投球計(jì)數(shù)滑套分段壓裂技術(shù)在錦58井區(qū)應(yīng)用實(shí)踐

王新君，申貝貝

?

投球計(jì)數(shù)滑套分段壓裂技術(shù)在錦58井區(qū)應(yīng)用實(shí)踐

王新君，申貝貝

（中國(guó)石化華北油氣分公司石油工程技術(shù)研究院，河南鄭州 450006）

錦58井區(qū)屬典型的低孔、低滲致密砂巖氣藏，采用水平井裸眼封隔器分段壓裂雖然效果顯著，但壓后無(wú)法實(shí)現(xiàn)井筒全通徑，制約后期的井筒治理，為此試驗(yàn)了投球計(jì)數(shù)滑套分段壓裂工藝。該工藝將常規(guī)的級(jí)差式投球滑套改進(jìn)為投球計(jì)數(shù)滑套，通過(guò)投入同一尺寸的壓裂球?qū)崿F(xiàn)水平段逐級(jí)分段壓裂改造。投球計(jì)數(shù)滑套分段壓裂工藝具有完井、壓裂和生產(chǎn)管柱一體化、壓裂級(jí)數(shù)不受限制、作業(yè)速度快、壓后井筒大通徑等優(yōu)點(diǎn)。X井現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，投球計(jì)數(shù)滑套分段壓裂工藝不僅可以實(shí)現(xiàn)1d內(nèi)12段壓裂施工，而且水平井增產(chǎn)效果顯著，X井平均無(wú)阻流量達(dá)到同區(qū)內(nèi)直井的8.6倍。

錦58井區(qū)；水平井；投球計(jì)數(shù)滑套；分段壓裂

錦58井區(qū)位于杭錦旗區(qū)塊十里加汗區(qū)帶西部，構(gòu)造單元位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡北部，主要含氣層為上古生界下石盒子組盒1段，儲(chǔ)層平均埋深3 080 m，巖性以巖屑砂巖為主，氣層分布受砂體展布和物性變化控制。盒1段平均孔隙度9.3%，平均滲透率0.89×10–3μm2，屬于典型的低孔、低滲型氣藏，氣井基本無(wú)自然產(chǎn)能，需要進(jìn)行壓裂改造投產(chǎn)。

2015年對(duì)錦58井區(qū)進(jìn)行了勘探開(kāi)發(fā)一體化評(píng)價(jià)，進(jìn)一步落實(shí)了錦58井區(qū)儲(chǔ)量。多級(jí)管外封隔分段壓裂工藝具有儲(chǔ)層與井筒接觸面寬、泄流面積大、建井成本低等特點(diǎn)，在錦58井區(qū)的勘探開(kāi)發(fā)過(guò)程中改造效果顯著（平均單井產(chǎn)氣無(wú)阻流量10.4×104m3/d），有力地支撐了杭錦旗區(qū)塊的高效勘探開(kāi)發(fā)。但是壓裂井在加砂壓裂施工后進(jìn)行排液測(cè)試及采氣過(guò)程中，常常有支撐劑回流的現(xiàn)象[1]，特別是對(duì)于出砂嚴(yán)重的井，需要實(shí)施沖砂等修井作業(yè)[2]。多級(jí)管外封隔分段壓裂管柱結(jié)構(gòu)存在投球式級(jí)差滑套[3]，導(dǎo)致壓后井筒無(wú)法實(shí)現(xiàn)全通徑而影響后期井筒沖砂作業(yè)、儲(chǔ)層二次改造等作業(yè)。為此，在杭錦旗區(qū)塊錦58井區(qū)開(kāi)展了水平井投球計(jì)數(shù)滑套分段壓裂試驗(yàn)。

1 投球計(jì)數(shù)滑套分段壓裂技術(shù)

投球計(jì)數(shù)滑套分段壓裂技術(shù)以常規(guī)多級(jí)管外封隔分段壓裂完井管柱和壓裂工藝為基礎(chǔ)，將級(jí)差式投球滑套改進(jìn)為新型計(jì)數(shù)式投球壓裂滑套，各級(jí)滑套使用同一尺寸的壓裂球逐級(jí)打開(kāi)，可實(shí)現(xiàn)壓裂后井筒大通徑生產(chǎn)管柱的目的。

