连续油管喷砂射孔环空分段压裂技术在苏里格气田的应用

连续油管喷砂射孔环空分段压裂技术在苏里格气田的应用2016-01-24钻井工程钻井工程[来源：石油钻采工艺]作者：李梅1、刘志斌1、吕双2、丁柯宇1、陈凌云1、姚卫东1（1.渤海钻探工程技术研究院，天津300280；2.渤海钻探油气合作开发分公司，天津300280）摘要：苏里格气田属于“低孔、低压、低渗”的三低气田，需要压裂改造才能生产，其中连续油管喷砂射孔环空分段压裂技术以其自身的技术优势，成为苏里格地区水平井改造的重要方式。连续油管喷砂射孔环空分段压裂技术通过定位器、封隔器等井下工具组合实现喷砂射孔、封隔器分层、套管大批量注入和连续油管精确定位，一趟管柱可完成多种作业，具有施工周期短、成本低、压后全通径等优点。阐述了该技术的工作原理及配套工具的原理、结构。通过在苏里格一口二开水平井的成功实施，说明连续油管喷砂射孔环空分段压裂技术适用于致密气藏，为水平井多级水力压裂提供了新的技术手段。正文:苏里格地区储层致密、层系多、低孔、低渗，需要压裂改造后才能投产。常规开采方式以直井分压合采为主，由于直井受储层裸露面积小、控制开采规模小等因素的影响，开发效果不显著。随着苏里格气田开发的不断深入，水平井分段压裂开发逐渐成为主要的开发方式。目前，苏里格地区水平井主要是三开井身结构，采用封隔器裸眼分段压裂技术，通过投球打开滑套的方式对各气层进行分层压裂改造。这种完井压裂方式存在以下问题：管柱下入后不能提出，压后由于受到滑套通径的影响，很难实现后续二次作业；由于受油管尺寸的影响，分段级数受到限制，制约了水平井的开发。为此，进行了连续油管水力喷射环空分段压裂技术研究，该技术主要针对二开井身结构水平井，下套管后固井，通过连续油管底带井下工具，实现无限级压裂，并且压后全通径，以利于后续作业。连续油管喷砂射孔环空分段压裂技术利用贝努利原理，通过喷嘴的节流将高压射孔液转化为高速射孔液对套管进行喷砂冲蚀，然后进行环空加砂压裂［1-2］。该技术结合了喷砂射孔、封隔器分层、套管大批量注入和连续油管精确定位的优势，对于纵向上具有多个产层的油气藏分层压裂，特别是薄互层压裂具有显著优势。美国曾经利用该技术在3天内实现了40级压裂作业，国内在四川盆地的HC区块、大牛地区块以及长庆地区等都采用过该技术［3-5］。该技术在苏里格地区尚处于小规模应用阶段。本文主要介绍了苏里格一口二开水平井采用连续油管喷砂射孔环空分段压裂技术进行分段压裂，最终实现了一趟管柱7层分段压裂施工作业，缩短了施工周期，提高了经济效益。1连续油管喷砂射孔环空分段压裂管柱连续油管喷砂射孔环空分段压裂管柱从上至下为连续油管+连续油管接头+丢手工具+扶正器+水力喷射工具+平衡阀+反循环接头+封隔器和锚定装置+机械式套管接箍定位器，如图1所示。其工作原理是：通过连续油管与工具连接后，下入井底，在拖动工具的过程中通过机械定位器实现精确定位，定位后将封隔器坐封，通过连续油管以一定排量将具有一定砂浓度的射孔液通过喷射短节进行喷射射孔，射孔完毕后通过环空进行压裂，压裂结束后上提管柱解封封隔器，再次定位进入下一层后，坐封封隔器，开始第2层压裂，以此循环完成所有层段的压裂后，上提连续油管出井口。1.1水力喷射工具水力喷射工具由高硬度本体和耐磨喷嘴组成，喷嘴数量和喷嘴直径根据实际情况可调整。水力喷射工具连接管柱下入到预定位置后，地面连接液压泵加压注入液体，液体在喷嘴节流作用下，产生高速、高压流体将套管、地层射穿，达到施工目的。实验数据表明，当喷射速度达到142m/s时，具有短时间内射开套管的能力。1.2平衡阀/反循环接头平衡阀/反循环接头要配合封隔器使用。在下井时，反循环阀处于关闭状态，封隔器坐封后处于开启状态，遇到砂堵情况，可以从连续油管和套管环空进行反循环洗井，不动管柱解除砂堵。