連續(xù)油管?chē)娚吧淇滋坠芊侄螇毫研录夹g(shù)的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

摘 要

摘要：隨著我國(guó)逐步對(duì)致密氣藏、頁(yè)巖氣藏等非常規(guī)油氣藏實(shí)施勘探開(kāi)發(fā)，壓裂增產(chǎn)技術(shù)也逐步呈現(xiàn)大規(guī)模、多段分段壓裂的趨勢(shì)。連續(xù)油管帶封隔器套管分級(jí)壓裂技術(shù)是目前國(guó)外較新研
摘要：隨著我國(guó)逐步對(duì)致密氣藏、頁(yè)巖氣藏等非常規(guī)油氣藏實(shí)施勘探開(kāi)發(fā)，壓裂增產(chǎn)技術(shù)也逐步呈現(xiàn)大規(guī)模、多段分段壓裂的趨勢(shì)。連續(xù)油管帶封隔器套管分級(jí)壓裂技術(shù)是目前國(guó)外較新研發(fā)的一種既能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模改造，又能達(dá)到分層壓裂、精細(xì)壓裂的一種新型分級(jí)壓裂技術(shù)。這一技術(shù)通過(guò)連續(xù)油管結(jié)合帶封隔器的噴射工具，利用封隔器的多次上提下放坐封解封達(dá)到不限次數(shù)多級(jí)壓裂的目的；通過(guò)連續(xù)油管?chē)娚吧淇住⑻坠苓M(jìn)行主壓裂，可實(shí)現(xiàn)較大規(guī)模改造；通過(guò)連續(xù)油管的精確定位，可對(duì)儲(chǔ)層縱向上的多個(gè)薄互層進(jìn)行靈活分層，進(jìn)而達(dá)到精細(xì)壓裂的目的。為此，詳細(xì)闡述了連續(xù)油管帶封隔器環(huán)空分級(jí)壓裂的工藝技術(shù)特點(diǎn)以及這一技術(shù)在國(guó)內(nèi)四川盆地HC井區(qū)首次現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況，并對(duì)HC A井施工過(guò)程進(jìn)行了計(jì)算和分析。事實(shí)證明，連續(xù)油管帶封隔器環(huán)空分級(jí)壓裂、作業(yè)周期短、分層靈活精細(xì)、封隔可靠且施工后井筒清潔，可直接多層測(cè)試投產(chǎn)的新型壓裂技術(shù)。為我國(guó)致密氣藏、頁(yè)巖氣藏的多級(jí)分段改造提供了新的且行之有效的解決手段。
關(guān)鍵詞：多級(jí)壓裂；連續(xù)油管；噴砂射孔；封隔器；套管分段；現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用
隨著我國(guó)天然氣勘探開(kāi)發(fā)逐漸向致密砂巖氣、頁(yè)巖氣、煤層氣等非常規(guī)油氣藏領(lǐng)域深入，提高單井產(chǎn)量成為目前開(kāi)發(fā)的首要目標(biāo)。而多級(jí)壓裂技術(shù)作為一種有針對(duì)性的壓裂技術(shù)成為致密砂巖氣藏、頁(yè)巖氣藏增產(chǎn)措施的有效手段。目前國(guó)內(nèi)外較新的分段壓裂工藝包括裸眼封隔器分段壓裂、連續(xù)油管水力噴射分層壓裂、不動(dòng)管柱水力噴射分段壓裂、連續(xù)油管?chē)娚吧淇篆h(huán)空填砂壓裂、電纜橋塞分段壓裂等技術(shù)，并各具特色[1～2]。
連續(xù)油管?chē)娚吧淇滋坠芊侄螇毫咽切陆l(fā)展起來(lái)的一種多級(jí)壓裂技術(shù)，在美國(guó)曾經(jīng)在3天時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)了40級(jí)的壓裂作業(yè)。該技術(shù)結(jié)合了封隔器分層、套管大排量注入和連續(xù)油管精確定位的優(yōu)勢(shì)，對(duì)于縱向上具有多個(gè)產(chǎn)層的油氣藏分層壓裂，特別是薄互層壓裂具有顯著優(yōu)勢(shì)。2010年8月，在四川盆地的HC區(qū)塊上三疊統(tǒng)須家河組利用這一技術(shù)進(jìn)行了2口井6層和7層的薄層加砂壓裂。在連續(xù)油管定位后，通過(guò)噴砂射孔射開(kāi)套管，環(huán)空進(jìn)行大排量加砂壓裂。2口井均施工順利，主壓裂施工中封隔器坐封穩(wěn)定可靠，解封轉(zhuǎn)層快速，壓裂后實(shí)現(xiàn)了快速返排。這一技術(shù)的成功實(shí)施為我國(guó)致密砂巖儲(chǔ)層、頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的多級(jí)壓裂和薄層分層壓裂提供了行之有效的手段。
1 工藝技術(shù)特點(diǎn)
1.1 工藝原理v
    該工藝在套管主壓裂之前首先通過(guò)噴砂射孔射開(kāi)套管，噴砂射孔是利用貝努利原理，通過(guò)噴嘴的節(jié)流，將高壓射孔液轉(zhuǎn)化為高速射孔液對(duì)套管進(jìn)行噴射沖蝕[3～4]。施工過(guò)程中，壓裂車(chē)泵送高壓液體經(jīng)過(guò)混砂車(chē)，石英砂通過(guò)混砂車(chē)與射孔液混合注入地層，屬于后混式磨料混合機(jī)理。本工藝僅以射開(kāi)套管為噴砂射孔的目的，套管沖蝕屬于柔性材料切割機(jī)理。根據(jù)目前國(guó)內(nèi)外實(shí)驗(yàn)結(jié)果，噴砂射孔形成的孔道直徑一般在25mm以上[1]。射開(kāi)套管后，套管進(jìn)行主壓裂，壓裂液通過(guò)套管射開(kāi)的孔道進(jìn)入地層，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施的2口井均為Φ139.7mm套管，主壓裂施工排量在3～3.5m3/min。該工藝采用的封隔器可以承受50MPa的工作壓力，但在連續(xù)油管射孔過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)射開(kāi)地層壓力超過(guò)封隔器上部壓力的情況，因此需嚴(yán)格控制地面回壓，防止地層壓力過(guò)高使得封隔器自動(dòng)解封[5～6]。
1.2 工藝流程
    工藝流程為：①連續(xù)油管帶機(jī)械式套管節(jié)箍定位器進(jìn)行定位；②通過(guò)連續(xù)油管循環(huán)射孔液，達(dá)到一定排量后開(kāi)始加入石英砂進(jìn)行噴砂射孔；③射開(kāi)套管后，進(jìn)行反循環(huán)洗井，此時(shí)平衡閥打開(kāi)，將射孔液和石英砂洗出井口；④進(jìn)行該層的主壓裂施工；⑤施工后，上提連續(xù)油管解封封隔器，再次定位進(jìn)入下一層后，下放坐封封隔器，開(kāi)始進(jìn)行第二層施工。以此步驟完成所有層段施工后，上提連續(xù)油管出井口。
1.3 工具特點(diǎn)
    工具結(jié)構(gòu)包括連續(xù)油管接頭或丟手部分(發(fā)生特殊情況可進(jìn)行丟手)，扶正器(扶正工具)、水力噴射工具(進(jìn)行噴砂射孔)、平衡閥/反循環(huán)接頭(進(jìn)行反循環(huán))、封隔器膠皮(起封隔作用)、封隔器錨定裝置、機(jī)械式節(jié)箍定位器(圖1)。工具在整個(gè)施工過(guò)程中有入井、坐封和解封狀態(tài)。噴砂射孔和主壓裂過(guò)程工具處于坐封狀態(tài)；連續(xù)油管定位和轉(zhuǎn)層過(guò)程中工具處于解封狀態(tài)(圖2)。
 

