壓采一體化工藝在東勝氣田小井眼 定向井中的試驗應(yīng)用

梁志彬

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

東勝氣田位于鄂爾多斯盆地北部，橫跨伊盟隆起、伊陜斜坡、天環(huán)坳陷3個一級構(gòu)造單元，包含十里加汗、什股壕、烏蘭吉林廟等7個勘探開發(fā)區(qū)帶[1–3]。主力開發(fā)區(qū)十里加汗區(qū)帶二疊系下石盒子組疊合發(fā)育山西組（山2 段、山1 段）及石炭系太原組等發(fā)育6 套氣層，其中下石盒子組氣藏規(guī)模最大。十里加汗區(qū)帶是東勝氣田主力開發(fā)區(qū)，氣藏埋深2 600.00～3 300.00 m，平均孔隙度8.4%～10.1%，平均滲透率為0.45×10-3～1.64×10-3μm2，平均壓力系數(shù)0.86～0.94，具有低孔、低滲、低壓、低豐度的特征[4–6]，屬低滲致密氣藏，必須通過壓裂改造才能獲得經(jīng)濟(jì)產(chǎn)能。

東勝氣田杭錦旗錦58 井區(qū)位于主力開發(fā)區(qū)十里加汗區(qū)帶，自2016 年采用水平井規(guī)模開發(fā)，主體采用裸眼封隔器分段壓裂工藝，建成了錦58 井區(qū)第一個1×108m3產(chǎn)能區(qū)，取得了較好的效果[7]。隨著開發(fā)的持續(xù)，前期的持續(xù)上產(chǎn)導(dǎo)致已開發(fā)區(qū)域剩余氣分布零散，且水平井不能兼顧疊合發(fā)育區(qū)的多套氣層，水平井規(guī)模開發(fā)的難度越來越大。因此，急需一種低成本壓裂工藝技術(shù)對疊合發(fā)育區(qū)剩余氣進(jìn)行有效開發(fā)。

1 壓采一體化工藝

東勝氣田前期直井/定向開發(fā)井井身結(jié)構(gòu)采用二級井身結(jié)構(gòu)φ139.7 mm 套管固井完井（圖1a），為進(jìn)一步降低鉆井成本和鉆井周期，減少巖屑處理，2019 年開始采用小井眼井身結(jié)構(gòu)，即二級井身結(jié)構(gòu)φ114.3 mm 套管固井完井（圖1b）。φ139.7 mm 套管固井完井的定向井機(jī)械分壓工藝應(yīng)用成熟，但是在φ114.3 mm 套管固井完井的定向井內(nèi)采用機(jī)械分壓工藝，由于井眼直徑小，難度較大。目前φ114.3 mm 套管固井完井定向井主體壓裂工藝為固井滑套分層壓裂工藝和連續(xù)油管帶底封分層壓裂工藝[8]。固井滑套分層壓裂工藝存在滑套打不開、后續(xù)處理困難等問題；而連續(xù)油管帶底封分層壓裂工藝費用較高。因此，優(yōu)化形成小井眼定向井壓采一體化技術(shù)，即壓裂管柱和生產(chǎn)管柱為一體，可降低鉆井成本、減少作業(yè)工序、提高作業(yè)效率，單井可壓裂改造多層，是低滲透氣田低成本經(jīng)濟(jì)開發(fā)的有效途徑。

圖1 直井/定向井井身結(jié)構(gòu)

1.1 壓采一體化管柱結(jié)構(gòu)

小井眼定向井采用φ114.3 mm 套管固井完井，內(nèi)徑僅101 mm，壓采一體化管柱結(jié)構(gòu)設(shè)計難度大。對比目前各油田應(yīng)用較廣的機(jī)械分壓管柱封隔器組合，其中，Y211（Y221）+Y111 封隔器組合機(jī)械座封可靠、解封容易，缺點是工具卡井風(fēng)險大、井斜大于50°不易座封。Y341 封隔器組合采用液壓座封，座封簡單，上提解封，缺點是砂堵返洗井難度大。通過反循環(huán)閥能進(jìn)行反洗井，但離水力錨、封隔器有一定距離，反循環(huán)洗井洗不到位，存在整個壓裂工具被卡的風(fēng)險，施工后封隔器不能自動解封，并且壓裂施工沉砂等原因，上提管柱難度大，解封困難。K344 封隔器組合采用液壓座封、泄壓解封，具有結(jié)構(gòu)簡單、施工方便、密封可靠的特點，且能夠多次坐封解封，保證壓裂施工時不同層段有效封隔，起出安全[9–11]。因此，優(yōu)選K344 封隔器組合作為錦58 井區(qū)小井眼定向井壓采一體化分壓管柱用封隔器。

