連續(xù)油管噴砂射孔套管分段壓裂新技術(shù)的現(xiàn)場應(yīng)用

錢斌 朱炬輝 李建忠 李國慶 向蘭英

川慶鉆探工程有限公司井下作業(yè)公司

連續(xù)油管噴砂射孔套管分段壓裂新技術(shù)的現(xiàn)場應(yīng)用

錢斌 朱炬輝 李建忠 李國慶 向蘭英

川慶鉆探工程有限公司井下作業(yè)公司

隨著我國逐步對致密氣藏、頁巖氣藏等非常規(guī)油氣藏實施勘探開發(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。連續(xù)油管帶封隔器套管分級壓裂技術(shù)是目前國外較新研發(fā)的一種既能實現(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壓裂技術(shù)。這一技術(shù)通過連續(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)多級壓裂的目的;通過連續(xù)油管噴砂射孔、套管進(jìn)行主壓裂,可實現(xiàn)較大規(guī)模改造;通過連續(xù)油管的精確定位,可對儲層縱向上的多個薄互層進(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)空分級壓裂的工藝技術(shù)特點以及這一技術(shù)在國內(nèi)四川盆地HC井區(qū)首次現(xiàn)場應(yīng)用情況,并對HC-A井施工過程進(jìn)行了計算和分析。事實證明,連續(xù)油管帶封隔器環(huán)空分級壓裂、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,可直接多層測試投產(chǎn)的新型壓裂技術(shù)。為我國致密氣藏、頁巖氣藏的多級分段改造提供了新的且行之有效的解決手段。

多級壓裂 連續(xù)油管 噴砂射孔 封隔器 套管分段 現(xiàn)場應(yīng)用

隨著我國天然氣勘探開發(fā)逐漸向致密砂巖氣、頁巖氣、煤層氣等非常規(guī)油氣藏領(lǐng)域深入,提高單井產(chǎn)量成為目前開發(fā)的首要目標(biāo)。而多級壓裂技術(shù)作為一種有針對性的壓裂技術(shù)成為致密砂巖氣藏、頁巖氣藏增產(chǎn)措施的有效手段。目前國內(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、不動管柱水力噴射分段壓裂、連續(xù)油管噴砂射孔環(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)油管噴砂射孔套管分段壓裂是新近發(fā)展起來的一種多級壓裂技術(shù),在美國曾經(jīng)在3天時間內(nèi)實現(xiàn)了40級的壓裂作業(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,對于縱向上具有多個產(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。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,通過噴砂射孔射開套管,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,壓裂后實現(xiàn)了快速返排。這一技術(shù)的成功實施為我國致密砂巖儲層、頁巖氣儲層的多級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

1.1 工藝原理

該工藝在套管主壓裂之前首先通過噴砂射孔射開套管,噴砂射孔是利用貝努利原理,通過噴嘴的節(jié)流,將高壓射孔液轉(zhuǎn)化為高速射孔液對套管進(jìn)行噴射沖蝕[3-4]。施工過程中,壓裂車泵送高壓液體經(jīng)過混砂車,石英砂通過混砂車與射孔液混合注入地層,屬于后混式磨料混合機理。本工藝僅以射開套管為噴砂射孔的目的,套管沖蝕屬于柔性材料切割機理。根據(jù)目前國內(nèi)外實驗結(jié)果,噴砂射孔形成的孔道直徑一般在25 mm以上[1]。射開套管后,套管進(jìn)行主壓裂,壓裂液通過套管射開的孔道進(jìn)入地層,現(xiàn)場實施的2口井均為?139.7 mm套管,主壓裂施工排量在3～3.5 m3/ min。該工藝采用的封隔器可以承受50 MPa的工作壓力,但在連續(xù)油管射孔過程中可能會出現(xiàn)射開地層壓力超過封隔器上部壓力的情況,因此需嚴(yán)格控制地面回壓,防止地層壓力過高使得封隔器自動解封[5-6]。

1.2 工藝流程

工藝流程為:①連續(xù)油管帶機械式套管節(jié)箍定位器進(jìn)行定位;②通過連續(xù)油管循環(huán)射孔液,達(dá)到一定排量后開始加入石英砂進(jìn)行噴砂射孔;③射開套管后,進(jìn)行反循環(huán)洗井,此時平衡閥打開,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

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、機械式節(jié)箍定位器(圖1)。工具在整個施工過程中有入井、坐封和解封狀態(tài)。噴砂射孔和主壓裂過程工具處于坐封狀態(tài);連續(xù)油管定位和轉(zhuǎn)層過程中工具處于解封狀態(tài)(圖2)。

