固井開關(guān)滑套多級分段壓裂完井工藝技術(shù)分析

趙小龍，董建國，伊西鋒，盧雅蘭，李 明

(中石化勝利油田分公司，山東 東營 257000)

引 言

水平井分段壓裂技術(shù)是低滲透油藏改造的重要技術(shù)[1-3]，國外目前關(guān)于固井開關(guān)滑套多級分段壓裂完井工藝技術(shù)的文獻(xiàn)較少，水平井固井多級分段壓裂完井工藝技術(shù)主要以泵送橋塞射孔分段壓裂聯(lián)作技術(shù)和斯倫貝謝公司的TAP無限級高效套管壓裂技術(shù)為主[4-5]。針對勝利油田地質(zhì)儲(chǔ)層的復(fù)雜性和特殊性，圍繞預(yù)制式可開關(guān)滑套、液控開關(guān)工具等進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)和室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，研發(fā)了套管固井開關(guān)滑套多級分段壓裂完井工藝管柱。固井開關(guān)滑套多級分段壓裂完井工藝分段級數(shù)不受限制，壓裂規(guī)模大、施工排量大，對井眼質(zhì)量要求比較低，而且不用射孔、不用鉆塞，因此預(yù)置滑套固井多級分段壓裂完井有較大的發(fā)展趨勢，對勝利油田低孔、低滲、低豐度油藏高效開采有重要意義[6-11]。

1 管串結(jié)構(gòu)組成及特點(diǎn)

固井開關(guān)滑套多級分段壓裂完井技術(shù)是針對勝利油田灘壩砂薄互層低滲致密儲(chǔ)層以及頁巖油等非常規(guī)油氣資源而開發(fā)的一項(xiàng)新技術(shù)。固井開關(guān)滑套多級分段壓裂完井工藝管柱主要包括完井工藝管柱和開關(guān)管柱2個(gè)部分，完井工藝管柱用于支撐井壁，實(shí)現(xiàn)套管固井完井，開關(guān)滑套作為后期壓裂通道。

1.1 完井工藝管柱

固井開關(guān)滑套多級分段壓裂完井工藝管柱主要由套管、開關(guān)滑套、液壓扶正器、工作筒、浮箍、浮鞋等組成(圖1)。

圖1 管串結(jié)構(gòu)示意圖

1.1.1 工作原理

將固井可開關(guān)滑套完井管串下入井中，采用套管固井完井方式完井，根據(jù)壓裂儲(chǔ)層分段設(shè)計(jì)要求下入相應(yīng)級數(shù)的可開關(guān)滑套，通過固井水泥環(huán)封隔油層進(jìn)行分段，同時(shí)下入液壓扶正器提高工具位置的固井質(zhì)量，使儲(chǔ)層分隔更可靠，壓裂施工時(shí)利用連續(xù)油管將液控開關(guān)工具下入套管內(nèi)，利用液控開關(guān)工具打開、關(guān)閉滑套，實(shí)現(xiàn)任意段壓裂完井。

1.1.2 主要技術(shù)參數(shù)

套管外徑為139.7 mm;滑套長度為1 200 mm;滑套最大外徑為180 mm;滑套最小通徑為121 mm;工作溫度為150°;耐壓為70 MPa;施工排量不小于10 m3/min;適用于直井、斜井和水平井。

1.2 開關(guān)工具

液壓開關(guān)工具是固井開關(guān)滑套多級分段壓裂完井的重要組成部分，是決定滑套啟閉壓裂成敗的關(guān)鍵，其主要結(jié)構(gòu)由上接頭、外筒、擋板、卡塊、活塞、彈簧和下接頭組成(圖2)。

1.2.1 工作原理

圖2 液壓開關(guān)工具示意圖

采用液壓機(jī)構(gòu)和彈簧配合控制啟閉工作，在壓裂施工前，利用連續(xù)油管將液控開關(guān)工具下入到開關(guān)滑套位置，向連續(xù)油管內(nèi)打壓，使卡塊撐出，并卡在滑套中心管處，此時(shí)上提連續(xù)油管可打開滑套，進(jìn)行壓裂作業(yè)，壓裂結(jié)束后下放連續(xù)油管可關(guān)閉滑套。

1.2.2 主要技術(shù)參數(shù)

液控開關(guān)工具外徑為110 mm;工作壓力為5 MPa，耐溫為 150°。

1.3 工藝特點(diǎn)

