連續(xù)油管環(huán)空分層壓裂技術(shù)在青海油田七5－39井的試驗(yàn)研究

梅 洪，辛永安，武麗萍，魯明春

（1.中國石油青海油田分公司科技信息處；2.中國石油鉆井工程研究院江漢機(jī)械研究所；3.中國石油青海油田分公司井下作業(yè)公司）

1 七5－39井的基本情況與壓裂難點(diǎn)

七5－39井是青海油田2006年完井的一口7"套管直井，共計(jì)11個油層，全部射開投產(chǎn)并對靠下的中間四層壓裂后產(chǎn)量偏低，決定對上部5層進(jìn)行連續(xù)管壓裂改造。由于層薄且均已射孔投產(chǎn)（表1），考慮采用合層混壓的方式進(jìn)行改造；為改善效果，提出采用“定點(diǎn)起裂”的連續(xù)管噴砂射孔環(huán)空壓裂新工藝，分三層壓裂（Ⅳ－6＋7、Ⅳ－8、Ⅳ－11）。

對七5－39井采用連續(xù)管噴砂射孔環(huán)空壓裂工藝進(jìn)行分層壓裂改造，面臨一系列新的挑戰(zhàn)：

表1 作業(yè)井層位數(shù)據(jù)及歷次作業(yè)情況

（1）下層已壓裂投產(chǎn)，且儲層物性較好，需使用底封封隔器實(shí)現(xiàn)可靠的物理封隔；由于產(chǎn)層已全部射開，要求封隔器能在炮眼上坐封，并能實(shí)現(xiàn)多次解封重復(fù)坐封。

（2）層薄，厚度最小的Ⅳ－8層只有1.7 m；層間距小，只有4.0～5.2 m。要求能精確定位，精細(xì)分層，并合理控制施工規(guī)模避免壓竄。

（3）目的層已射孔投產(chǎn)，采用環(huán)空泵注壓裂方式只能封住下層而無法封隔上層，需采取措施只在目的層起裂，而不壓開上部已射開的層。

（4）本井為7″套管井，要求使用大直徑的工具組合，增大了連續(xù)管作業(yè)的難度。

（5）本井已投產(chǎn)生產(chǎn)5年多的時間，且結(jié)蠟嚴(yán)重，要求井下工具具有較強(qiáng)的抗污染能力，并配套必要的防卡和解卡安全措施。

2 新工藝的技術(shù)思路與原理

2.1 新工藝的基本思路

本次施工要在已射孔投產(chǎn)的薄夾層井段上，利用連續(xù)管噴砂射孔環(huán)空壓裂技術(shù)進(jìn)行分層改造。其關(guān)鍵是要實(shí)現(xiàn)有效分層，并合理控制施工參數(shù)，避免壓竄。

（1）使用專門研制的CTK344封隔器作為底封，隔離下部已壓開的層。

（2）利用水力噴射壓裂的機(jī)理，采用噴射器高速噴射結(jié)合，環(huán)空泵注的程序，實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)起裂，強(qiáng)化分層效果。

（3）為避免壓竄，合理控制施工規(guī)模，在環(huán)空壓裂過程中控制總排量2.4～2.8 m3／min，有效控制縫高。

2.2 底封封隔器的選擇與測試

選用專門研制的CTK344－138封隔器用作本次連續(xù)管環(huán)空壓裂的底封。利用噴射器正循環(huán)的壓差實(shí)現(xiàn)坐封，利用連續(xù)管泄壓可解封。不需連續(xù)管提供軸向力實(shí)現(xiàn)坐封解封，適應(yīng)連續(xù)管作業(yè)的特點(diǎn)。

作業(yè)前測試表明，封隔器可在8～12 MPa內(nèi)外壓差下可靠坐封，能承受50 MPa上下壓差，無滲漏無滑移，完全滿足作業(yè)要求。

2.3 定點(diǎn)起裂的機(jī)理

水力噴射壓裂技術(shù)在國內(nèi)外已得到廣泛應(yīng)用，該技術(shù)采用噴砂射孔與壓裂連作的方式，作業(yè)時油套同注，利用高速射流在射孔孔道內(nèi)的增壓作用和水力封隔效應(yīng)，不需使用封隔器等機(jī)械封隔措施可實(shí)現(xiàn)分層壓裂。國內(nèi)已通過室內(nèi)模擬、地面試驗(yàn)和現(xiàn)場應(yīng)用，驗(yàn)證了這一原理的實(shí)用效果［1－6］。

