徐深气田火山岩气藏分层压裂工艺研究

论文摘要

徐家围子断陷深层火山岩储层类型复杂,层段厚,一般为300400m,最大600m;埋藏深,最深达到4650m;温度高,温度梯度在4.0℃/100m左右,实测温度最高178℃;致密,岩石密度变化较大。常规深井分层压裂工艺技术已经不能满足火山岩储层改造需要。一般多采取逐层打桥塞的方式实现分层压裂,存在单井作业时间长,频繁压井对地层伤害大等问题。为提高深层火山岩气井单井产量和气藏储量动用程度,需要研制适合高温高压储层大规模分层压裂工艺管柱。分层压裂工艺管柱主要由Y443-108封隔器、Y344-115封隔器、安全接头、水力锚、节流嘴、滑套喷砂器、插入密封段等组成。管柱耐温180℃,工作压力100MPa。管柱结构特点在于两级封隔器之间不采用传统的油管直接相连方式,避免油管连接处由于受轴向拉力出现滑脱事故。压裂时,通过在井口投钢球打开滑套喷砂器的方式转换目的层,实现深层气井高压致密储层不动管柱两个层段的分层改造。采用有限元分析方法校核管柱强度安全可靠。研制耐高温高压封隔器是深井分层压裂工艺管柱的技术关键。首先,从胶料配方、添加剂、硫化工艺及胶筒结构设计等方面入手,研制在高温高压条件下应用的机械密封性能良好的胶筒。其次,从结构设计、材质、加工工艺等方面开展研究,研制出适应深井高温高压恶劣环境下工作的封隔器。通过开展冲刷磨损试验,研究了材料硬度和冲刷角度对磨损的影响,总结出材料磨损与冲刷速度的经验公式,推算出大规模压裂时管柱壁厚减薄量,提出提高管柱耐磨性的技术措施。现场共进行3口井分层压裂现场试验。现场试验表明,在不动管柱条件下,实现两个层段分层改造。管柱下入井段最高温度161.4℃,施工最高压力达到98.0MPa,最大施工排量6.0m3/min,单井最大加砂140m3,提高了深层火山岩气井压裂施工效率和气藏改造效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 创新点摘要
• 第一章 前言
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究目的和意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 火山岩气藏开发技术现状
• 1.3.2 致密气藏分层压裂工艺管柱现状
• 1.3.3 冲蚀磨损研究进展
• 1.3.4 高温高压封隔器研究进展
• 1.4 研究内容
• 第二章 火山岩气藏分层压裂工艺管柱
• 2.1 分层压裂工艺管柱设计思路
• 2.1.1 施工方式的选择
• 2.1.2 管柱结构的确定
• 2.1.3 可钻式封隔器防中途坐封问题
• 2.2 分层压裂工艺管柱结构及原理
• 2.2.1 管柱结构
• 2.2.2 工作原理
• 2.2.3 性能特点
• 2.3 分层压裂工艺管柱强度校核
• 2.3.1 分层压裂管柱力学模型的建立
• 2.3.2 网格化
• 2.3.3 边界条件和加载情况
• 2.3.4 应力、位移和应变的计算结果
• 2.3.5 压裂管柱强度的校核
• 2.4 本章小结
• 第三章 提高管柱加砂规模的方法研究
• 3.1 问题的提出
• 3.2 冲刷磨损影响因素
• 3.2.1 磨粒特性的影响
• 3.2.2 冲击角的影响
• 3.2.3 冲击速度
• 3.2.4 冲刷磨损时间
• 3.2.5 硬度的影响
• 3.3 冲刷磨损机理分析
• 3.3.1 冲刷磨损试验原理和装置
• 3.3.2 试验条件
• 3.3.3 冲刷试验结果及分析
• 3.3.4 磨损量计算
• 3.4 提高管柱耐磨性能的技术措施
• 3.4.1 设计合理的管柱结构
• 3.4.2 管柱结构整体采用耐磨材料
• 3.4.3 管柱结构材料的表面改性处理
• 3.4.4 采用表面耐磨涂层技术
• 3.4.5 管柱内加装耐磨衬套结构
• 3.5 本章小结
• 第四章 高温高压密封件研究
• 4.1 研究的目的和意义
• 4.2 橡胶材料的非线性特征
• 4.3 胶筒的研制
• 4.3.1 耐热橡胶的选择
• 4.3.2 配方的设计与优选
• 4.4 室内油浸试验
• 4.4.1 高温高压油浸系统
• 4.4.2 室内油浸试验过程
• 4.4.3 试验结论
• 4.5 本章小结
• 第五章 高温高压封隔器及配套工具研制
• 5.1 Y344-115 封隔器
• 5.1.1 封隔器组成
• 5.1.2 工作原理
• 5.1.3 特点
• 5.2 Y443-108 封隔器
• 5.2.1 组成
• 5.2.2 工作原理
• 5.2.3 特点
• 5.2.4 Y443-108 封隔器卡瓦性能试验
• 5.2.5 胶筒保护结构性能试验
• 5.3 配套插入密封段
• 5.3.1 组成
• 5.3.2 工作原理
• 5.3.3 特点
• 5.4 滑套喷砂器
• 5.4.1 组成
• 5.4.2 工作原理
• 5.4.3 特点
• 5.5 深井压裂水力锚
• 5.5.1 组成
• 5.5.2 工作原理
• 5.5.3 特点
• 5.5.4 水力锚的有限元分析
• 5.6 深气井循环装置
• 5.6.1 组成
• 5.6.2 工作原理
• 5.6.3 特点
• 5.7 本章小结
• 第六章 现场试验情况及效果分析
• 6.1 XS902 井现场试验
• 6.2 SS2 井现场试验
• 6.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢
• 详细摘要