非常规油气水平井管内多级分段压裂新技术

万方数据非常规油气水平井管内多级分段压裂新技术伊西锋(胜利油田分公司采油工艺研究院）摘要：非常规油气藏开采难度大，开发成本高，原有的水平井管内分段压裂技术存在分段级数少、压裂规模小等问题，无法满足非常规油气资源高效开发的要求。为此，分析了水平井泵送桥塞、固井投球滑套、连续管拖动封隔器等多级分段压裂新技术，其中，泵送桥塞射孔多级分段压裂技术分段级数不受限制，适合大排量、大液量压裂要求，是页岩油气开发的利器。固井投球滑套分段压裂技术滑套可重复开启，能满足选择性生产、堵水及重复性压裂的需求。各种水平丼管内多级分段压裂新技术的成功应用，为非常规油气藏开发提供了强有力的技术支持。关键词：非常规油气；水平井；泵送桥塞；投球滑套；管内分段压裂中图分类号：TE934文献标识码：Adoi:10.3969/j.issn.1001-4578.2014.04.015NewTechnologyofMultistageStagedFracturingforUnconventionalOil-gasHorizontalWellYiXifeng(ResearchInstituteofProductionTechnology，SINOPECShengliOilfieldCompany)Abstract：Theproductionofunconventionaloilandgasreservoirsisdifficultanditscostishigh.Thereareproblemswithmultistagestagedfracturingtechnologyfororiginalhorizontalwells,suchasasmallnumberofstagedsectionsandsmall-scalefracturing.Thiscannotsatisfytherequirementofhigh-efficiencyproductionofunconventionaloilandgasresources.Therefore,newtechnologiesofmultistagestagedfracture,suchaspumpingbridgeplug,cementingdroppingslidingsleeveandcoiledtubing(CT)draggedpacker,wereanalyzed.Amongthem,thenumberofsectionsinpumpingbridgeplugperforationmultistagestagedfracturingtechnologyisnotlimited.Itissuitablefortherequirementoflargedisplacementandhighliquidlevelfracturinganditisaneffectivetechnologyforshaleoilandgasdevelopment.Asforthecementingdroppingslidingsleevestagedfracturingtechnology,theslidingsleevecanbeopenedrepeatedly,meetingtheneedsofselectiveproduction,waterplugging.andrepeatedfracturing.Thesuccessfulapplicationofnewtechnologiesofmultistagestagedfracturinginhorizontalwellsprovidesthepowerfultechnologicalsupportfordevelopmentofunconventionaloilandgasreservoirs.Keywords：unconventionaloilandgas；horizontalwell；pumpingbridgeplug；droppingslidingsleeve；stagedfracturing2014年第42卷第4期伊西锋：非常规油气水平井管内多级分段压裂新技术—63—万方数据*基金项目：国家科技重大专项“胜利油田薄互层低渗透油田开发示范工程”（2011ZX05051)〇引言非常规油气藏主要包括页岩油、致密砂岩油、油页岩、页岩气等，它们与常规油气资源相比具有“四低”特征，即资源丰度低、储层低孔低渗、单井日产量低、勘探开发效益低[1]，其中大部分油藏具有埋藏深、泥质含量高、砂泥薄互、层多层薄的特点，存在井壁稳定性差、裸眼完井风险大的问题，因此更适合采用套管固井完井、管内压裂方式。通过大规模、大排量压裂可有效提高该类油藏开发效果。—64—石油机械2014年第42卷第4期万方数据非常规油气藏早期开发所用的管内压裂技术主要有双卡上提压裂技术、环空封隔器分段压裂技术、水力喷射加砂分段压裂技术等，但这些技术均存在分段级数少、压裂规模小、管柱易砂卡等问题，无法满足非常规油气藏经济、高效开发的要求[2]。近年来随着非常规油气藏开发逐渐成为热点，各大油田加快了非常规油气藏管内压裂技术的引进与攻关，其中江汉油田利用水平井泵送桥塞射孔分段压裂技术完成了中石化第1口页岩气水平井压裂施工，大港油田首先引进安东的水平井固井投球滑套多级分段压裂技术，顺利完成了4口井施工，胜利油田引进NCS公司的连续管拖动封隔器多级分段压裂技术，成功解决了滩坝砂油藏管内多级分段压裂的难题。各种水平井管内多级分段压裂新技术的成功应用，为非常规油气藏经济、高效动用和规模化开发提供了强有力的技术支持。1泵送桥塞射孔分段压裂技术泵送桥塞射孔分段压裂技术采用可钻桥塞+射孔联作工艺实施多级分段进行套管压裂，压后直接投产或钻掉所有桥塞恢复井筒通径后投产。1.1技术特点(1)特别适合大排量、大液量特点的页岩气压裂。通过簇式射孔实现定点、多点起裂，裂缝位置精准。(2)桥塞与射孔联作，带压作业，施工快捷，井筒隔离可靠性高。(3)井筒完善程度高。桥塞由复合材料制成,密度较小，钻磨后的桥塞碎屑可随气液流排出井外，为后续作业和生产留下全通径井筒。(4)受井眼稳定性影响相对较小。采用套管固井完井，井眼失稳段对桥塞坐封可靠性无影响，优于裸眼封隔器分段压裂工艺。(5)分层压裂段数不受限制。通过逐级栗入桥塞进行封隔，与多级滑套投球工艺相比，分段数不受限制，理论上可实现无限级分段压裂。(6)下钻风险小，施工砂堵易处理。与裸眼封隔器相比，管柱下入风险较小，施工砂堵发生后,压裂段上部保持通径，可直接进行连续管冲砂作业。1.2工艺管柱泵送桥塞射孔分段压裂工艺管柱为电缆下入桥塞+射孔联作管串，自井底向上结构依次为：复合可钻桥塞+坐封工具+射孔枪+送人电缆到井口，如图1所示。1.3工艺过程首先进行通井、刮管，保证井筒内干净、畅通，利用连续管传输或爬行器拖动射孔枪下人，进行第1段射孔，射孔完毕后利用光套管注入进行第1段压裂作业；然后通过电缆下人桥塞+射孔联作管串，将管串泵送至设计位置，点火坐封桥塞，上提射孔枪至预定位置进行射孔，起出射孔枪和桥塞坐封工具后利用光套管注人进行第2段压裂作业;再按照同样的方式，根据分压段数要求，依次下人桥塞，再射孔、压裂。待各段压裂完成后，采用连续管钻除桥塞进行排液、生产。1.4关键工具1.4.1复合可钻桥塞复合可钻桥塞结构如图2所示。电后，引燃位于点火器下端的燃烧室内的火药，火药燃烧所产生的高压气体用来驱动坐封工具运行。高压气体向下通过上活塞的中心孔进人下缸套，驱使坐封工具外面部件上、下缸套和上接头下行，同1一送入电缆；2—射孔枪；3—坐封工具；4—复合可钻桥塞。图1泵送桥塞射孔分段压裂工艺管柱Fig.1Pumpingbridgeperforationstagedfracturingtechnologicalstring卡瓦环;6—卡瓦;7—锥体;8—止推圈；9一外胶筒；1〇_中间胶筒；11—引鞋；12—驱动皮碗。