摘要：水平井分段壓裂完井技術的快速發展推動了油氣開發向更大的規模和更廣的范圍發展，將非常規油氣開發推向了更高的水平。以前常采用的水平井裸眼分段壓裂完井技術存在井壁穩定性差、完井風險大等問題且分段級數有限，采用固井套管分段壓裂完井技術可以對砂巖泥巖儲層交錯的非常規油氣藏儲層進行更加安全、高效的壓裂增產改造。為了讓分段壓裂固井滑套更好地滿足現場井下固井及大排量體積壓裂施工的需求，優化配套施工方案的制定，本文介紹了目前固井滑套分段壓裂完井技術的發展現狀，并對固井套管壓裂完井中使用的固井壓裂趾端滑套及固井壓裂滑套在施工現場的應用情況進行分析，通過對各類滑套中具有代表性的產品進行原理、特點的對比分析，得到了未來固井滑套分段壓裂完井技術的發展方向及分段壓裂固井滑套的改進建議。

　　關鍵詞：水平井;非常規油氣;固井;分段壓裂;壓裂滑套

　　0引言

　　隨著油氣需求的增加和勘探工作的逐步深入，油氣藏資源的勘探開發逐漸轉向頁巖油、頁巖氣、致密砂巖油等非常規油氣藏，對儲層的改造提出了新挑戰。水平井分段壓裂改造已經逐漸成為非常規油氣藏高效開發的重要手段[1~2]。經過十多年的發展，水平井分段壓裂完井技術已經在國內外現場得到了廣泛的應用和推廣，成為了儲層增產改造的關鍵手段。

　　目前水平井分段壓裂完井技術主要有裸眼封隔器分段壓裂技術、固井滑套分段壓裂技術、水力噴射分段壓裂技術、橋塞射孔分段壓裂技術等[3]。國外壓裂技術在高效化、智能化和無限級方面較為領先，國內較國外相比仍存在一定的差距[4]。近期常用的水平井裸眼分段壓裂完井技術存在井壁穩定性差、完井風險大的問題且分段級數有限，對巖性交錯的非常規油氣藏儲層，更適合采用固井套管壓裂完井技術進行經濟、高效的增產改造。因此，研制安全、可靠、高效的固井壓裂滑套進行分段壓裂完井，對提升非常規油氣儲層開發改造效率、降低施工成本有重要意義。

　　石油論文范例：石油化工自動化控制儀表常見故障及維修

　　本文將對現有固井滑套分段壓裂完井技術及相關配套工具的研制應用現狀進行對比分析，以討論未來技術及工具的改進和發展方向，相關結論可為固井滑套分段壓裂完井技術的發展及固井壓裂滑套工具的改進設計提供參考。1固井滑套分段壓裂完井技術采用固井套管進行壓裂完井的技術主要有水力泵送橋塞射孔分段壓裂技術、連續管拖動封隔器分段壓裂技術、固井滑套分段壓裂技術等[5]。其中，固井滑套分段壓裂技術常用于低滲油氣藏、頁巖氣、煤層氣等非常規油氣藏的增產改造。

　　1.1技術原理固井滑套分段壓裂完井技術是指在鉆井作業完成后，根據油氣藏的地質層位信息在套管內安裝多級壓裂滑套并一趟下入井內，各級滑套抵達對應目的層后實施常規固井施工[6]。壓裂作業時，利用液壓先打開第一級滑套(固井壓裂趾端滑套)，再通過特定的方式逐級開啟后續滑套，實現井眼與儲層的連通，完成多產層分段壓裂，最終實現油氣儲層改造的壓裂增產改造技術。

　　1.2技術特點固井滑套分段壓裂完井技術采用固井方式完井，對井眼穩定性、規則性要求低，能夠滿足儲層鉆井難度大的復雜井況要求[7];固井后，井壁穩定性好，井控風險小，可滿足后期施工要求;可對儲層進行定點壓裂，改造針對性強;采用固完井壓裂一體化管柱，壓裂作業連續，無需額外射孔;套管作為壓裂管柱，管內摩阻小，地面施工壓力低[8];操作可靠且提高了施工效率，成本費用低。因此，固井滑套分段壓裂完井技術相比于其他套管內壓裂完井技術具有明顯的優勢，在現場應用中展現出巨大的經濟效益和技術優勢。固井壓裂趾端滑套和固井壓裂滑套是該技術中的關鍵工具。開展固井壓裂趾端滑套和固井壓裂滑套的研發工作對于提升現場壓裂完井作業的工作效率、降低施工成本具有重要意義。

