侧钻水平井分段压裂完井技术在气田的应用

２０１４年第４３卷第１２期第４４页石油矿场机械犗犐犔　犉犐犈犔犇　犈犙犝犐犘犕犈犖犜　２０１４，４３（１２）：４４４７文章编号：１００１３４８２（２０１４）１２００４４０４侧钻水平井分段压裂完井技术在气田的应用王学正１，韩永亮１，王海霞２，李　妍１，秦诗涛１（１．渤海钻探工程技术研究院，天津３００２８０；２．大港油田滩海公司，天津３００２８０）摘要：经过多年的开发，苏里格气田部分老井产能逐渐衰减，通过对老井进行小井眼开窗侧钻分段压裂改造，能有效恢复老井的产能。介绍了适合苏里格气田小井眼开窗侧钻水平井分段压裂的完井方式、完井管柱、配套工具及施工程序。现场试验表明，小井眼开窗侧钻水平井裸眼分段压裂完井工艺技术是开采苏里格气田地层剩余储量的有效手段。关键词：小井眼；侧钻；水平井；分段压裂；完井中图分类号：ＴＥ９２５．３０７　　　文献标识码：Ｂ　　　犱狅犻：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１３４８２．２０１４．１２．０１１犃狆狆犾犻犮犪狋犻狅狀狅犳犕狌犾狋犻犛狋犪犵犲犉狉犪犮狋狌狉犲犆狅犿狆犾犲狋犻狅狀犜犲犮犺狀犻狇狌犲狊狅犳犎狅狉犻狕狅狀狋犪犾犠犲犾犾狑犻狋犺犛犾犻犿犎狅犾犲犗狉犻犲狀狋犲犱犠犻狀犱狅狑犪狀犱犛犻犱犲狋狉犪犮犽犻狀犵犻狀犌犪狊犉犻犲犾犱ＷＡＮＧＸｕｅｚｈｅｎｇ１，ＨＡＮＹｏｎｇｌｉａｎｇ１，ＷＡＮＧＨａｉｘｉａ２，ＬＩＹａｎ１，ＱＩＮＧＳｈｉｔａｏ１（１．犈狀犵犻狀犲犲狉犻狀犵犜犲犮犺狀狅犾狅犵狔犚犲狊犲犪狉犮犺犐狀狊狋犻狋狌狋犲，犅犎犇犆，犆犖犘犆，犜犻犪狀犼犻狀３００２８０，犆犺犻狀犪；２．犇犪犵犪狀犵犗犻犾犳犻犲犾犱犛犺犪犾犾狅狑犠犪狋犲狉犇犲狏犲犾狅狆犿犲狀狋犆狅犿狆犪狀狔，犆犖犘犆，犜犻犪狀犼犻狀３００２８０，犆犺犻狀犪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪）［１６］　王黎，李著信，苏毅，等．管道检测机器人加速度定位法的研究［Ｊ／ＯＬ］．中国科技论文在线，２００８，３（８）：５８０５８６．［１７］　沈跃．利用加速度计实现管道缺陷定位的研究［Ｊ］．管道技术与设备，２００７，１３（６）：１３１７．［１８］　沈跃．智能清管器检测管道缺陷的定位算法研究［Ｊ］．科学技术与工程，２００８，８（２０）：５６０３５６０７．［１９］　ＮｉｋｉｓｈｉｎＶＢ，ＳｉｎｅｖＡＩ，ｅｔａｌ．ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇｔｈｅＰｉｐｅｌｉｎｅｓａｎｄＤｅｆｅｃｔｉｖｅＰｌａｃｅｓＵｓｉｎｇｔｈｅＩｎｌｉｎｅＮａｖｉｇａｔｉｏｎａｎｄＴｏｐｏｇｒａｐｈｙＣｏｍｐｌｅｘｅｓ［Ｃ］／／ＳａｉｎｔＰｅｔｅｒｓｂｕｒｇＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＮａｖｉｇａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍｓ，２００６：２９６３０１．［２０］　邓正隆．惯性导航原理［Ｍ］．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，１９９４．［２１］　陈哲．捷联惯导系统原理［Ｍ］．北京：宇航出版社，１９８６．［２２］　刘刚，柯映林．管道机器人全程定位理论和方法研究———基于光纤光栅空间曲率传感器［Ｊ］．浙江工业大学学报：工学版，２００４，３８（６）：６８７６９０．［２３］　吴刚．高清晰管道漏磁通检测系统地面标记技术研究［Ｄ］．天津：天津大学，２００５．［２４］　张永江，陈崇祺，周春，等．管道智能内检测地面标记系统研究［Ｊ］．化工自动化及仪表，２００８，３５（２）：８１８２．［２５］　徐冠雷，吉春生，葛德宏．基于定点磁标的水下导航定位方法研究［Ｊ］．天津航海，２００４（２）：５７５９．［２６］　徐云，戴波，谢祖荣，等．低频电磁波在管道内检测外定位的应用［Ｊ］．北京石油化工学院学报，２０１０，１８（２）：３５４０．［２７］　周忠漠，易杰军．ＧＰＳ卫星测量原理与应用［Ｍ］．北京：测绘出版社，１９９２．［２８］　常明飞．ＧＰＳ／ＳＩＮＳ组合导航系统研究［Ｄ］．