QC成果提高不动管柱水力喷射压裂施工段数PPT学习教案

1、会计学1QC成果提高不动管柱水力喷射压裂施工成果提高不动管柱水力喷射压裂施工段数段数1、小组概况2、背景介绍3、课题选择4、设定目标5、可行性分析6、原因分析7、确定要因8、制定对策9、对策实施10、效果检查11、巩固措施12、下一步计划第1页/共34页小小组组人人员员情情况况姓姓 名名小组中任职务小组中任职务性别性别年龄年龄职称职称学历学历主要工作任务主要工作任务桂桂 捷捷组长组长男男44高级工程师高级工程师本本 科科组织协调组织协调王在强王在强组员组员男男34工程师工程师研究生研究生现场组织现场组织蒙蒙 鑫鑫组员组员男男28助理工程师助理工程师研究生研究生具体实施具体实施赵粉霞赵粉霞组员组

2、员女女42高级工程师高级工程师本本 科科方案设计方案设计任任 勇勇组员组员男男30工程师工程师研究生研究生具体实施具体实施胡相君胡相君组员组员男男30工程师工程师本本 科科具体实施具体实施冯冯 飞飞组员组员男男29助理工程师助理工程师研究生研究生具体实施具体实施樊樊 晨晨组员组员男男34助理工程师助理工程师研究生研究生具体实施具体实施邵邵 媛媛组员组员女女28助理工程师助理工程师本本 科科具体实施具体实施冯长青冯长青组员组员女女28工程师工程师研究生研究生具体实施具体实施小组单位小组单位油气工艺研究院油气工艺研究院工具研究室工具研究室课题名称课题名称提高提高4套管不动管柱水力喷射套管不动管柱水

3、力喷射压裂施工段数压裂施工段数小组名称小组名称特殊作业特殊作业QCQC小组小组成立时间成立时间2010.3小组活动时间小组活动时间2010.3-12小组类型小组类型攻关型攻关型制表：桂捷时间：第2页/共34页2006年：获陕西省一等奖、全国优秀质量管理小组2007年：获石油工业QC成果一等奖、全国优秀质量管理 小组2008年：获长庆油田分公司一等奖、中国质量协会石油协会二等奖2009年：获长庆油田分公司三等奖、陕西省优秀奖获奖情况第3页/共34页水力喷射压裂的基本原理：22pVgzC 通过水力喷砂射孔在储层形成孔道后持续喷射，在高压水射流作用下孔道形成增压的同时提升环空压力, 当孔内压力超过地

4、层破裂压力时瞬间将地层压开，实现水力喷射压裂。主要特点： 射孔、压裂一体化 无需机械隔离 一趟管柱可以连续实施多段压裂第4页/共34页 2008年，在苏10-30-38H井（一段）和苏平14-13-36井（两段）成功实施了气田水平井的拖动水力喷射压裂施工。 2009年，在靖平33-13等4口水平井开展了不动管柱水力喷射分段酸压（压裂）三段的工艺试验，施工过程顺利，工具性能可靠，显示出了较好的应用前景。第5页/共34页第6页/共34页改造段数有效储层段长度与采气指数的关系00.511.522.5010002000300040005000改造段数有效储层段长度(m)采气指数(104m3/d.MPa

5、)有 效 储 层 段 长 度 与 单 位 压 降 下 累 计 采 气 量 关 系 图0501001502002503003500.0100.0200.0300.0400.0500.0600.0700.0800.0有 效 储 层 段 长 度 (m)单位压差下累计产气量(104m3/MPa）苏里格气田水平井压裂段数与压后试气产量关系第7页/共34页第8页/共34页前期井效果分析表明增加水平段长度和改造段数对提高水平井产量影响较大。水平段大于1000米的长水平段水平井不断增加。上级部门提出了不动管柱水力喷射分段压裂五段及五段以上的要求。提高气田水平井4套管不动管柱水力喷射压裂施工段数第9页/共34页