　　2固井壓裂趾端滑套研制現狀

　　長水平段水平井使用連續油管進行首段射孔作業受到深度因素限制，制約了非常規油氣的安全高效開發，固井壓裂趾端滑套的研制解決了上述問題，近年來逐漸廣泛應用于各大油氣田。國外油田公司對于固井壓裂趾端滑套的研究起步較早，已取得一定的進展，形成了一系列具有優勢和特色的工藝技術與配套產品，主要包括Smart趾端滑套、RapidStartTMInitiatorCT滑套等[9]，這些產品使用時大多受到井深限制，開啟壓力不足，在國內現場使用效果較差，且處于技術壟斷，供貨周期長、費用高。國內自主研發的代表性產品是中國石油集團工程技術研究院研制的DRCFT型固井壓裂趾端滑套，已在昭通頁巖氣田全面推廣應用，突破了國外產品適用垂深的限制，總體技術國際先進，打破了國外公司的技術壟斷。

　　2.1現場需求

　　隨著頁巖氣藏勘探開發的持續深入，水平井的水平段不斷延伸。由于連續油管的一般作業長度有限，在井深較深的情況下難以下到指定位置，且對于井眼軌跡復雜、水垂比較大、水平段末端呈“上翹型”等的水平井，連續油管傳輸射孔易發生卡鉆、自鎖、落物等問題[10]。

　　針對水平井第一段射孔連續油管傳輸及爬行器送入等存在的射孔槍難以下至井底[11]，施工風險大，作業時間長、費用高等問題，多數油田選擇使用固井壓裂趾端滑套代替連續油管射孔作業，建立第一段壓裂通道，從而對儲層進行增產改造。目前固井壓裂趾端滑套在現場的應用中有以下技術需求：①要求固井壓裂趾端滑套能夠準確開啟，開啟壓力值誤差需控制在設計值的3%以內;②在高溫、高壓的工作環境下保證良好的密封性;③能夠滿足固井及大排量壓裂施工;④能夠完成全井筒套管的密封完整性測試。

　　2.2工作原理

　　中國石油集團工程技術研究院研制的固井壓裂趾端滑套是目前我國研制的較有代表性的產品。固井施工前，將固井壓裂趾端滑套隨套管下入井底預定位置，正常開泵循環、固井注水泥作業等。壓裂前對井筒內套管進行階梯式試壓，試壓壓力達到高精準開啟閥開啟壓力值，開啟閥打開，套管內液體及液體壓力通過傳壓孔傳遞作用于滑套，使其向下移動，露出壓裂孔，建立套管內外連通通道，便可直接進行壓裂作業或泵送測井儀器、橋塞、射孔槍等后續作業工具。

　　2.3主要技術參數DRCFT型固井壓裂趾端滑套自2018年開始研制以來取得了較大突破進展，主要技術參數如下：內通徑112~118mm，本體外徑186mm，開啟壓力50~160MPa可調，總長度1.53m，耐高溫180℃。

　　2.4技術優勢

　　該固井壓裂趾端滑套有以下幾點技術優勢：

　　(1)采用特殊流體隔離屏蔽技術，隔離保護滑套運動部件和高精準開啟閥，防止水泥漿凝固后對滑套開啟造成影響。(2)滑套本體與下接頭間采用獨特的空氣腔結構設計，開啟壓力由套管內絕對壓力決定，不受套管內外壓差限制。(3)安裝三個相對放置為120°的高精準開啟閥，提供備份，確保至少一個高精準開啟閥始終布置在水平井眼的高側，不會被井筒雜質封堵，確保滑套開啟成功。 (4)完全開啟后，流道面積基本等于套管流道面積，壓裂過程中無通道節流。(5)滑套本體與上、下接頭間采用高溫高壓動密封，確保滑套開啟前密封長久有效。

　　2.5應用現狀

　　據不完全統計，固井壓裂趾端滑套目前已在國內非常規油氣井使用超150口井。截止目前，DRCFT型固井壓裂趾端滑套已在昭通頁巖氣井現場應用超33口井，固井施工期間沒有發生提前打開的問題。固井到壓裂井筒試壓，最長放置時間509天，壓裂時全部順利打開且滿足壓裂施工要求，開啟成功率100%。近期中國石油集團工程技術研究院已經升級研制出二代全井筒可試壓DRCHP型固井壓裂趾端滑套，在原有結構基礎上增加了試壓短節，可進行180MPa的全井筒試壓，目前已在現場應用2口井，均順利打開滿足現場施工要求，總體技術國際領先。

