無干預無限級壓裂完井技術在大港頁巖油的應用

賀偉，郭赫南，劉昊昕

(1.中國石油集團渤海鉆探工程有限公司第四鉆井工程分公司，河北 滄州 062500；2.中國石油集團渤海鉆探工程有限公司華北石油工程事業(yè)部(東北), 河北 滄州 062552)

0 引言

大港油田滄東凹陷官東、官西孔二段是大港油田頁巖油形成的有利地區(qū)，該區(qū)域目的層Ek2以水平井的形式進行頁巖油層鉆探，水平段1500 m左右，完井后多采用常規(guī)壓裂技術，施工周期長，作業(yè)風險高。通過調研，無干預無限級壓裂完井技術具有全通徑、節(jié)省施工時間、降低施工成本、增大改造體積等突出特點，且在北美廣泛應用，壓后可采儲量大幅提高，此項技術可應用于大港頁巖油水平井，提高單井產量[1]。無干預無限級壓裂完井技術在國內無應用先例，工藝復雜，增加了完井管柱下入風險，提高了固井施工難度，通過在官頁5-1-9H井的先導試驗，形成了適合大港頁巖油開發(fā)的無干預無限級壓裂完井配套技術，對國內頁巖油氣的高效開發(fā)具有較大的借鑒意義。

1 官頁5-1-9H井基本情況

官頁5-1-9H井位于官東地區(qū)段六撥斷鼻官東12井區(qū)，是一口評價水平井，鉆探目的：探索水平井壓裂提產、穩(wěn)產效果，實現(xiàn)斷塊Ek2-C1頁巖油儲量升級與效益建產。本井完鉆井深5430 m，水平段長1416 m。

1.1 實鉆井身結構

本井設計三開井身結構。一開φ444.5 mm鉆頭鉆深404 m，φ339.7 mm套管下深404 m，封隔上部薄弱層；二開φ311.2 mm鉆頭鉆深3125 m，φ244.5 mm套管下深3123.50 m；三開φ215.9 mm鉆頭鉆深5430 m，φ139.7 mm套管下深5395 m，固井質量合格。

1.2 地層分層

本井地層為新生界地層，從上至下分別為平原組垂深0～230 m/斜深0～230 m，明化鎮(zhèn)組230～1390 m/斜深230～1390.82 m，館陶組1390～1785 m/斜深1390.82～1785.82 m，東營組1785～2135 m/斜深1785.82～2135.82 m，沙河街組2135～2875 m/斜深2135.82～2875.82 m，孔店組一段2875～3625 m/斜深2875.82～3783.40 m，孔店組二段3625～3884.77 m/斜深3783.40～5431 m。

1.3 地層壓力系數

地層孔隙壓力系數平原組至東營組0.95～1.00，東營組-沙河街三段1.00～1.05，孔一段壓力系數1.09，孔二段壓力系數1.27，地層破裂壓力系數平原組至東營組1.48～1.60，東營組-沙河街三段1.60～1.66，孔一段壓力系數1.68，孔二段壓力系數1.72。

1.4 實鉆井眼軌跡

官頁5-1-9H井井眼軌跡為“直-增-穩(wěn)-增扭-水平”剖面，設計造斜點3150 m，設計最大造斜率3.6°/30 m。實鉆造斜點3150 mm，水平段長1416 m，最大井斜角90.5°，最大狗腿度4.66°/30 m，水平段具有下傾趨勢，井眼軌跡復雜。

1.5 完鉆鉆井液性能

鉆井液體系為復合鹽體系，完鉆鉆井液密度為1.50 g/cm3，黏度65S，API失水1.8 mL，摩阻0.06。

2 無干預無限級壓裂完井系統(tǒng)工作原理

完井壓裂滑套主體與套管連接，入井后采用常規(guī)方式進行固井，滑套上預制一圈壓裂孔，通過泵入螺卡+可溶球打開滑套。泵入一個螺卡，打開一個指定的滑套，可以實現(xiàn)全通徑、無限級的單段單簇壓裂，簇間距即段間距。

