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

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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)的級差式投球滑套改進(jìn)為投球計(jì)數(shù)滑套，通過投入同一尺寸的壓裂球?qū)崿F(xiàn)水平段逐級分段壓裂改造。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，氣井基本無自然產(chǎn)能，需要進(jìn)行壓裂改造投產(chǎn)。

2015年對錦58井區(qū)進(jìn)行了勘探開發(fā)一體化評價(jià)，進(jìn)一步落實(shí)了錦58井區(qū)儲量。多級管外封隔分段壓裂工藝具有儲層與井筒接觸面寬、泄流面積大、建井成本低等特點(diǎn)，在錦58井區(qū)的勘探開發(fā)過程中改造效果顯著（平均單井產(chǎn)氣無阻流量10.4×104m3/d），有力地支撐了杭錦旗區(qū)塊的高效勘探開發(fā)。但是壓裂井在加砂壓裂施工后進(jìn)行排液測試及采氣過程中，常常有支撐劑回流的現(xiàn)象[1]，特別是對于出砂嚴(yán)重的井，需要實(shí)施沖砂等修井作業(yè)[2]。多級管外封隔分段壓裂管柱結(jié)構(gòu)存在投球式級差滑套[3]，導(dǎo)致壓后井筒無法實(shí)現(xiàn)全通徑而影響后期井筒沖砂作業(yè)、儲層二次改造等作業(yè)。為此，在杭錦旗區(qū)塊錦58井區(qū)開展了水平井投球計(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)多級管外封隔分段壓裂完井管柱和壓裂工藝為基礎(chǔ)，將級差式投球滑套改進(jìn)為新型計(jì)數(shù)式投球壓裂滑套，各級滑套使用同一尺寸的壓裂球逐級打開，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。工具串第一級采用壓力開啟閥，壓裂時(shí)，兩個(gè)破裂盤在內(nèi)部套管壓力作用下，壓力超過設(shè)定值時(shí)擊破破裂盤，打開壓裂通道。第一段施工結(jié)束后投球打開第二級滑套，進(jìn)行第二段壓裂。依次類推，在不動管柱情況下，依次投入同一尺寸的球，逐級打開各級滑套，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)動機(jī)構(gòu)，無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)流壓差形成推動力，從而推動計(jì)數(shù)器工作。

同時(shí)，在滑套沒有打開前，壓裂球也可以反方向驅(qū)動，精確計(jì)數(shù)。在壓裂時(shí)，砂堵后可以通過放噴解堵，操作順序不會混亂。計(jì)數(shù)器以5步為一個(gè)單元，可以延長疊加，理論上可以實(shí)現(xiàn)無限級。

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，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)見表1。所有入井的滑套都用同一尺寸球打開，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、壓力開啟閥、投球計(jì)數(shù)滑套、懸掛封隔器以及回接筒等?；镜墓苤Y(jié)構(gòu)示例為：（自下而上）浮鞋 + 浮箍 + 碰壓座 + 壓力開啟閥 + 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.壓力開啟閥；10.浮鞋+浮箍

對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)過程中對流體流動的影響。

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)置壓裂級數(shù)和位置，滑套無級數(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，無需增加下入工序，且壓裂施工工序簡單，無需射孔，施工作業(yè)速度快。

（5）投球計(jì)數(shù)滑套壓裂過程中砂堵后，可以通過放噴返排解堵，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，無需特殊作業(yè)要求，無需連續(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1 200 m，鉆遇砂巖總長度為1 200 m，鉆遇具有全烴顯示的砂巖總長度為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、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、沒有明顯擴(kuò)徑的井段或鉆時(shí)較長的泥質(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啟閥壓裂施工，第二段至第八段采用投球打開計(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。

第一段采用壓力開啟閥打開壓力40.0 MPa，第二段至第八段計(jì)數(shù)投球滑套打開壓力31.1～40.0 MPa，其中第五段計(jì)數(shù)滑套打開井口壓力顯示較為明顯，見圖3所示（滑套打開壓力38.3 MPa，），另外第二段計(jì)數(shù)滑套打開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)存在臺階，導(dǎo)致沖砂作業(yè)過程中油管多次遇阻。

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)場施工總體順利，壓后無阻流量達(dá)126 986 m3/d，達(dá)到井區(qū)內(nèi)同層位直井無阻流量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)際施工過程中存在部分滑套打開壓力顯示不明顯、無法確認(rèn)滑套開啟情況；個(gè)別段壓差滑套無法打開，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)致在壓后沖砂過程中管柱遇阻遇卡?，F(xiàn)場應(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)勢明顯，但工具可靠性有待進(jìn)一步改進(jìn)。

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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層改造工藝研究。

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

1673–8217（2018）04–0106–04

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