重庆：重庆大学，２００４．［２９］　皮运生，施国梁．低成本ＧＰＳ／ＳＩＮＳ组合导航系统的设计及实现方案［Ｊ］．微计算机信息，２００８，２４（３）：２２２３．［３０］　李广波，许冯平，邓宗全，等．管道检测机器人的焊缝自主定位系统［Ｊ］．制造业信息化，２００５，５３（３）：５３５４．［３１］　王忠巍，曹其新，栾楠，等．基于多传感器数据融合的管道机器人精确定位技术［Ｊ］．机器人，２００８，３７（３）：２３８２４１．［３２］　王婷杰，施惠昌．一种基于模糊理论的一致性数据融合方法［Ｊ］．传感器技术，１９９９，１８（６）：５０５４．　收稿日期：２０１４０６０９　作者简介：王学正（１９８５），男，天津宁河人，工程师，２００９年毕业于大庆石油学院应用物理专业，现从事采油技术研究工作，Ｅｍａｉｌ：[e-mail]。犃犫狊狋狉犪犮狋：ＩｎｔｈｅＳｕｌｉｇｅｇａｓｆｉｅｌｄ，ａｆｔｅｒｙｅａｒｓｏｆｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｔｈｅｇａｓｙｉｅｌｄｏｆｐａｒｔｉｎｏｌｄｗｅｌｌｇｒａｄｕａｌｌｙｄｅｃａｙ．ＴｈｒｏｕｇｈｔｈｅｓｌｉｍｈｏｌｅＳｉｄｅｔｒａｃｋｉｎｇａｎｄＭｕｌｔｉＳｔａｇｅＦｒａｃｔｕｒｅＣｏｍｐｌｅｔｉｏｎｃａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｃａｐａｃｉｔｙｏｆｏｌｄｗｅｌｌ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｃｏｍｐｌｅｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ，ｃｏｍｐｌｅｔｉｏｎｐｉｐｅｓｔｒｉｎｇ，ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇｔｏｏｌａｎｄｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｄｕｒｅｏｆｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｗｅｌｌｗｉｔｈｓｌｉｍｈｏｌｅｏｒｉｅｎｔｅｄｗｉｎｄｏｗａｎｄｓｉｄｅｔｒａｃｋｉｎｇａｔＳｕｌｉｇｅｇａｓｆｉｅｌｄ．ＳｉｔｅｔｅｓｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｍｕｌｔｉｓｔａｇｅｆｒａｃｔｕｒｅｃｏｍｐｌｅｔｉｏｎｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｏｆｏｐｅｎｈｏｌｅｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｗｅｌｌｗｉｔｈｓｌｉｍｈｏｌｅｏｒｉｅｎｔｅｄｗｉｎｄｏｗａｎｄｓｉｄｅｔｒａｃｋｉｎｇｉｓｅｆｆｅｃｔｉｖｅｔｏｄｅｖｅｌｏｐｒｅｍａｉｎｉｎｇｒｅｓｅｒｖｅａｔＳｕｌｉｇｅｇａｓｆｉｅｌｄ．犓犲狔狑狅狉犱狊：ｓｌｉｍｈｏｌｅ；ｓｉｄｅｔｒａｃｋｉｎｇ；ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｗｅｌｌ；ｍｕｌｔｉｓｔａｇｅｆｒａｃｔｕｒｅ；ｃｏｍｐｌｅｔｉｏｎ　　苏里格气田为低压、低孔、低渗的地层岩性圈闭气藏，采用常规方式开发效果不明显，必须采用压裂技术才能达到气井的有效开发，水平井分段压裂完井工艺技术是实现少井高产、提高气井采收率的重要手段。截止目前，渤海钻探工程技术研究院自主研发的水平井分段压裂完井管柱已在苏里格气田成功应用１００余口井，增产效果显著，完井后的产气量是周围常规压裂酸化邻井的５～１０倍。苏里格气田经过多年的开发，多数区块已完成井位部署任务，部署新井位较为困难，目前部分老井经过多年的开采产能已逐渐衰减，急需进行后期改造。通过对老井进行小井眼开窗侧钻，不仅可以节约钻井和地面建设的重复投资，而且可以利用原井的上部井眼和地面管网，使一些低效井、关停井恢复生产，提高采收率［１２］。１　小井眼开窗侧钻水平井分段压裂完井技术１．１　完井方式选择对于小井眼开窗侧钻水平井，其完井方式主要有射孔完井、裸眼完井、割缝筛管完井、砾石充填完井、化学固砂完井等。