(1)采用固井方式完井，對井眼質(zhì)量要求低，能夠滿足泥沙交互薄互層、頁巖等儲(chǔ)層鉆井難度大，井眼質(zhì)量難以保證的復(fù)雜井況要求。

(2)根據(jù)分段壓裂優(yōu)化要求可設(shè)計(jì)安置多個(gè)開關(guān)滑套，分段級數(shù)不受限制。

(3)采用套管壓裂方式，其壓裂規(guī)模大、施工排量大(10～15 m3/min)，滿足灘壩砂薄互層油藏多層改造以及頁巖油網(wǎng)縫壓裂的需要。

(4)不用射孔，無需鉆塞，施工周期短，安全可靠，節(jié)省施工費(fèi)用。

(5)滿足后期選擇性生產(chǎn)控制和重復(fù)壓裂的需要。

2 現(xiàn)場試驗(yàn)及分析

2.1 油藏概況

2012年9月，固井開關(guān)滑套多級分段壓裂完井工藝技術(shù)在A-1井進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn)。該井位于A區(qū)塊北部，處于構(gòu)造較低部位，深水濁積類型儲(chǔ)層，巖性為細(xì)砂巖、粉砂巖，油藏類型為低孔、特低滲構(gòu)造巖性油藏。儲(chǔ)層具特低滲、油層跨度大、層多、層薄的特點(diǎn)。

2.2 管柱組合

管柱組合為:(由下至上)浮鞋+浮箍+套管串+液壓扶正器+套管串+1號(hào)可開關(guān)滑套+液壓扶正器+套管短節(jié)+2號(hào)可開關(guān)滑套+套管串+液壓扶正器+套管串+3號(hào)可開關(guān)滑套+套管串+液壓扶正器+套管串+4號(hào)可開關(guān)滑套+套管串+液壓扶正器+套管串+工作筒+套管串。各開關(guān)滑套位置見表1。

表1 開關(guān)滑套深度位置

2.3 固井要求

采用抗高溫塑性水泥漿和低密度高強(qiáng)度水泥漿體系，水泥漿要求返至井口，滿足套管分段壓裂需要。

2.4 施工工藝

①完鉆后模擬通井;②配接完井管柱下入井內(nèi);③固井;④碰壓，脹開液壓扶正器;⑤安裝井口及連續(xù)油管設(shè)備、防噴系統(tǒng)及地面管匯;⑥配接液控開關(guān)工具，地面動(dòng)作正常后下入井內(nèi);⑦開啟第1級可開關(guān)滑套;⑧進(jìn)行第1段壓裂施工;⑨關(guān)閉第1級可開關(guān)滑套;⑩重復(fù)施工步驟⑦～⑨，逐級完成每段的壓裂施工;○11壓裂完成后，上提連續(xù)油管，將液控開關(guān)工具起出井內(nèi)。

2.5 效果分析

通井進(jìn)行短起下滑眼處理井筒，調(diào)整泥漿性能，替入固體及液體潤滑劑，完井管柱下入順利。采用套管液壓扶正器提高固井質(zhì)量，固井質(zhì)量評價(jià)顯示，添加扶正器的井段固井質(zhì)量明顯提高。使用連續(xù)油管輸送液壓開關(guān)工具，對可開關(guān)滑套進(jìn)行開關(guān)操作顯示正常，滑套打開、關(guān)閉載荷符合配套工具設(shè)計(jì)參數(shù)的要求，滑套與地層連通顯示明顯。

現(xiàn)場試驗(yàn)取得了初步效果，但受水泥環(huán)厚度、地層壓力、儲(chǔ)層物性及地應(yīng)力等因素影響，小排量進(jìn)液時(shí)，地層很難被壓裂出有效裂縫。提高施工排量，施工壓力升至施工限壓，加砂難度大。

2.6 下步對策

壓裂過程中，井周人工壓裂裂縫的萌生、擴(kuò)展、延伸是井筒、水泥環(huán)、地層之間滲流—應(yīng)力—損傷—破裂多場耦合作用下地層巖石破裂的結(jié)果，因此井周人工壓裂縫的形成及其延伸規(guī)律將會(huì)受水泥環(huán)和完井工具的影響。因此，有必要系統(tǒng)研究水泥環(huán)固結(jié)質(zhì)量、壓裂工具結(jié)構(gòu)形狀(滑套出液口形狀)對地層破裂壓力的影響，為滑套出液口形狀優(yōu)化、最大限度減小水泥環(huán)對破裂壓力影響奠定理論基礎(chǔ)，為實(shí)現(xiàn)套管固井完井方式下經(jīng)濟(jì)、高效的儲(chǔ)層壓裂改造提供技術(shù)支撐。

3 結(jié)論

(1)固井開關(guān)滑套多級分段壓裂完井技術(shù)，壓裂級數(shù)不受限制，工藝簡單，節(jié)約施工時(shí)間，具有廣闊的應(yīng)用前景和發(fā)展趨勢。

(2)現(xiàn)場應(yīng)用表明，工藝管柱有效可靠，采用套管液壓扶正器可提高固井可開關(guān)滑套附近的固井質(zhì)量，應(yīng)用連續(xù)油管輸送液壓開關(guān)工具，對滑套開關(guān)操作顯示正常。

(3)現(xiàn)場試驗(yàn)中出現(xiàn)地層難以壓裂出有效裂縫的現(xiàn)象，因此研究未射孔水泥環(huán)對地層破裂壓力的影響將對該技術(shù)的發(fā)展及推廣應(yīng)用具有重要的意義。

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