹簧、液压缸、弹性扩张头等组成，主要功能为连接油管组成压裂拖动管柱入井对目的层位预置的可开关滑套工具实施打开、关闭作业。通过油管内打压可推动活塞下行迫使弹性扩张头涨开，由此嵌入可开关滑套工具的内部凹槽对其实施开、关作业。开关工具结构如图4所示。

1-上接头；2-活塞；3-复位弹簧；4-液压缸；5-弹性扩张头图4 开关工具结构示意图

1.3 性能特点

1)技术特点

①通过复位滑套与导向销钉的配合，实现可开关滑套工具压裂通道的选择性开关，对于压裂后或生产后期部分压裂层的出水情况进行有效控制，延长生产时间，提高产量。②结构简单，内径为全通径尺寸，压裂施工完成后无需钻磨等其他作业即可投入生产。③无需投球坐封，不受级差限制，理论上可实现无限级分段压裂。

2)技术参数

2 性能评价试验

2017年11月对全通径可控无限级滑套完井工具进行了多项参数指标的地面实验。

2.1 密封性能试验

将组装好的可开关滑套工具及开关工具分别与电动试压泵连接，试验可开关滑套及开关工具的整体密封性能。以清水为介质，开泵加压至70 MPa，稳压10 min无压降，说明可开关滑套及开关工具的密封性能良好，整体密封能力达到70 MPa。

2.2 开关性能试验

根据全通径可控无限级滑套完井工具工艺原理设计加工了配套的开关动作性能试验工装。将开关工具连接安装试验工装后模拟送入可开关滑套内，试验工装连接两台电动试压泵，一台用于提供使开关工具膨胀扩张的模拟油管内压；另一台用于推动试验工装的液缸使其拖动开关工具上行，并带动可开关滑套实现打开和关闭操作。当完成来回开关操作5次后，泄压，提出开关工具，连接加压堵头再次对可开关滑套工具进行整体密封性能试验，加压至70 MPa，稳压10 min无泄漏，说明可开关滑套工具在5次开关后密封能力仍然良好。

2.3 模拟固井性能试验

为测试全通径可控无限级滑套完井工具在环空固井状态下的开关动作性能，定制直径Ф500 mm、长1 m的金属外管，将其套装于可开关滑套工具上灌注固井水泥浆，候凝完成后对其再次进行开关性能试验和密封性能试验。开关性能试验过程中，可开关滑套工具开启和关闭操作均顺利完成，开启拉力为22 kN。密封性能试验加压至70 MPa，稳压10 min无泄漏。

3 结 论

1)全通径可控无限级滑套完井工具通过复位滑套与导向销钉的配合，实现可开关滑套工具压裂通道的选择性开关，对于压裂后或生产后期部分压裂层的出水情况进行有效控制，延长生产时间，提高产量。

2)全通径可控无限级滑套完井工具在压裂施工完成后无需钻磨等其他作业即可投入生产。无需投球坐封，不受级差限制，理论上可实现无限级分段压裂。

3)通过分析可开关滑套的关键技术及地面性能试验，验证了可开关滑套的性能满足设计要求，结构设计合理，可以顺利实现打开及关闭功能。