無干預無限級完井壓裂系統(tǒng)關鍵工具是無限級壓裂滑套，其與套管連接在一起下入井內指定位置，完成固井作業(yè)后進行壓裂作業(yè)。與215.9 mm井眼下入139.7 mm套管配套的無限級壓裂滑套示意圖如圖1所示，公扣端與下面一根套管母扣連接，母扣端與上面一根套管公扣連接，最大外徑為165 mm，單個滑套長度為1.16 m，其剛性大于139.7 mm套管。

圖1 無限級壓裂滑套

3 施工技術難點

3.1 井眼軌跡復雜

本井為“直-增-穩(wěn)-增扭-水平”剖面，水平段長1416 m；4000～4250 m井段連續(xù)增井斜扭方位，井斜由62.5°增至86°，方位由265°增至285°；造斜段多處出現(xiàn)大的狗腿，最大狗腿度4.66°/30 m，井眼軌跡不平滑。

3.2 存在“大肚子”井眼

3950～4200 m井段井壁不穩(wěn)定，形成“大肚子”井眼，聚集大量沉沙掉塊，雖多次采取短起下、稠塞裹帶等清潔井眼措施，效果不理想，起下鉆阻卡嚴重。

3.3 套管管柱剛性強

水平段每根套管下入一個壓裂滑套，加入的壓裂滑套數量多，壓裂滑套尺寸大；管串中加入210 mm剛性扶正器，管柱剛性強，下套管難度大。

3.4 無可借鑒施工經驗

長水平段水平井完井套管柱中加入壓裂滑套，國內無先例，無配套的下套管固井作業(yè)流程，需要邊摸索邊干。

4 技術對策

4.1 下套管摩阻/扭矩預測技術

依據完井設計要求，套管下深5395 m，下入套管柱一根套管連接一個壓裂滑套，直至4014 m處，需要加入106個壓裂滑套。應用專業(yè)軟件分析下套管時的摩阻扭矩[2]。鉆井液密度1.50 g/cm3，套管工具串按下入106個壓裂滑套、下深5395 m進行模擬計算，管柱可以安全下入至井底，且套管無屈曲變形。

4.2 井眼準備技術

為保障井眼通暢，清除“大肚子”井眼沉沙，修正微臺階，采用“雙、三穩(wěn)定器”通井，采取大排量(不低于35L/s)循環(huán)。

4.2.1 雙穩(wěn)定器通井

雙穩(wěn)定器通井下鉆至造斜段40°左右，采取技術劃眼到底，充分攜砂，保障井眼暢通；若通井下鉆時遇阻，則立即接頂驅劃眼，劃眼到底后對劃眼井段進行短起下驗證，確保順暢后再進行下一步工序。

4.2.2 三穩(wěn)定器通井

為更好的消除井壁微臺階及盡可能減小水平段井眼摩阻，在定向調整井段、電測有大肚子的井段、狗腿度大于5°的井段無論遇阻與否均應采取全部劃眼方式通過。

4.3 完井管柱優(yōu)化技術

4.3.1 套管扶正器下入數量優(yōu)化

根據下套管難度及固井質量要求，優(yōu)選考慮套管安全下入，同時最大限度提高固井質量，綜合優(yōu)化扶正器下入數量。通過調研分析，采用漂浮固井技術，可以減少扶正器的下入數量，且能保證套管居中度。

4.3.2 優(yōu)化管串結構

為滿足頁巖油水平井開發(fā)需要，使用鋼級Q125、壁厚12.7 mm、扣型BGT2的高級別套管；最下面一根套管加一個扶正器，抬高引鞋；使用具有導向、劃眼功能的旋轉引鞋。