6、 设定目标通过改进工艺完善配套工具等措施，实现气田水平井 4套管不动管柱水力喷射压裂五段以上的目标1段2段3段5段活动前目标第10页/共34页 成员素质1、近几年攻关研究使我们对水力喷射压裂技术有了深刻认识。2、小组大部分成员参加过滑套类相关工具的设计和现场施工， 经验丰富。3、国外水平井多段改造工艺为我们的设计提供了参考。 团队成员有经验丰富的高级工程师且大部分成员具有较强的理论、实践基础及小组QC活动经验，有较高的技术素养、管理水平和团队协作能力。提高气田水平井4套管不动管柱水力 喷射压裂施工段数目标是可以实现的结 论第11页/共34页不动管柱水力喷射压裂施工段数受限培训不够设计经验不足携

7、砂液对工具的冲蚀井筒未彻底清洗油管接箍与套管内壁的间隙小油管的强度不够滑套进入滑套座不能密封携砂液对滑套冲蚀过大喷嘴流道结构不合理喷嘴排列方式不合理液体粘度高导致节流压差大环境工具职业素养不够施工液体井筒油管滑套密封球喷嘴密封球在高压下密封性能差工具外壁与套管内壁的间隙小人员第12页/共34页序号末端因素确认方法标准负责人结论1培训不够培训不够上岗人员是否教育上岗人员是否教育充分充分是否参加过相关培训是否参加过相关培训桂桂 捷捷非要因非要因2设计经验不足设计经验不足组员是否参加过相组员是否参加过相关工具的设计关工具的设计至少参加过一次工具至少参加过一次工具设计设计桂桂 捷捷非要因非要因3携砂液

8、对工具的冲蚀携砂液对工具的冲蚀加砂是否适当加砂是否适当严格按施工设计执行严格按施工设计执行搅拌均匀搅拌均匀赵粉霞赵粉霞非要因非要因4液体粘度高导致节流液体粘度高导致节流压差大压差大检测液体粘度检测液体粘度交联比为交联比为100:0.5-0.8冯长青冯长青非要因非要因5井筒未彻底清洗井筒未彻底清洗对井筒进出口水质对井筒进出口水质进行对比分析进行对比分析返出洗井液机械杂质返出洗井液机械杂质含量小于含量小于0.2%樊樊 晨晨非要因非要因6工具外壁与套管内壁工具外壁与套管内壁的间隙小的间隙小进行工具入井的可进行工具入井的可行性分析行性分析工具外壁与套管内壁工具外壁与套管内壁间隙不小于间隙不小于5mm冯

9、冯 飞飞非要因非要因7油管接箍与套管内壁的间隙小对不同型号油管进对不同型号油管进行对比分析行对比分析油套管环空油套管环空/ /油管内油管内孔面积比大于孔面积比大于90%王在强王在强要因第13页/共34页序号末端因素确认方法标准负责人结论8油管的强度不够油管的强度不够评价油管机械性能评价油管机械性能执行执行API标准标准邵邵 媛媛非要因非要因9滑套进入滑套座不能密封滑套进入滑套座不能密封室内试验及理论分析室内试验及理论分析密封合格率率密封合格率率不低于不低于95%胡相君胡相君非要因非要因10携砂液对滑套冲蚀过大室内试验及理论分析室内试验及理论分析内径磨损量小内径磨损量小于于1.5mm王治国王治国

10、要因11密封球在高压下密封性能差室内试验及理论分析室内试验及理论分析承压能力大于承压能力大于45MPa任任 勇勇要因12喷嘴流道结构不合理室内试验及理论分析室内试验及理论分析流量系数不小流量系数不小于于0.95，扩散角不，扩散角不大于大于15蒙蒙 鑫鑫要因13喷嘴排列方式不合理喷嘴排列方式不合理室内试验及理论分析室内试验及理论分析满足施工要求满足施工要求 赵粉霞赵粉霞非要因非要因制表：王在强时间：第14页/共34页 影响射孔期间携砂液能顺利通过油套环空的主要因素是油管接箍与套管内壁的间隙，增加段数就要将油管换成2油管，油管接箍与套管内壁间隙明显变小，2N80平式油管油套管环空/油管内孔面积比为