東勝氣田小井眼定向井壓采一體化機(jī)械分壓工具主要采用φ73.0 mm 壓裂油管、安全接頭、水力錨、K344–96 型壓裂封隔器、滑套噴砂器、球座噴砂器等（圖2）。

圖2 小井眼定向井壓采一體化管柱示意圖

1.2 壓采一體化管柱工具參數(shù)

對錦58 井區(qū)小井眼定向井壓采一體化分壓管柱中封隔器、水力錨以及滑套噴砂器等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，該工具組合最高可實現(xiàn)一趟管柱最高改造4 層。優(yōu)化后的封隔器參數(shù)、水力錨參數(shù)、滑套噴砂器參數(shù)分別如表1、表2、表3 所示。

1.3 工作原理

采用電纜傳輸或者油管傳輸射孔，一次射開全部目的層（2 層或3 層），下入壓采一體化機(jī)械分壓管柱，利用K344 封隔器將井筒內(nèi)各儲層的射孔段分開。壓裂時，依靠球座噴砂器節(jié)流，使封隔器坐封通過滑套式噴砂器將上部射孔段封住，壓裂最下部氣層；最下部氣層壓裂結(jié)束后投球打開第一級滑套，使中間氣層連通，并封隔底部改造層，對中間氣層進(jìn)行壓裂；依次再投球打開第二級滑套，使上部氣層連通，并封隔中間改造層，對上部氣層進(jìn)行壓裂。該工藝通過封隔器的封隔及噴砂器滑套的開啟來實現(xiàn)由下而上逐層改造，最終實現(xiàn)不動管柱一次壓裂兩層或三層，分層改造完成后利用壓裂管柱合層放噴排液、采氣，實現(xiàn)壓裂采氣管柱一體化，避免壓井更換投產(chǎn)管柱對儲層造成傷害。

表1 K344–96 型封隔器參數(shù)

表2 K96 型水力錨參數(shù)

表3 PSQ–96 型滑套噴砂器參數(shù)（四層機(jī)械分壓）

1.4 工藝特點

壓采一體化機(jī)械分壓工藝可實現(xiàn)不動管柱連續(xù)分層壓裂，最高壓裂4 層，壓裂后不更換管柱合層開采。該工藝能夠減少作業(yè)工序、提高作業(yè)效率，單井可壓裂改造多層，其施工簡單、轉(zhuǎn)層快、排液速度快，對儲層傷害低，改造層系施工的針對性強(qiáng)，可以實現(xiàn)對各目的層段的有效改造。其優(yōu)點有：

（1）壓裂管柱不需要提前坐封，不需要環(huán)空試壓，只需管柱下到設(shè)計位置、管柱校對準(zhǔn)確，坐封、解封可靠，施工簡單高效

（2）施工中，若遇到地面設(shè)備出現(xiàn)故障、壓裂砂堵等事故，能及時停泵，直接控制放噴排液或直接反洗井處理

（3）采用φ73 mm 油管作為壓裂管柱以及采用可溶球打滑套，壓裂后管柱暢通，利用壓裂管柱即可排液采氣。

1.5 配套井口及管柱強(qiáng)度選擇

東勝氣田錦58 井區(qū)下石盒子組儲層埋深2 950～3 200 m，儲層厚度為10～25 m。根據(jù)儲層不同厚度，優(yōu)化壓裂施工排量為3.0～4.5 m3/min，加砂規(guī)模35～60 m3。計算得到施工排量為3.0～4.5 m3/min 時的不同儲層深度井口施工壓力為50～75 MPa（圖3）。壓裂井口選型原則既能滿足投球尺寸又能滿足耐壓要求，壓裂管柱需滿足抗內(nèi)壓要求，為提高壓裂管柱抗內(nèi)壓能力，壓裂施工時在油管和套管的環(huán)空內(nèi)補(bǔ)充平衡壓。

圖3 不同深度及施工排量下的井口壓力

當(dāng)預(yù)測施工井口壓力不大于60 MPa 時，采用KQ65–70 型耐壓70 MPa 壓裂井口，壓裂管柱采用N80 鋼級φ73.0 mm 油管；預(yù)測施工井口壓力大于60 MPa時，采用KQ65–105型耐壓105 MPa壓裂井口，壓裂管柱采用P110 鋼級φ73.0 mm 油管。φ73.0 mm油管管柱強(qiáng)度數(shù)據(jù)見表4。

