微型液压系统驱动页岩气井固井滑套研究

发布时间：2020-04-12 07:49

【摘要】：页岩气作为非常规天然气资源的一种,已成为我国的战略能源。为了提高页岩气的开采水平,目前国际上已提出打造智慧化、数字化油气田,以实现油气资源的增产。在油气田智慧化、数字化的过程中,固井滑套多级分段压裂技术作为一种高效增产技术已引起国内外大型能源服务公司的关注。目前可应用的固井滑套多级分段压裂技术在滑套的打开方式上又分为机械开关式滑套和液压开关式滑套,其中机械开关式滑套存在操作繁琐、可靠性不高等缺陷。相比之下,液压开关式滑套借助液压系统大推力、控制方便、布局灵活的优势越来越受到业界重视。但由于页岩气井下高温、高外压的恶劣环境和狭小空间的技术要求,目前的液压开关式滑套只有地面提供液压力,通过集气管束将压力传导至地层执行元件的方式来驱动滑套的开关。其它驱动方式的研究和设计并没有重大的进展。总结来说,主要存在两方面技术挑战,一是液压开关式滑套在井下缺少一套完全独立的微型液压驱动系统,其中适用于井下狭小空间的微型泵的设计是一个难点;二是独立的微型液压驱动系统与固井滑套如何进行共形集成也是一个难点,即各液压元器件如何在固井滑套上合理的布置才能既保证固井滑套的可靠性和稳定性,又能使整个系统适应井下环境。针对以上液压开关式固井滑套出现的挑战与难点,本文研究设计了一种适用于井下狭小空间环境的微型柱塞泵,提出了采用微型柱塞泵驱动固井滑套的方式来实现固井滑套的可控启闭。对微型柱塞泵的结构进行了紧凑化设计,并对摩擦副、容积效率以及自吸性能等关键技术进行了研究。搭建了适用于微型柱塞泵的测试系统,对微型柱塞泵压力、流量和容积效率等参数进行了测试。对微型柱塞泵存在的容积效率低,自吸性能差等问题进行了分析,并进一步改进了其结构。对固井滑套的机械结构进行了设计和强度校核,提出了将整个微型液压驱动系统安装在固井滑套的外缸套U型槽内,以内滑套作为微型液压驱动系统的执行机构。实现了微型液压驱动系统与固井滑套的共形集成。为页岩气井固井滑套在井下实施有效的压裂奠定了基础。
【图文】：

压裂,滑套,套管

硕士学位论文瑞士的 Monobore 压裂工具主要由压裂套管和井下组合工具（[15]，，它是一种机械开关式压裂工具。Monobore 套管由上接头，密封圈组成，如图 1.1 所示。压裂套管随着油管下降到需要破将封隔器悬挂下来并设置尾管。井下组合开关工具通过盘管到井中以打开或关闭内滑套，从而实现每个生产层的破裂。

压裂,连续油管,滑套,无级

1-上接头；2-内滑套；3-密封环；4-下接头图 1.1 Weatherford Monobore 压裂滑套Monobore 套管已在国外广泛使用，并有其独特的优势：使用连续油管闭可以减少液体泵入到井口，使所有产层都能单独压裂；滑套的内径，理论上可以实现无级压裂[16]；在压裂过程中不需要取出连续油管，少了工作时间，耐温可达 163℃。由于连续油管本身的限制，实际上无级压裂，并且使用连续油管来精确定位开关工具也是一项技术挑战。（2）Rapid Frac 系统阿拉伯联合酋长国的哈里伯顿 Rapid Frac 系统是 2011 年引入的一项技包括以下组成部分：Rapid Frac 滑套、Rapida Stage 滑套、Rapid Start眼封隔器[17]，如图 1.2 所示。
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TE925.2

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