1.1 工藝原理

投球計(jì)數(shù)滑套分段壓裂技術(shù)工藝原理與常規(guī)多級(jí)管外封隔分段壓裂工藝相似，利用鉆桿一次下入分段壓裂工具串，投球加壓坐封尾管懸掛封隔器和裸眼封隔器，利用裸眼封隔器進(jìn)行壓裂段間的隔離，丟手分壓工具串后再回接壓裂管柱。工具串第一級(jí)采用壓力開(kāi)啟閥，壓裂時(shí)，兩個(gè)破裂盤在內(nèi)部套管壓力作用下，壓力超過(guò)設(shè)定值時(shí)擊破破裂盤，打開(kāi)壓裂通道。第一段施工結(jié)束后投球打開(kāi)第二級(jí)滑套，進(jìn)行第二段壓裂。依次類推，在不動(dòng)管柱情況下，依次投入同一尺寸的球，逐級(jí)打開(kāi)各級(jí)滑套，可實(shí)現(xiàn)水平井分段壓裂[4]。此外，在投球計(jì)數(shù)滑套套管固井完井中，也可以實(shí)現(xiàn)用同一尺寸的球打開(kāi)多個(gè)滑套，實(shí)現(xiàn)分簇體積壓裂。

1.2 投球計(jì)數(shù)滑套關(guān)鍵技術(shù)

投球計(jì)數(shù)滑套是利用機(jī)械旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)器依次步進(jìn)的原理所研發(fā)的一種新型投球壓裂滑套（圖1）。投球計(jì)數(shù)滑套采用了全機(jī)械驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，無(wú)需電纜或液壓管線控制，只有投球后，在機(jī)械計(jì)數(shù)器的觸發(fā)機(jī)構(gòu)處依靠節(jié)流壓差形成推動(dòng)力，從而推動(dòng)計(jì)數(shù)器工作。

同時(shí)，在滑套沒(méi)有打開(kāi)前，壓裂球也可以反方向驅(qū)動(dòng)，精確計(jì)數(shù)。在壓裂時(shí)，砂堵后可以通過(guò)放噴解堵，操作順序不會(huì)混亂。計(jì)數(shù)器以5步為一個(gè)單元，可以延長(zhǎng)疊加，理論上可以實(shí)現(xiàn)無(wú)限級(jí)。

圖1 投球計(jì)數(shù)滑套管柱結(jié)構(gòu)示意　　

投球計(jì)數(shù)滑套分段壓裂工具采用P110鋼級(jí)，可承受10 000 psi壓差和150℃高溫環(huán)境，適用于4?"和5?"裸眼管外封隔器或套管固井完井，工具參數(shù)見(jiàn)表1。所有入井的滑套都用同一尺寸球打開(kāi)，壓后管柱最小內(nèi)徑分別達(dá)到89 mm（3.5 in）和106 mm（4.17 in），滿足后期（連續(xù)）油管沖砂作業(yè)等要求。

1.3 完井管柱結(jié)構(gòu)組合

投球計(jì)數(shù)滑套管外封隔器完井管柱主要工具包括管外封隔器、壓力開(kāi)啟閥、投球計(jì)數(shù)滑套、懸掛封隔器以及回接筒等。基本的管柱結(jié)構(gòu)示例為：（自下而上）浮鞋 + 浮箍 + 碰壓座 + 壓力開(kāi)啟閥 + 裸眼封隔器 + 計(jì)數(shù)滑套 + 裸眼封隔器 + 計(jì)數(shù)滑套 +…+ 裸眼封隔器+套管 +懸掛器封隔器 + 回接筒 + 回接管柱（含回接插頭和回接管柱），見(jiàn)圖2。

1.回接管柱；2.回接插頭；3.技術(shù)套管；4.回接筒；5.尾管懸掛封隔器； 6.套管；7.投球計(jì)數(shù)滑套；8.管外封隔器；9.壓力開(kāi)啟閥；10.浮鞋+浮箍

對(duì)于套管固井完井投球計(jì)數(shù)滑套分段壓裂工藝而言，完井管柱結(jié)構(gòu)主要工具包括壓力開(kāi)啟閥、投球計(jì)數(shù)滑套、懸掛封隔器、回接筒等。

此外，投球計(jì)數(shù)滑套分段壓裂也可配合可溶性壓裂球壓裂施工?？扇芙鈮毫亚虿捎锰厥怃X鎂合金材料材質(zhì)，可在地層水中自行溶解，從而降低由于壓裂球返排較少后在壓后返排和生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)流體流動(dòng)的影響。

1.4 工藝技術(shù)特點(diǎn)

（1）壓裂施工采用同一尺寸球，壓后實(shí)現(xiàn)井筒大通徑，便于后期井筒作業(yè)。

（2）可根據(jù)施工要求設(shè)置壓裂級(jí)數(shù)和位置，滑套無(wú)級(jí)數(shù)限制。

（3）投球計(jì)數(shù)滑套工具適用于4?"和5?"裸眼管外封隔器或套管固井完井，在套管固井完井中可以實(shí)現(xiàn)同級(jí)多簇壓裂和定點(diǎn)壓裂。