　　3固井壓裂滑套研制現狀

　　目前，國外各大油田公司已研制出多種較成熟的固井壓裂滑套產品并在現場得到了較廣泛的應用，取得了較好的效果，但目前國內成型產品較少，且僅有少數油田引進了國外產品。國內外現有的固井壓裂滑套雖然能滿足一定條件下的現場需求，但不同種類的固井壓裂滑套尚存有各自的缺陷。現有的滑套產品可大致分為：投球憋壓開啟式、飛鏢憋壓開啟式、機械工具開關式、液壓封隔開啟式、電磁智能開啟式等。

　　3.1投球憋壓開啟式滑套

　　投球憋壓開啟式滑套是指在滑套內置憋壓球座，在組合管柱下入井中并準確定位后，先進行常規固井作業，隨后投入不同直徑的壓裂球與對應的球座配合，密封憋壓，向井口打壓逐級開啟滑套完成壓裂，反排時，球隨附液體返出井筒。近幾年來，投球憋壓開啟式滑套及壓裂球發生了許多變化，特別是球的材料和球座的幾何形狀，都有了不少創新和改進[13~14]。例如，將常規球座改造成雙座球座，這樣可增加同尺寸壓裂球能提供的憋壓壓力，進而提升同尺寸滑套可壓裂的級數。

　　3.2飛鏢憋壓開啟式滑套

　　與投球憋壓開啟式滑套類似，飛鏢憋壓開啟式滑套也是通過向井下投入觸發工具與井下結構配合密封的方式來憋壓開啟滑套。得到較廣泛應用的是Schlumberger公司2006年研制出的TAP-Lite滑套，該滑套主要由啟動閥、TAP閥、中繼閥等組件組成，其中TAP閥主要由閥體、內滑套、活塞、C形環等部分組成，滑套和飛鏢的具體結構。

　　當壓力沿著液壓控制管線由上一級傳至腔內，C型環受擠壓變形縮徑，投入飛鏢與之配合密封，即可通過向套管內加壓開啟滑套，進而將壓力傳遞給下一級滑套。該滑套也不需要額外下入井下工具管串，節省了施工時間，且相比于投球憋壓開啟式滑套其施工壓力較低，無需鉆銑球座，提高了工作效率。

　　4技術發展方向

　　隨著勘探開發的不斷深入，未來的油氣開采將面臨更加復雜的井下環境，對于更高效率、更低風險的技術實施提出了要求。因此，固井滑套分段壓裂完井技術未來將會更加廣泛的被油田現場需要和應用。為了更好地面向現場的技術需求，現對固井滑套分段壓裂完井技術未來的發展方向提出展望。國內外對于非常規油氣藏的開發最早利用滑套是采用裸眼封隔器+滑套的方式進行壓裂完井的，在國內外油田得到了較廣泛的應用。后來由于采用這種方式壓裂井壁穩定性差、完井風險大，近年來便多采用固井滑套分段壓裂完井技術進行完井改造。

　　最早應用較為廣泛的是投球憋壓開啟式滑套，但是由于壓裂球尺寸限制和起裂壓力較高導致可壓裂層數受限，其推廣受到了嚴重制約，因此這種滑套現在只常用于對壓裂層數要求不多的油氣井。通過不斷的改進和創新，各大公司又開發出可下入配套機械工具的可開關的固井壓裂滑套，實現了出水層的封堵和選擇性的儲層改造，在淺層頁巖氣及致密砂巖產層的開發取得了較好效果。近年來，為了實現更加智能化的壓裂改造，液壓封隔開啟式滑套及無線電磁開啟式滑套被研發出來，逐漸在各大油田進行了現場試驗。

　　從整體層面來看，國外大多數的水平井壓裂正在朝著無限級、多層次、智能化的方向發展，我國的壓裂完井技術與國外相比還存在著一定差距，在壓裂層數和壓裂效果方面還存在著很多的不足。目前，我國使用固井滑套進行多級分段壓裂完井尚未形成有針對性的壓裂施工工藝，因此為了滿足降本增效要求，我國的固井滑套分段壓裂完井技術一定會朝向自動化、智能化方向發展。