4.4 旋轉下套管技術

長水平段水平井或軌跡復雜的井在常規(guī)下套管風險高時，可選用旋轉下套管技術。下套管作業(yè)時能夠實現(xiàn)邊循環(huán)鉆井液、邊上下活動套管、邊旋轉套管，可有效克服由井眼軌跡復雜等帶來的摩擦阻力，使套管順利下入井底。

4.5 編制下套管、固井操作流程

4.5.1 下套管流程

將完井壓裂滑套預緊至139.7 mm套管上；按順序擺放整齊；利用通井規(guī)對套管及滑套工具進行通徑；按正常程序將浮鞋、浮箍、碰壓接箍、趾端滑套等工具連接入井；套管在上，壓裂滑套在下；將壓裂滑套與套管整體吊至井口；螺紋處涂抹潤滑脂；通過旋轉下套管工具或套管鉗，對套管施加扭矩，完成上扣；將壓裂滑套工具按順序連接并入井。

4.5.2 固井流程

頂替水泥漿時，建議速度為1.5～2.0 m3/min；先注入添加水泥緩凝劑頂替液，再清水正常頂替；清水液量達到設計替量余3 m3時，泵速降低至0.4～0.6 m3/min，直至膠塞碰壓接箍；套管膠塞入座后，在最后頂替壓力基礎上加壓10 MPa；持續(xù)觀察套管壓力10 min，判斷密封性。

5 官頁5-1-9H井現(xiàn)場應用

5.1 井眼準備情況

采用雙穩(wěn)定器通井，并采取全裸眼段技術劃眼、稠漿攜砂、短起下等措施，達到通井無遇阻、卡要求；采用三穩(wěn)定器通井，采取技術劃眼、稠漿攜砂、短起下等措施，達到通井無遇阻、卡要求，滿足下管套井筒要求。起鉆前以36 L/s排量充分循環(huán)泥漿2周以上，調整好泥漿性能，全裸眼段打入封閉漿后起鉆。

5.2 完井管柱組合

依據無干預無限級壓裂完井技術配套工藝及建設方壓裂要求，設計套管下深5397.16 m，下入趾端滑套2個，壓裂滑套106個，應用旋轉引鞋，井底使用兩個剛性滾輪扶正器，水平段每15根套管加一個剛性螺旋扶正器，以上井段每8根套管加一個剛性螺旋扶正器，累計下剛性螺旋扶正器25個。

5.3 下套管固井情況

在技術套管內采用常規(guī)下套管方式下套管，出技術套管后采用旋轉下套管設備下套管。在4014～4271 m井段狗腿度較大，下套管多次遇阻，正常下放懸重145 t，遇阻懸重120 t，上提至210 t提活套管，使用旋轉下套管工具轉動套管通過，轉速10 r/min，扭矩15 kN.m。后續(xù)下套管正常，用時42.5h套管順利下入至5397.16 m，開泵循環(huán)正常，固井施工順利，固井質量達到甲方要求。

6 結語

(1)新技術、新工具、新裝備的研發(fā)應用加快了頁巖油的勘探開發(fā)進程，無干預無限級壓裂完井技術適應大港頁巖油開發(fā)需要。(2)無干預無限級壓裂完井技術工藝復雜，需要鉆井、固井、完井、壓裂等多方協(xié)調配合，方能實現(xiàn)工程目的。(3)無干預無限級壓裂完井技術的應用關鍵是完井管串的安全下入和固井質量保障，井眼準備技術、管串結構優(yōu)化技術、旋轉下套管技術、摩阻扭矩預測技術、漂浮固井技術等是解決上述難題的關鍵配套技術。(4)無干預無限級壓裂完井技術還需完善相關配套工具及操作規(guī)程，形成規(guī)范。(5)無干預無限級壓裂完井技術在大港頁巖油官長水平段水平井頁5-1-9H井的成功應用，對國內其他地區(qū)頁巖油的勘探開發(fā)具有較大的借鑒意義。