11、62.9%，会增大节流压差，影响携砂液循环。要因一：油管接箍与套管内壁的间隙小第15页/共34页要因二：携砂液对滑套冲蚀过大 密封球同上一级滑套保持一定间隙的同时必需于本级滑套有一定的过盈量才能完成正常坐封，在施工过程中滑套被携砂液冲蚀后会出现内径扩大的现象，在此情况下密封球的密封可靠性是压裂施工的关键。三段水力喷射压裂配套工具级数一级一级二级二级三级三级球级滑套的过盈量6.755.6七段水力喷射压裂配套工具级数一级一级二级二级三级三级四级四级五级五级六级六级七级七级球级滑套的过盈量3.5753.453.53.5753.54.5制表：蒙鑫时间：第16页/共34页要因三：密封球在高压下密封性能差

12、 密封球在高压作用下可能发生严重变形或破坏导致其不能正常工作。第17页/共34页要因四：喷嘴流道结构不合理 水力喷砂射孔阶段主要依靠等速核的水力冲蚀作用射穿套管、水泥环打开储层岩石，要求：1、快速有效的射孔；2、足够的射孔深度。 压裂阶段要求射流扩散角小，通过射流能将更多的环空液体带入裂缝，实现自动封隔。水力喷射压裂要求的射流特性：1、等速核长、流速快；2、扩散角小。 喷嘴是形成射流的主要元件，其流道结构直接决定了射流特性，因此喷嘴的流道结构设计是实现水力喷射压裂的关键。umyu=um2umbb1/2uum= u0u =2u0y1/2bm1/2u00.9u0u0射流源o核心区混合区起始段过渡段

13、主体段xu等速核第18页/共34页 为了增加水力喷射压裂施工段数，喷射器壁厚逐渐变薄，喷嘴不断变短，严重影响了喷嘴的流道结构。第19页/共34页序号主要原因对策目标措施实施人完成日期1 1油管接箍与套油管接箍与套管内壁间隙小管内壁间隙小优选小接优选小接箍箍油管油管在保证强度的在保证强度的条件下油套管条件下油套管环空环空/ /油管内油管内孔面积比大于孔面积比大于90%调研并优选调研并优选小接箍油管小接箍油管王在强王在强胡相君胡相君蒙蒙 鑫鑫2010.62 2携砂液对滑套携砂液对滑套冲蚀过大冲蚀过大优选滑套优选滑套的的材质材质内径磨损量小内径磨损量小于于1.5mm对滑套进行对滑套进行抗冲蚀实验抗冲

14、蚀实验桂桂 捷捷赵粉霞赵粉霞邵邵 媛媛2010.63 3密封球在高压密封球在高压下密封性能差下密封性能差优选密封优选密封球球材质材质承压能力大于承压能力大于45MPa45MPa进行密封球进行密封球密封性实验密封性实验任任 勇勇冯冯 飞飞樊樊 晨晨2010.74 4喷嘴流道结构喷嘴流道结构不合理不合理优化喷嘴优化喷嘴流流道结构道结构流量系数大于流量系数大于0.95，扩散角，扩散角小于小于15理论分析、理论分析、模拟实验模拟实验蒙蒙 鑫鑫冯长青冯长青任任 勇勇2010.7制表：任勇时间：第20页/共34页措施一：优选小接箍油管油管结构内屈服压力(MPa)接头连接强度(吨)挤毁强度(MPa)油套管环