為采用環(huán)空壓裂方式實(shí)現(xiàn)在已射孔井段內(nèi)定點(diǎn)起裂精確分層，將水力噴射壓裂技術(shù)有機(jī)地結(jié)合到連續(xù)管噴砂射孔環(huán)空壓裂工藝中，將每一層壓裂的過程分作3個階段：①水力噴砂射孔：連續(xù)管內(nèi)注入，環(huán)空返出，利用噴砂射孔孔眼尺寸大、孔道清潔的特點(diǎn)降低起裂壓力。②小型噴射壓裂：保持連續(xù)管的注入排量和噴嘴的高速射流，關(guān)閉環(huán)空閘門提高井筒壓力，形成裂縫并延長噴砂射孔的長度，進(jìn)一步降低后續(xù)壓裂的壓力。③環(huán)空壓裂：繼續(xù)保持連續(xù)管的注入排量和噴嘴的高速射流，環(huán)空大排量泵注實(shí)施壓裂。強(qiáng)化定點(diǎn)壓裂的分層效果，使裂縫只在設(shè)計(jì)的起裂點(diǎn)形成和擴(kuò)展。

與常規(guī)水力噴射壓裂不同，本工藝壓裂階段雖然也是油套同注，但環(huán)空泵注排量遠(yuǎn)大于連續(xù)管內(nèi)注入排量，屬于一種利用水力噴射壓裂機(jī)理的環(huán)空壓裂。常規(guī)水力噴射壓裂利用噴嘴大排量噴射產(chǎn)生的分層效應(yīng)隔離已壓開的層段；本工藝減小了噴嘴射流的排量，水力噴射的分層作用主要用于避免在已射開的炮眼上起裂，對下部已壓開的層段則利用底封封隔器隔離。

連續(xù)管注入排量應(yīng)主要根據(jù)允許的泵注壓力進(jìn)行優(yōu)化，在條件允許時選擇大排量更有利。本次試驗(yàn)，連續(xù)管泵注排量0.6 m3／min，環(huán)空泵注排量1.8～2.2 m3／min。

3 連續(xù)管設(shè)備與工具的配套

3.1 連續(xù)管設(shè)備配套

使用江漢機(jī)械研究所研制的LG360／60F－2300連續(xù)管作業(yè)機(jī)作業(yè)。配備QT900連續(xù)管，外徑×壁厚×內(nèi)徑＝60.3 mm×4.45 mm×51.4 mm，長度2300 m。

連續(xù)管泵注壓力在起裂過程中達(dá)到最大。按起裂時的環(huán)空壓力最高30 MPa，連續(xù)管泵注壓力不超過60 MPa，選擇噴射器設(shè)計(jì)泵注排量。

3.2 管匯連接與帶壓循環(huán)要求

連續(xù)管噴砂射孔環(huán)空壓裂工藝需要兩套注入與混砂設(shè)備，連續(xù)管注入要滿足循環(huán)和噴砂射孔的要求，環(huán)空注入要滿足環(huán)空壓裂泵注要求。

施工過程中涉及到帶壓循環(huán)，配套節(jié)流管匯要滿足如下帶壓循環(huán)的要求：

（1）第2層以后的噴砂射孔需要帶壓正循環(huán)。連續(xù)管注入，環(huán)空由放噴通道經(jīng)節(jié)流管匯帶壓返出。控制環(huán)空壓力不小于上一次的停泵壓力，目的是確保在封隔器坐封前，地層不吐砂不返液。

（2）解封封隔器的過程需要帶壓反循環(huán)。利用節(jié)流管匯控制連續(xù)管泄壓時的返出壓力，同時環(huán)空補(bǔ)液控制環(huán)空壓力不低于上一次的停泵壓力。目的是消除封隔器的坐封壓差并建立一定的反向壓差，確保封隔器解封，并使地層不吐砂不返液。

3.3 工具串配套

配置的連續(xù)管噴砂射孔CTK344封隔器環(huán)空壓裂工具串主要包括：連接器＋脫節(jié)器＋接箍定位器（MCCL）＋扶正器＋噴射器＋封隔器＋扶正器＋單向閥＋引鞋，總長約4.7m。