 

2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況及分析
2.1 HC-A井基本情況
    井型為大斜度井，完鉆斜深為2515.00m，垂深為2225.90m，地層壓力為32MPa，地層溫度為67℃，井斜最大處井深為1925m，井斜50°，油層套管固井質(zhì)量好，儲(chǔ)層巖性為灰白色細(xì)砂巖，孔隙裂縫型儲(chǔ)層[7]。各小層的基本情況如表1所示。

2.2 注入方式
    噴砂射孔：Φ44.5mm連續(xù)油管帶噴射工具。加砂壓裂：Φ44.5mm連續(xù)油管和Φ139.7mm套管環(huán)空注入。
2.3 施工管串
    Φ44.5mm連續(xù)油管+連續(xù)油管接頭+丟手工具+扶正器+水力噴射工具+平衡閥+反循環(huán)接頭+封隔和錨定裝置+機(jī)械式套管接箍定位器。
2.4 噴砂射孔參數(shù)
    使用100目石英砂，120kg/m3砂濃度；采用3孔，4mm孔徑噴嘴組合；噴砂射孔排量平均為0.48m3/min。
2.5 主壓裂參數(shù)
    排量介于3.0～3.5m3/min，共計(jì)注入壓裂液966m3、20/40目支撐劑118.27t，平均砂濃度308kg/m3，最高砂濃度580kg/m3。
2.6 施工曲線計(jì)算分析