表4 φ73.0 mm 油管強(qiáng)度數(shù)據(jù)

2 現(xiàn)場應(yīng)用

2019 年，東勝氣田錦58 井區(qū)共采用壓采一體化機(jī)械分壓工藝壓裂小井眼定向井9 口24 層，施工排量為3.0～3.5.0 m3/min，施工壓力31.2～66.0 MPa，平均單層入地液量234 m3，平均單層加砂量35.2 m3，施工成功率100%，工藝可靠性高。壓裂后平均日產(chǎn)氣量1.98×104m3，取得了較好的改造效果（表5）。利用壓采一體化技術(shù)，單井分壓3 層壓裂施工時間6～8 h，單井壓裂投產(chǎn)作業(yè)周期縮短6～8 d，施工成功率100%，分壓3 層工具成本約8×104元，該工藝具有很高的可靠性、安全性和經(jīng)濟(jì)性。下面以XX–8–14 井為例詳細(xì)介紹。

表5 小井眼定向井壓采一體化工藝施工統(tǒng)計

2.1 XX–8–14 井井況

XX–8–14 井位于杭錦旗錦58 井區(qū)，二級井身結(jié)構(gòu)，φ114.3 mm 套管固井完井，井深3 460 m，人工井底3 426 m，最大井斜28.54°。層共選取盒13層、盒31層和盒32層作為改造目的層。目的層顯示情況及壓裂設(shè)計參數(shù)如表6 所示，要求分壓合采。

表6 XX–8–14 井目的層顯示及壓裂設(shè)計參數(shù)

2.2 XX–8–14 井壓采一體化管柱結(jié)構(gòu)

XX–8–14 井根據(jù)選層情況采用三層機(jī)械分壓壓采一體化管柱，管柱結(jié)構(gòu)為（自上而下）：φ73.0 mm 外加厚油管（N80）+校深短節(jié)+φ73.0 mm 外加厚油管（N80）1 根+安全接頭+φ96.0 mm 水力錨+K344–96 封隔器（3 132.0 m）+φ73.0 mm 外加厚油管+φ38.0 mm 滑套噴砂器+K344–96 封隔器（3188.5 m）+φ73.0 mm 外加厚油管+φ33.5 mm 滑套噴砂器+ K344–96 封隔器（3 212.0 m）+φ73.0 mm外加厚油管1 根+φ30.0 mm 球座噴砂器（圖4）。

2.3 壓裂施工及壓后效果

XX–8–14 井于2019 年11 月15 日完成壓裂，用時8 h，總?cè)氲匾毫?84 m3，總加砂量110.6 m3，液氮48 m3，施工壓力43.6～62.9 MPa，整體施工順利。

XX–8–14 井于2019 年11 月16 日開始利用壓裂管柱放噴排液，第4 d 見氣，第6 d 實現(xiàn)進(jìn)站生產(chǎn)，實現(xiàn)快速建產(chǎn)，充分體現(xiàn)了壓采一體化管柱的優(yōu)勢。該井于2019 年11 月26 日穩(wěn)定產(chǎn)氣，油壓18 MPa，套壓16 MPa，日產(chǎn)氣3.0 5×104m3，日產(chǎn)液3.6 m3，累計排液214.7 m3，返排率27.4%，放噴排液情況見圖5。

圖4 XX–8–14 井壓采一體化管柱結(jié)構(gòu)

3 結(jié)論

圖5 XX–8–14 井放噴排液曲線

（1）K344–96 封隔器壓采一體化機(jī)械分壓工藝能夠滿足φ114.3 mm 套管固井完井小井眼定向井分層改造要求，最高可分壓4 層，管柱結(jié)構(gòu)簡單、轉(zhuǎn)層迅速，時效性高，能夠有針對性地改造各個儲層，改造效果好。

（2）φ114.3 mm 套管固井完井小井眼定向井壓采一體化管柱采用φ73.0 mm 油管，壓后即可采用壓裂管柱放噴排液、投產(chǎn)，無需壓井更換投產(chǎn)管柱，降低了儲層傷害，縮短了壓裂投產(chǎn)周期，單井縮短6～8 d。

（3）小井眼定向井壓采一體化機(jī)械分壓工藝既具有常規(guī)定向井機(jī)械分壓工藝轉(zhuǎn)層迅速、時效高的特點，同時又能滿足排液采氣要求，推廣應(yīng)用前景廣闊。