15、空 / 油管内孔面积比 ()APIAPI标准结构标准结构73.0273.02* *5.51 N805.51 N80平式油管平式油管72.947.947762.9山东墨龙山东墨龙接箍外径为接箍外径为82.582.5，其余采用，其余采用APIAPI标准标准72.947.947791.5奥钢联奥钢联VAGTVAGT扣扣接箍外径接箍外径81.281.272.8846.97797外径mm壁厚mm内径mm接箍外径mm重量Kg/m抗内压强度MPa抗外挤强度MPa抗拉强度KN73.0273.02奥钢联奥钢联5.5162.0081.29.2972.8877.047073.0273.02常规外加常规外加厚厚5.5

16、162.0093.29.6772.976.9645 小接箍油管与小接箍油管与2N80平式油管机械性能相近，但环空间隙明显增大。按安平式油管机械性能相近，但环空间隙明显增大。按安全系数计算，小接箍全系数计算，小接箍2油管最大许可下入深度为油管最大许可下入深度为2570m左右，可以满足左右，可以满足目前目前4套管井水力喷射压裂需要。套管井水力喷射压裂需要。结论：制表：胡相君时间：第21页/共34页措施二：优选滑套材质 选取一口油井，将滑套连接在压裂管柱上，待施工结束后起出，采用测量的办法来评价滑套磨损量。 牌号力学性能抗拉强度(MPa)0.2%屈服强度 (MPa)伸长率()断面收缩率 ()硬度HB

17、冲击功 Akv (J)冲击韧性值 (J/cm2)试样尺寸20 CrMo885(90)685(70)1250197HB7898(10)15mm35 CrMo985(100)835(85)1245229HB6378(8)25mm左侧为20 CrMo试件，右侧为35 CrMo试件实验前实验后制表：冯飞时间：第22页/共34页 名称序号测量垂深（mm）磨损前内径（mm）35CrMo材质内径（mm）20CrMo材质内径（mm）1031.1941.4240.902527.55383738.52537.1636.244102536.1635.75152531.329.66202528.4626.472525

18、25.625.2 1、20CrMo材质的滑套耐磨性能比35CrMo材质的滑套高； 2、两种材质滑套均存在不同程度磨损，但内壁光滑，密封性能可以满足 现场施工的要求。 结论：制表：樊晨时间：第23页/共34页措施三：优选密封球材质44.45mm, 50.8mm, 57.15mm 三种规格空心钢球室内承压试验。 44.8mm, 40mm, 38mm, 30.1mm 四种规格树脂球室内承压试验 空心钢球打压前实物图 破坏后实物图 树脂球打压前实物图 破坏后实物图 结论：1、所有树脂球在45MPa下均发生较为严重的变形，形状由初期的圆形变为圆台型，不能满足水力喷射压裂施工要求。2、空心钢球在45MPa

19、下均未发生变形且密封良好，可以满足水力喷射压裂施工要求。压力为60MPa时，发生破坏。在压力为50MPa时，发生破坏。第24页/共34页 喷嘴几何结构：圆弧+圆锥+圆柱 根据水力喷压裂施工的需要，经过对不同结构参数喷嘴的理论计算，设计出了流量系数大于、扩散角小于15、等速核长、与喷射器壁厚相匹配的喷嘴。措施四：喷嘴结构优化设计第25页/共34页第26页/共34页实施了四项主要措施水平段选用2小接箍（奥钢联）油管应用20CrMo材质的滑套并对其表面进行热处理优选承压性能可靠的密封球设计了与喷射器壁厚相匹配的喷嘴第27页/共34页 目标实现3段2段1段5段7段 活动前 活动后 目 标第28页/共34页21.17水力喷射分段压裂9301541盒8桃2-4-7H445水力喷射分段压裂625850盒8苏6-4-10H220.265水力喷射分段压裂3811000盒8桃2-6-12H34.15水力喷射分段压裂625850盒8苏6-4-10H180.57水力喷射分段压裂5841301盒8苏6-2-10H1113.47水力喷射分段压裂6291268盒8苏14-7-41H215.45水力喷