    1) 圖3中列出了第1層施工中連續(xù)油管帶封隔器噴砂射孔、套管加砂壓裂的各個(gè)工藝流程情況。在噴砂射孔并反洗井后，為了降低地層破裂應(yīng)力，7層施工過(guò)程中封隔器坐封穩(wěn)定可靠，按設(shè)計(jì)順利完成施工。
   2) 7層停泵后記壓降5min，僅第5層在5min之內(nèi)裂縫閉合，表明該層具有多裂縫延伸的特征。
   3) 從破裂壓力、瞬時(shí)停泵壓力、停泵后的壓降梯度來(lái)看，該井須四段儲(chǔ)層性質(zhì)明顯差于須二段儲(chǔ)層。
   4) 第1層打入1個(gè)段塞后壓力有明顯降低，因此2～7層采取了2個(gè)段塞。7個(gè)層位的近井筒扭曲摩阻較大，這與射孔方位與裂縫延伸方位不一致而導(dǎo)致的高近井扭曲摩阻有很大關(guān)系。
   5) 在主壓裂開(kāi)始的套管泵注之前，連續(xù)油管先保持小排量注入。主壓裂完畢之前，套管先停泵，以保持CT內(nèi)外壓差平衡。
2.7 連續(xù)油管轉(zhuǎn)層時(shí)間統(tǒng)計(jì)分析
    1) 該工藝平均每層施工時(shí)間在130min之內(nèi)。2～7層從平均時(shí)間統(tǒng)計(jì)結(jié)果來(lái)看，主壓裂前各個(gè)環(huán)節(jié)占泵注時(shí)間的50%以上。綜合來(lái)看，射孔和反洗井與主壓裂施工時(shí)間相當(dāng)。
    2) 從2～7層的連續(xù)油管上提解封封隔器一拖動(dòng)至下一施工段一連續(xù)油管定位一封隔器坐封的時(shí)間來(lái)看，隨著施工層數(shù)的增加，操作逐漸熟練，轉(zhuǎn)層所需要的時(shí)間逐漸減少。最少轉(zhuǎn)層時(shí)間僅15min，平均為24.4min，這表明該工藝具有快速轉(zhuǎn)層的能力(圖4)。
 

2.8 返排測(cè)試情況
    截至2010年9月14日，用Φ10mm油嘴放噴排液，套壓5.4MPa，出口股狀水，點(diǎn)火燃，焰高3～4m，累計(jì)排放894.0m3，應(yīng)排放1011.49m3。測(cè)試產(chǎn)量為4.7×104m3/d。
3 結(jié)論和建議
    1) HC-A井現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施證實(shí)了連續(xù)油管帶封隔器環(huán)空分段壓裂技術(shù)的先進(jìn)性和有效性。該技術(shù)通過(guò)連續(xù)油管帶噴射工具和定位器進(jìn)行定點(diǎn)噴砂射孔實(shí)現(xiàn)了薄層精細(xì)壓裂；通過(guò)噴射工具下的封隔器進(jìn)行坐封后套管主壓裂實(shí)現(xiàn)了較大排量注入；通過(guò)上提下放坐封解封的封隔器實(shí)現(xiàn)了多級(jí)壓裂。
    2) 將連續(xù)油管起出井口后即具備生產(chǎn)條件，可實(shí)現(xiàn)多層直接測(cè)試投產(chǎn)，且井筒清潔，便于后期修井作業(yè)。
    3) 通過(guò)連續(xù)油管的精確定位和定點(diǎn)噴砂射孔，該工藝對(duì)于薄互層的分層壓裂改造極具優(yōu)勢(shì)，HC-A井最薄的層位僅2.8m。
    4) 噴砂射孔形成的套管孔眼孔道直徑較大，孔眼摩阻較小。且在封隔器坐封后采用環(huán)空進(jìn)行主壓裂，可實(shí)現(xiàn)較大排量和較大規(guī)模的改造。因此，對(duì)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層也具有實(shí)用性。
參考文獻(xiàn)
[1] 田守螬，李根生，黃中偉，等.連續(xù)油管水力噴射壓裂技術(shù)[J].天然氣工業(yè)，2008，28(8)：61-63.
[2] 蘇新亮，李根生，沈忠厚，等.連續(xù)油管鉆井技術(shù)研究與應(yīng)用進(jìn)展[J].天然氣工業(yè)，2008，28(8)：55-57.
[3] MANRIQUE J F，POE B D.Comprehensive performance design criteria for hydraulic fracturing[J].Schlumberger Texas，2005，57(3)：1-4.
[4] 段雄.射流變頻沖擊破巖的混沌調(diào)制技術(shù)[M].北京：科學(xué)出版社，2007.
[5] HALDAR SURAJIT，AL-JANDAL AHMED A，ALDRIWEESH SAAD M，et al.Evaluation of rotary jetting tool application for matrix acid stimulation of carbonate reservoir in Southern Area Field of Saudi Arabia[C]∥paper 12023-MS presented at the International Petroleum Technology Conference，3-5 December 2008，Kuala Lumpur，Malaysia.IPTC，2008.
[6] 王騰飛，胥云，蔣建方，等.連續(xù)油管水力噴射環(huán)空壓裂技術(shù)[J].天然氣工業(yè)，2010，30(1)：65-67.
[7] 姚軍朋，司馬立強(qiáng).合川地區(qū)低滲砂巖儲(chǔ)層含水飽和度的評(píng)價(jià)方法[J].天然氣工業(yè)，2010，30(10)：22-25.
 
(本文作者：錢(qián)斌 朱炬輝 李建忠 李國(guó)慶 向蘭英 川慶鉆探工程有限公司井下作業(yè)公司)