国内的侧钻井主要采用裸眼完井和筛管完井。目前的侧钻水平井筛管完井工具主要存在以下问题：压裂距离有限；工具一次下入难以完成多段的压裂施工；井下发生复杂事故时起出管柱困难。由于侧钻水平井裸眼段地层分布不均匀，采用筛管完井方式针对性不强，效果不明显。裸眼完井方式不进行三开固井及射孔作业，极大地提高了完井作业时间，并且三开不进行固井作业避免了水平井固井质量差的问题，可以实现对气层进行选择性的分段改造［３４］。根据苏里格气田的地质条件以及各种侧钻水平井完井方式的特点，为了满足水平井分段压裂改造的要求，并综合苏里格气田其他区块水平井施工经验，选择完井改造程度高，产能较高且成本低的裸眼完井方式。１．２　完井管柱设计小井眼开窗侧钻水平井裸眼分段压裂改造，主要的完井工具包括水力锚（锚定完井管串）、悬挂封隔器（悬挂在老井套管壁上封隔上部地层）、裸眼封隔器（封隔压裂的各层段）、投球滑套（打开地层与油管环空之间的液流通道）、压差滑套（分段压裂第一层液流通道打开工具）以及坐封球座（坐封封隔器）等。例如，分４段压裂施工管柱如图１所示。图１　分４段压裂施工管柱示意１．２．１　完井管柱设计原则１）　封隔器要有较好的坐封位置。物性较差的泥质砂岩段、电性较差的井段、井径变化较小、没有明显扩径的井段、或钻时较长的井段。２）　尽量增加压裂裂缝的泄流面积。３）　使水平井段得到最有效的利用。１．２．２　悬挂封隔器位置设计原则１）　在侧钻开窗点１５０ｍ以上。２）　在有水泥环的套管段内。３）　避开套管接箍。·５４·　第４３卷　第１２期　　　　　　王学正，等：侧钻水平井分段压裂完井技术在气田的应用１．２．３　工艺原理按照设计要求，将分段压裂完井管柱下到预定位置，油管投低密度球，待球落到坐封球座上，油管加压坐封悬挂封隔器和裸眼封隔器。压裂施工过程中，油管加压打开压差滑套，开始对最下层进行加砂压裂。最下层施工结束后投入低密度球，送球至投球滑套内的球座上。油管加压剪断剪钉打开第２段油管环空和地层之间的液流通道进行第２段加砂压裂。按照分段压裂施工设计依次投球打开各级投球滑套逐层进行加砂压裂。整个压裂施工结束后，对气井进行放喷，各层之间相互连通实现合采。１．３　配套工具渤海钻探工程技术研究院根据小井眼开窗侧钻水平井特殊的井身结构自主研发了小井眼分段压裂完井配套工具，包括裸眼封隔器、投球滑套、压差滑套以及坐封球座等。１．３．１　裸眼封隔器结构组成如图２。１—下接头；２—下隔环；３、１４—密封胶筒；４—下活塞；５—锁紧环；６—剪钉；７、８、１０—Ｏ型圈；９—锁块；１１—外筒；１２—上活塞；１３—上隔环；１５—中心管；１６—下接头图２　裸眼封隔器　　１）　技术参数耐温１２０℃坐封压力１８ＭＰａ最小内径５０ｍｍ最大外径１１０ｍｍ总长１２００ｍｍ两端螺纹２ＴＢＧ２）　结构特点①双封设计，保证了整体结构的密封性。②锁块结构设计，保证下井过程中不会提前坐封。③马牙环锁紧机构设计，保证加压坐封可靠。１．３．２　投球滑套结构组成如图３。１）　技术参数耐温１２０℃工作压力１５ＭＰａ最小内径根据分段级数进行调整最大外径９３ｍｍ总长８００ｍｍ两端螺纹２ＴＢＧ２）　结构特点①投球滑套采用剪钉固定并用硫化Ｏ型圈密封，保证整体结构的密封性和安全性。②设计了不同尺寸的投球球座并与相应的低密度球配合，可以满足多级分段压裂要求。③设计了锁紧装置，以保证内滑套下行到位后不会回弹，影响低密度球的顺利返排以及后续生产。１—上接头；２、８、１１—顶丝；３—外筒；４—Ｏ型密封圈；５—导流孔；６—球座；７—剪钉；９—内滑套；１０—定位槽；１２—锁紧环；１３—下接头图３　投球滑套１．３．３　压差滑套结构组成如图４。１）　技术参数耐温１２０℃工作压力３８ＭＰａ最小内径３６ｍｍ最大外径９３ｍｍ总长７７０ｍｍ两端螺纹２ＴＢＧ２）　结构特点①解决了投球滑套不能用于侧钻水平井最下层的难题。②平衡气孔的设计，使油管与环空之间的压力差必须达到一定值才能打开，降低了压差滑套在坐封、丢手过程中提前打开的风险。③设计了锁紧装置，以保证内滑套下行到位后不会回弹，影响低密度球的顺利返排以及后续生产。１—上接头；３—外筒；４—导流槽；５—剪钉；６—螺纹钉孔；８、１２、１５—Ｏ型密封圈；９—下接头；１０—支撑台阶；１１—锁紧环；１２—顶丝；１３—内钉孔；１４—内滑套图４　压差滑套·６４·　　　　　　　　　　　石油矿场机械