封隔器上提解封后，平衡阀/反循环接头上的循环孔会随之关闭。1.3封隔器和锚定装置图2所示的封隔器是专门用于连续油管喷射压裂底部封隔的高压封隔器，特别适用于连续油管下井，无需提供扭矩，采用上部加载荷坐封。如图2所示，通过上提20~30kN后下放操作一次，封隔器由下井状态转变为坐封状态，上提直接解封。再下放一次，封隔器由坐封状态转变为下井状态，重复动作，不断循环。1.4机械式套管接箍定位器机械式套管接箍定位器是一种井内定位装置，用于工具组合在井内找正位置。机械式套管接箍定位器可定位在套管接箍处，以确保封隔器和水力喷射工具的工作位置准确。其工作原理是：由于套管接箍内径大于套管内径，当机械接箍定位器经过套管接箍时接触片弹开，产生载荷变化，以此确定工具串的位置。2现场应用2.1苏XH井的基本情况苏XH井目的层为盒8下2砂组气层，完钻井深4262.0m，垂深3223.9m，水平段长800m，二开采用套管固井，水泥返深2302m，固井质量合格。压裂井段数据见表1。2.2施工设计苏XH井采用Ø60.3mm连续油管带喷射工具进行喷砂射孔，Ø60.3mm连续油管与Ø139.7mm套管环空加砂注入压裂。根据模拟计算结果，最终选用4个0.1875mm的喷嘴，排量为0.65m3/min，喷射速度可以达到152m/s，此时，在回压20MPa条件下，压力约为60~65MPa。Ø60.3mm连续油管和Ø139.7mm套管环空注入，在套管限压58MPa下，根据计算，排量4.0m3/min时，施工压力52.6MPa，排量4.5m3/min时，施工压力56.6MPa，因此，该井各层施工排量确定为4.0~4.5m3/min。2.3施工过程（1）用连续油管下喷砂射孔工具至设计位置；（2）用套管接箍定位器定位、校深；（3）反循环替基液；（4）上提下放连续油管坐封封隔器；（5）连续油管打压验封；（6）建立循环（按喷砂射孔排量泵注纯液体）；（7）喷砂射孔排量为0.65m3/min，用时约7min；（8）注顶替液；（9）按设计进行加砂压裂施工；（10）解封封隔器，上提连续油管至下一个施工井段；（11）重复步骤（3）~（10），完成第2层到第9层施工；（12）施工结束后起连续油管，放喷求产。2.4施工效果苏XH井采用连续油管喷砂射孔工艺进行压裂，共进行了9层压裂施工，由于第1层无法建立压裂通道和第6层喷嘴有堵塞无法进行射孔作业，实际完成了7层压裂施工，实际作业时间为45h，其中包括第5层、第7层出现砂堵现象，循环冲砂，平均每层施工时间为5h，最短一层施工时间为2.5h，作业时间较其他压裂技术短。第8层第1次以0.6m3/min排量进行射孔，多次尝试后仍不能射开套管进行正常压裂施工，由于射孔压力异常，怀疑工具管串有漏点，起出管柱后发现工具与连续油管连接头处O圈刺漏，封隔器胶筒有轻微磨损，喷枪本体有轻微冲蚀，喷嘴完好。后重新下入工具，提高射孔排量到0.7m3/min，调整完排量后一次完成射孔作业，进行正常的压裂施工，施工顺利。通过两次施工对比分析，射孔排量对施工成功非常关键，根据现场施工情况，适当提高射孔排量，有助于提高射孔成功率，但易对喷枪造成伤害。第4层第1次射孔后进行压裂，始终不能正常施工，起泵超压，后经过注酸处理，打入5m3酸后，起泵压裂，压裂施工正常，由此可以看出，对个别难压地层可以通过注酸的方式，打磨射孔眼，酸蚀地层，达到压裂施工的目的。目前，该井日产量约5×104m3，从2012年11月3日起，累计产量约800×104m3。3结论（1）采用连续油管带封隔器压裂工具、连续油管喷砂射孔、环空主压裂工艺，既能实现针对性的分层改造，又能以较大排量引导裂缝起裂和延伸，并且压后井筒全通径，有利于后续作业施工。（2）连续油管喷砂射孔环空分段压裂技术实现了一趟管柱多层压裂施工，缩短了施工周期，提高了经济效益，可以进一步推广应用。