（4）完井工具串與套管同一趟管柱下入，無(wú)需增加下入工序，且壓裂施工工序簡(jiǎn)單，無(wú)需射孔，施工作業(yè)速度快。

（5）投球計(jì)數(shù)滑套壓裂過(guò)程中砂堵后，可以通過(guò)放噴返排解堵，不影響計(jì)數(shù)滑套工作和后續(xù)壓裂施工。

（6）既可用于直井、又可用于水平井，無(wú)需特殊作業(yè)要求，無(wú)需連續(xù)油管等設(shè)備配合，施工成本低。

2 投球計(jì)數(shù)滑套分段壓裂現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2016年至2017年，計(jì)數(shù)滑套分段壓裂技術(shù)在錦58井區(qū)共應(yīng)用水平井5口，設(shè)計(jì)段數(shù)39段，實(shí)際壓裂37段（其中兩段滑套未打開(kāi)采用連續(xù)油管射孔壓裂），段施工成功率94.9%。下面以X井壓裂情況為例進(jìn)行介紹。

2.1 X井概況

X井為杭錦旗區(qū)塊錦58井區(qū)一口開(kāi)發(fā)水平井，目的層為下石盒子組盒1段氣層，鄰井導(dǎo)眼目的層段測(cè)試解釋盒1段氣層砂體厚度為26 m，有效氣層厚度為25 m，平均含氣飽和度約48.5%，目的層上下均發(fā)育較厚的泥巖隔層，遮擋效果較好。X井實(shí)鉆水平段長(zhǎng)1 200 m，鉆遇砂巖總長(zhǎng)度為1 200 m，鉆遇具有全烴顯示的砂巖總長(zhǎng)度為742 m，水平段加權(quán)全烴凈增值20.97%。

2.2 X井完井及壓裂方案

X井采用三級(jí)井身結(jié)構(gòu)，在Φ152.4 mm井眼內(nèi)下裸眼管外封隔、Φ114.3 mm套管和Φ114.3 mm投球計(jì)數(shù)滑套等工具組合完井。同時(shí)結(jié)合水平段測(cè)、錄井解釋和隨鉆伽馬成果綜合分析，封隔器座封在井徑變化較小、沒(méi)有明顯擴(kuò)徑的井段或鉆時(shí)較長(zhǎng)的泥質(zhì)砂巖段，計(jì)數(shù)投球滑套設(shè)置于封隔器之間。完井管柱依次進(jìn)行刮管（刮管器）、通井（單磨鞋和雙磨鞋）建立良好的井眼條件后，完井管柱一次順利完成座封、驗(yàn)封、丟手及回接等工作。

X井設(shè)計(jì)八段壓裂改造，其中第一段采用壓力開(kāi)啟閥壓裂施工，第二段至第八段采用投球打開(kāi)計(jì)數(shù)滑套后壓裂施工?；诓环€(wěn)定滲流原理，應(yīng)用復(fù)位勢(shì)理論、疊加原理和數(shù)值求解方法，并考慮水平井壓后裂縫形態(tài)和生產(chǎn)過(guò)程中油氣在裂縫中的滲流機(jī)理，建立考慮裂縫干擾的壓裂氣藏水平井產(chǎn)量預(yù)測(cè)模型[5–7]，進(jìn)一步優(yōu)化裂縫參數(shù)及施工參數(shù)。設(shè)計(jì)單段入地液量240～335 m3，單段設(shè)計(jì)砂量30～45 m3，平均砂比22.8%，最高砂比35%，施工排量4.0 m3/min。同時(shí)優(yōu)選0.42%羥丙基胍膠壓裂液和20/40目中密度陶粒支撐劑，并配合全程液氮伴注工藝，降低壓裂液濾失，提高壓后返排能量和返排速率[8–9]。

2.3 X井施工過(guò)程及壓后效果

（1）X井順利完成八段壓裂施工，入井總液量2 356 m3，加砂總量300.8 m3，平均砂比22.7%，施工排量3.0～4.1 m3/min。

第一段采用壓力開(kāi)啟閥打開(kāi)壓力40.0 MPa，第二段至第八段計(jì)數(shù)投球滑套打開(kāi)壓力31.1～40.0 MPa，其中第五段計(jì)數(shù)滑套打開(kāi)井口壓力顯示較為明顯，見(jiàn)圖3所示（滑套打開(kāi)壓力38.3 MPa，），另外第二段計(jì)數(shù)滑套打開(kāi)井口壓力顯示不明顯。

圖3 投球計(jì)數(shù)滑套分段壓裂施工曲線

（2）投球計(jì)數(shù)滑套壓裂工藝施工效率高，轉(zhuǎn)層迅速，X井第八段壓裂施工累計(jì)作業(yè)時(shí)間14.0 h，平均單段施工時(shí)間105 min，其中單段轉(zhuǎn)層時(shí)間10～15 min。計(jì)數(shù)投球滑套分段壓裂與多級(jí)管外封隔器分段壓裂工藝施工速率基本相當(dāng)。