　　5結論與建議

　　5.1固井滑套分段壓裂完井技術發展建議

　　建議大力開發固井滑套分段壓裂完井技術配套的計算模型和軟件，在每次的固井、壓裂施工前根據地質情況和已有設備適用的施工條件進行分析計算，對各種類型的固井壓裂滑套進行合理的匹配選擇，對滑套的安放位置、使用數量及滑套的不同開啟方式進行優化計算及優選，爭取做到“一井一案”，減少施工時間，降低開發成本。

　　5.2固井壓裂趾端滑套改進建議

　　隨著固井壓裂分段壓裂完井技術的不斷成熟，油田對于固井壓裂趾端滑套的質量及功能提出了更高的要求。根據現有的各類固井壓裂趾端滑套產品提出改進建議如下：

　　(1)采用高精準度開啟閥，使固井壓裂趾端滑套的開啟壓力準確且可調，實現壓力等級系列化，滿足埋深4500m以內頁巖氣、致密油氣水平井技術需求。(2)提升固井壓裂趾端滑套的最高試壓壓力，保證套管試壓穩定和足夠的試壓時間，滿足全井筒試壓要求，用于檢驗各類井筒的密封完整性。(3)保證固井過程中固井壓裂趾端滑套與水泥漿之間的隔離，對滑套運動部件和高精準開啟閥實現充分的保護，不會被水泥封固住。(4)保證固井壓裂趾端滑套在井下高溫高壓環境下的動密封，保證滑套打開前長久密封，滿足不同垂深水平井的使用要求。

　　5.3固井壓裂滑套改進建議

　　經過對各類固井壓裂滑套性能特點的對比，不論是國內還是國外的滑套產品，每種滑套都有自己獨特的優點，但是在現場應用中仍存在一定的缺陷。建議未來固井壓裂滑套的改進能夠消化吸收不同種類滑套的優點，取長補短，更好地滿足現場施工需求。針對各類固井壓裂滑套現存問題提出具體的改進建議如下：

　　(1)對于投球憋壓開啟式滑套壓裂級數受限的難題，可以繼續優化球座與球的匹配關系[32]，研制各種可收縮球座，實現壓裂后球座的還原。另外可對壓裂球及球座的材料進行可溶性改進[33~34]，以解決球的反排難問題，節約鉆銑球座的時間。(2)對于機械工具開關式滑套上提下放配套開關工具管柱耗時較長的問題，可以在豎直井段預設開關工具駐留筒，減小開關工具不完全起出時對壓裂過程的影響，從而減少配套開關工具上提下放的時間耗損，提升工作效率。

　　(3)可在固井壓裂滑套內預置可開關結構并加裝各類傳感器，以實現后期油氣藏選擇性生產控制和重復壓裂改造。(4)對于井下無線控制開關滑套等智能滑套，應加大研發力度，解決井下供電及高溫、高壓環境下電子元件的使用難題。總體看來，未來的固井滑套分段壓裂完井技術將會在配套關鍵工具和建模軟件的支撐下，滿足井下固井及大排量體積壓裂施工要求，更加高效、智能、安全地逐步實現產層的無限級體積壓裂改造。

　　參考文獻

　　[1]付玉坤,喻成剛,尹強,等.國內外頁巖氣水平井分段壓裂工具發展現狀與趨勢[J].石油鉆采工藝,2017,39(4):514-520.FUYK,YUCG,YINQ,etal.Developmentstatusandtrendofshale-gashorizontalwellstagedfracturingtoolsathomeandabroad[J].OilDrilling&ProductionTechnology,2017,39(4):514-520.

　　[2]曲叢鋒,王兆會,劉碩瓊,等.頁巖氣分段壓裂完井工具初探[J].石油機械,2012,40(9):31-35,44.QUCF,WANGZH,LIUSQ,etal.Preliminaryresearchonthecompletiontoolforshalegasstagefracture[J].ChinaPetroleumMachinery,2012,40(9):31-35,44.

　　[3]張詩航,楊燁,王翔.水平井分段壓裂與滑套球座沖蝕磨損研究[J].石化技術,2016,23(10):230.ZHANGSH,YANGY,WANGX.Researchonstagedfracturinganderosionandwearofslidingsleeveballseatinhorizontalwells[J].PetrochemicalIndustryTechnology,2016,23(10):230.

　　作者：關皓綸1，2王兆會1劉斌輝1