脫節(jié)器主要用于工具遇卡時丟手，丟手后頂部為標(biāo)準(zhǔn)的3″GS內(nèi)打撈頸。配套準(zhǔn)備了3″GS打撈矛，用于在丟手后打撈工具。還準(zhǔn)備了沖砂工具串，用于壓后沖砂。

4 施工過程

4.1 基本施工過程

在完成井筒準(zhǔn)備、井口及地面裝置安裝試壓之后進(jìn)行：①連續(xù)管下入壓裂工具串；②校深定位后，對第一層噴砂射孔＋小型壓裂，高速噴射＋環(huán)空壓裂；③反循環(huán)解封工具，上提至第二層，壓裂該層；④反循環(huán)解封工具，上提至第三層，壓裂該層；⑤反循環(huán)解封，起工具；⑥壓后作業(yè)：沖砂、返排。

4.2 校深過程

七5－39井的短套管在擬壓裂的最下層之下約20 m處，工具下入超過短套管約15 m后回拉。利用MCCL探測套管接箍，根據(jù)控制室監(jiān)控系統(tǒng)記錄的載荷變化識別接箍信號。再根據(jù)短套管與設(shè)計(jì)射孔點(diǎn)的相對位置，調(diào)整工具位置定位。

使用專門研制的7″套管接箍定位器適應(yīng)井筒條件，配套高速采集系統(tǒng)確保在淺井內(nèi)也能準(zhǔn)確捕捉接箍信號，實(shí)現(xiàn)精確定深。

4.3 壓裂過程

七5－39井的三層壓裂按設(shè)計(jì)程序順利完成。三層均有明顯的破裂顯示，裂縫延伸過程的壓力曲線也很正常。沒有出現(xiàn)事前最擔(dān)心的壓竄問題，壓后沖砂也證實(shí)井筒內(nèi)殘留的壓裂砂非常少。在已射孔投產(chǎn)的薄夾層井段上，利用連續(xù)管噴砂射孔環(huán)空壓裂技術(shù)進(jìn)行分層改造的工藝現(xiàn)場試驗(yàn)取得成功。

實(shí)際施工中，連續(xù)管注入最大排量0.7 m3／min，最高泵注壓力42.20 MPa（出現(xiàn)在第一層噴砂射孔＋小型壓裂時）；環(huán)空注入最大排量2 m3／min，最高泵注壓力25 MPa。三層段共加砂38 m3。

對起出工具進(jìn)行了仔細(xì)的清理檢查，噴射器無損傷，噴嘴直徑基本無變化；封隔器結(jié)構(gòu)完好，膠筒保持完整，無明顯損傷，膠筒表面可見明顯的炮眼壓痕。美中不足的是，膠筒內(nèi)沉砂較多，但尚未造成對坐封解封過程的影響。

5 結(jié)論與建議

（1）青海油田在七5－39井的現(xiàn)場試驗(yàn)，是國內(nèi)首次在已射孔投產(chǎn)井段采用連續(xù)管噴砂射孔環(huán)空壓裂技術(shù)進(jìn)行分層改造。本次試驗(yàn)的成功，拓展了連續(xù)管環(huán)空壓裂技術(shù)的應(yīng)用范圍，由原來主要用于套管完井的新井或未射孔井段，擴(kuò)展到已射孔投產(chǎn)的井段；也改變了對老井薄夾層通常采用的合層改造方式，采用連續(xù)管精確定位逐層拖動實(shí)現(xiàn)了薄夾層的分層壓裂改造。

（2）將水力噴射壓裂的機(jī)理與連續(xù)管噴砂射孔環(huán)空壓裂技術(shù)有機(jī)結(jié)合，解決了在已射孔的薄夾層井段精確分層的問題。

（3）首次使用擴(kuò)張式封隔器作為連續(xù)管環(huán)空壓裂的底封，自主研制配套的工具滿足連續(xù)管噴砂射孔環(huán)空壓裂要求。

（4）建議在開展常規(guī)工藝的應(yīng)用和規(guī)模化推廣的同時，應(yīng)加強(qiáng)連續(xù)管壓裂高端工藝的試驗(yàn)與應(yīng)用，積極推動自主研發(fā)工具的現(xiàn)場試驗(yàn)與應(yīng)用。

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