圖1 帶封隔器分層噴射工具重要部件

2 現(xiàn)場應(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2 515.00 m,垂深為2 225. 90 m , 地層壓力為32 MPa , 地層溫度為67 ℃,井斜最大處井深為1 925 m ,井斜50°,油層套管固井質(zhì)量好,儲層巖性為灰白色細(xì)砂巖,孔隙裂縫型儲層[7 ] 。各小層的基本情況如表1 所示。

圖2 帶封隔器的分層噴射工具工作狀態(tài)

2.2 注入方式

噴砂射孔:?44.5 mm連續(xù)油管帶噴射工具。加砂壓裂:?44.5 mm連續(xù)油管和?139.7 mm套管環(huán)空注入。

2.3 施工管串

?44.5 mm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,120 kg/m3砂濃度;采用3孔,4 mm孔徑噴嘴組合;噴砂射孔排量平均為0.48 m3/min。

2.5 主壓裂參數(shù)

排量介于3.0～3.5 m3/min,共計注入壓裂液966 m3、20/40目支撐劑118.27 t,平均砂濃度308 kg/ m3,最高砂濃度580 kg/m3。

2.6 施工曲線計算分析

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層施工過程中封隔器坐封穩(wěn)定可靠,按設(shè)計順利完成施工。

表1 HC-A井各小層基本參數(shù)表

圖3 HC-A井第1層壓裂施工曲線

2)7層停泵后記壓降5 min,僅第5層在5 min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、瞬時停泵壓力、停泵后的壓降梯度來看,該井須四段儲層性質(zhì)明顯差于須二段儲層。

4)第1層打入1個段塞后壓力有明顯降低,因此2～7層采取了2個段塞。7個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)層時間統(tǒng)計分析

1)該工藝平均每層施工時間在130 min之內(nèi)。2～7層從平均時間統(tǒng)計結(jié)果來看,主壓裂前各個環(huán)節(jié)占泵注時間的50%以上。綜合來看,射孔和反洗井與主壓裂施工時間相當(dāng)。

2)從2～7層的連續(xù)油管上提解封封隔器→拖動至下一施工段→連續(xù)油管定位→封隔器坐封的時間來看,隨著施工層數(shù)的增加,操作逐漸熟練,轉(zhuǎn)層所需要的時間逐漸減少。最少轉(zhuǎn)層時間僅15 min,平均為24.4 min,這表明該工藝具有快速轉(zhuǎn)層的能力(圖4)。

圖4 2～7層轉(zhuǎn)層時間統(tǒng)計

2.8 返排測試情況

截至2010年9月14日,用?10 mm油嘴放噴排液,套壓5.4 MPa,出口股狀水,點火燃,焰高3～4 m,累計排放894.0 m3,應(yīng)排放1 011.49 m3。測試產(chǎn)量為4.7×104m3/d。

3 結(jié)論和建議

1)HC-A井現(xiàn)場實施證實了連續(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)通過連續(xù)油管帶噴射工具和定位器進(jìn)行定點噴砂射孔實現(xiàn)了薄層精細(xì)壓裂;通過噴射工具下的封隔器進(jìn)行坐封后套管主壓裂實現(xiàn)了較大排量注入;通過上提下放坐封解封的封隔器實現(xiàn)了多級壓裂。

2)將連續(xù)油管起出井口后即具備生產(chǎn)條件,可實現(xiàn)多層直接測試投產(chǎn),且井筒清潔,便于后期修井作業(yè)。

3)通過連續(xù)油管的精確定位和定點噴砂射孔,該工藝對于薄互層的分層壓裂改造極具優(yōu)勢,HC-A井最薄的層位僅2.8 m。

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,可實現(xiàn)較大排量和較大規(guī)模的改造。因此,對頁巖氣儲層也具有實用性。

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[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.

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(修改回稿日期 2011-03-22 編輯 韓曉渝)

10.3787/j.issn.1000-0976.2011.05.017

錢斌等.連續(xù)油管噴砂射孔套管分段壓裂新技術(shù)的現(xiàn)場應(yīng)用.天然氣工業(yè),2011,31(5):67-69.

國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863計劃)項目“先進(jìn)鉆井技術(shù)與裝備”部分內(nèi)容(編號:2006AA06A106)。

錢斌,1965年生,高級工程師;從事油氣藏壓裂增產(chǎn)技術(shù)等方面的研究工作。地址:(610051)四川省成都市二環(huán)路北四段瑞豐巷6號。電話:13981927666。E-mail:qianbin653429@vip.sina.com