（3）X井試氣油壓13.2 MPa，平均產(chǎn)氣量33 674 m3/d，無(wú)阻流量為126 986 m3/d，平均產(chǎn)液量20.2 m3/d，累計(jì)排液量870.5 m3，返排率36.94%。與錦58井區(qū)同層位直井產(chǎn)量（平均無(wú)阻流量14 663 m3/d）相比，增產(chǎn)效果顯著。

（4）X井壓后井筒最小內(nèi)徑89.0 mm，在試氣結(jié)束投產(chǎn)前，采用1.5"連續(xù)油管帶沖砂工具對(duì)水平段進(jìn)行沖砂作業(yè)，由于滑套內(nèi)徑（89.0 mm）和裸眼封隔器內(nèi)徑（98.0 mm）與套管內(nèi)徑（101.6 mm）不一致，井筒內(nèi)存在臺(tái)階，導(dǎo)致沖砂作業(yè)過(guò)程中油管多次遇阻。

3 結(jié)論

（1）投球計(jì)數(shù)滑套分段壓裂工藝具有完井、壓裂和生產(chǎn)管柱一體化、壓裂級(jí)數(shù)不受限制、作業(yè)速度快、壓后井筒大通徑等優(yōu)點(diǎn)，可在10～15 min內(nèi)完成單段投球打滑套作業(yè)，1 d內(nèi)完成12段常規(guī)規(guī)模的壓裂改造。

（2）投球計(jì)數(shù)滑套分段壓裂工藝在錦58井區(qū)X井現(xiàn)場(chǎng)施工總體順利，壓后無(wú)阻流量達(dá)126 986 m3/d，達(dá)到井區(qū)內(nèi)同層位直井無(wú)阻流量8.6倍，單井增產(chǎn)效果明顯，表明該技術(shù)能夠滿足水平井增產(chǎn)的需求。

（3）投球計(jì)數(shù)滑套壓裂技術(shù)在實(shí)際施工過(guò)程中存在部分滑套打開(kāi)壓力顯示不明顯、無(wú)法確認(rèn)滑套開(kāi)啟情況；個(gè)別段壓差滑套無(wú)法打開(kāi)，影響施工進(jìn)度；另外，滑套內(nèi)徑與套管內(nèi)徑不一致容易導(dǎo)致在壓后沖砂過(guò)程中管柱遇阻遇卡。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況表明，雖然投球計(jì)數(shù)滑套分段壓裂技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯，但工具可靠性有待進(jìn)一步改進(jìn)。

[1] 鄔國(guó)棟. 纖維控制壓裂支撐劑回流實(shí)驗(yàn)研究[J].鉆采工藝，2012，35（4）：88–90.

[2] 焦國(guó)盈，王嘉淮，潘竟軍. 支撐劑回流研究進(jìn)展[J]. 西部探礦工程，2007，3（4）：64–66.

[3] 滕春鳴，杜澤宏，施凌麗，等. 水平井裸眼封隔器多級(jí)分段壓裂技術(shù)在蘇75區(qū)塊的應(yīng)用[J].鉆采工藝，2012，35（6）：31–33.

[4] 梁凌云，賴海濤，吳付洋，等. 裸眼封隔器分段壓裂技術(shù)在低滲砂巖氣藏的應(yīng)用[J]. 石油化工應(yīng)用，2014，33(6)，63–66.

[5] 曾凡輝，郭建春，何頌根，等. 致密砂巖氣藏壓裂水平井裂縫參數(shù)的優(yōu)化[J]. 天然氣工業(yè)，2012，32（11）：54–57.

[6] 曾凡輝，郭建春，徐嚴(yán)波，等. 壓裂水平井產(chǎn)能影響因素[J]. 石油勘探與開(kāi)發(fā)，2007，34（4）：474–477.

[7] 姜必武，崔勇，穆祥靜，等. 考慮井筒壓力損失的水平氣井壓裂產(chǎn)能影響因素分析[J]. 天然氣工業(yè)，2011，31（11）：66–67.

[8] 薛成國(guó)，陳付虎，李國(guó)峰，等. 大牛地氣田液氮伴注效果分析及優(yōu)化[J]. 斷塊油氣田，2014，21（2）：236–238.

[9] 羅小軍，潘春，郭建偉. 蘇里格氣田液氮助排工藝技術(shù)[J]. 石油天然氣學(xué)報(bào)，2012，34（9）：291–293.

編輯：張 凡

2018–02–05

王新君，工程師，1966年生，1988年畢業(yè)于西安地質(zhì)學(xué)院，現(xiàn)從事致密低滲油氣藏儲(chǔ)層改造工藝研究。

國(guó)家科技重大專項(xiàng)“低豐度致密低滲油氣藏開(kāi)發(fā)關(guān)鍵技術(shù)”（2016ZX05048）。

1673–8217（2018）04–0106–04

TE254

A