图2复合可钻桥塞结构示意图Fig.2Structuraldiagramofcompounddrillablebridge通过桥塞坐封工具对上卡瓦产生推力，下卡瓦产生拉力，将上、下卡瓦镶嵌在套管内壁上，同时使胶筒膨胀并密封，完成坐封。当上拉力持续上升到一定值时，剪钉剪断，坐封工具与桥塞脱离，完成丢手。完成射孔施工后，起出送人工具，投人压裂球，待球人座后即可在桥塞上层进行压裂施工。0139.7mm复合材料桥塞最大外径110mm,最小内径20mm,耐温150耐压70MPa,钻除时间约30min。1.4.2坐封工具坐封工具主要由点火头、燃烧套、多级活塞及缸套等部分组成。当电缆坐封工具上端的点火器通2014年第42卷第4期伊西锋：非常规油气水平井管内多级分段压裂新技术—65—万方数据时上、下活塞保持稳定。高温高压气体产生的推力达到一定程度后，剪切接头上的剪钉，推力不断增大使得上、下缸套等部件下行推动坐封套，坐封下接工具。当燃烧推力达到下接工具释放力时，坐封工具与下接工具脱离，实现丢手。丢手后，上、下缸套下行达到行程极限，压力从上缸套的泄压孔泄出，工具内腔自动泄压。坐封工具外径88.9mm,最大坐封力270kN,耐温200弋，耐压135MPa。1.5应用实例泵送桥塞射孔分段压裂技术已在中石化系统2口页岩气水平井（建页HF-1井、涪页HF-1井）成功应用。在胜利油田已累计应用10口井,完成压裂65段，截至2013年1月，累计产液10612.80t,累计产油2790.99t。樊116-5HF井位于大芦湖油田的东北部，主力含油砂体为沙三中二砂组212砂体。属于致密砂岩油藏，储层渗透率低，未动用储量大，采用栗送桥1一连续管；2—丢手接头；3—扶正器；4一水力喷射器；5—平衡阀；6—锚定封隔器；7—套管接箍定位器。图3连续管拖动封隔器多级分段压裂工艺管柱Fig.3CT-draggedpackermultistagestagedfracturingtechnologicalstring2.3工艺过程首先利用连续管将工具串下人井内，利用套管接箍定位器定位，将锚定封隔器下入指定位置，试压合格；然后按照设计好的射孔速率从连续管泵人携砂液建立循环，通过水力喷射器射穿套管、地层；最后从油套环空泵人携砂液完成压裂。压裂完一层后打开平衡阀、解封锚定封隔器，上提到下一层段坐封。采用同样的方式，完成下一段的坐封、射孔、压裂过程。2.4关键工具2.4.1锚定封隔器锚定封隔器结构如图4所示。利用连续管将压裂管柱下到设计位置时，施加下压力，滑动头在中心管轨道内滑动，换向后继续下压管柱，将卡瓦撑出，卡瓦沿锥体上升，镶嵌在套管内壁上，继续加压，胶筒膨胀并密封，完成封隔器坐封。0139.7mm套管管内压裂用锚定封隔器最大外径115mm，内径48mm，耐温150丈，耐压70MPa02.4.2水力喷射器塞射孔分段压裂技术进行压裂施工。该井完钻井深4071m,水平段长1081m,共分7段压裂施工，共用压裂液2360m3、支撑剂260m3，最高排量7mVmin，最高砂比50%。目前正在放喷，累计产液1603t，累计产油500t。1.6适应性分析及应用前景栗送桥塞射孔分段压裂技术压裂段数不受限制，可满足高排量、大规模施工，它独有的优势就是每段内可多簇射孔，有利于形成网状体积裂缝，是页岩油气最好的压裂方式。但是该压裂技术施工周期长，一天最多施工1~2段，同时泵送桥塞过顶液量大，易造成地层伤害。该压裂技术引进较早，通过现场试验的不断完善，目前正在非常规油气水平井上大规模推广应用。2连续管拖动封隔器多级分段压裂技术连续管拖动封隔器多级分段压裂技术采用连续管喷砂射孔，套管环空加砂压裂的方式，管柱底部带有封隔器，可进行有效分段，完成多级压裂施工。2.1技术特点(1)适合水平井、薄储层选择性压裂改造。(2)分层压裂层/段数不受限制。(3)施工过程可用连续管实时监测井底压力。(4)施工完毕后，井筒无残留工具，内通径一致，便于后期修井作业。(5)可连续施工，作业周期短。2.2工艺管柱连续管拖动