PSK多級滑套水力噴射分段壓裂技術(shù)的應(yīng)用
——以鎮(zhèn)北油田水平井為例

王建麾，王成旺，余興國，李川，向奎，范希良

（中國石油長慶油田公司超低滲透研究中心，陜西 西安710018）

國外在20世紀(jì)80年代中期開始研究水平井壓裂增產(chǎn)改造技術(shù)，最初是沿水平井段進(jìn)行籠統(tǒng)壓裂。2002年以后，隨著非常規(guī)油氣資源的大規(guī)模開發(fā)和水平井的大規(guī)模應(yīng)用，許多公司開始嘗試水平井分段壓裂技術(shù)。近幾年，隨著水平井開發(fā)技術(shù)的日益成熟，水平段越來越長，壓裂改造段數(shù)越來越多，對水平井作業(yè)效率和壓裂工具要求也越來越高［1-7］。

1 國內(nèi)技術(shù)現(xiàn)狀及存在問題

國內(nèi)各大油田經(jīng)過多年研究、改進(jìn)與試驗，形成了水平井3 大主體分段改造技術(shù)，即雙封單卡分段壓裂、封隔器滑套分段壓裂和水力噴射分段壓裂技術(shù)。

1.1 雙封單卡分段壓裂技術(shù)

采用小直徑雙封隔器單卡對目的層段進(jìn)行壓裂，通過拖動實現(xiàn)一趟管柱分壓多個層段。該技術(shù)可以一次性射開所有待改造層段。利用導(dǎo)壓噴砂封隔器的節(jié)流壓差壓裂管柱，采用上提方式，一趟管柱完成多層壓裂［1］。該工藝優(yōu)點是可實現(xiàn)精確卡層，可控制目的層改造規(guī)模；缺點是入井工具多、卡鉆風(fēng)險大（水力錨存在有硬卡的風(fēng)險），靠拖動管柱實現(xiàn)多段分壓。

1.2 封隔器滑套分段壓裂技術(shù)

不動管柱的多級封隔器分段壓裂技術(shù)［8］是在雙封隔器分段壓裂成功的基礎(chǔ)上發(fā)展成的。

該工藝的優(yōu)點是不動管柱分壓，施工效率高；缺點是入井工具多，卡鉆風(fēng)險大，環(huán)空間隙小，不易建立反循環(huán)通道。

1.3 水力噴射分段壓裂技術(shù)

水力噴射分段壓裂技術(shù)是把壓能轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽?，將水力噴砂射孔和水力壓裂有機(jī)結(jié)合起來的一種新工藝技術(shù)［9］。

該工藝的優(yōu)點是增加射孔的穿透深度、入井工具少、卡鉆風(fēng)險小，射孔壓裂一體化、施工簡單有效。

上述3 項水平井分段壓裂技術(shù)主要在大慶、吉林、長慶等油田推廣應(yīng)用，權(quán)衡3 項技術(shù)利弊，結(jié)合長慶油田實際，選擇了水力噴射分段壓裂技術(shù)。

2 PSK 多級滑套水力噴射分段壓裂

常規(guī)水力噴射鉆具經(jīng)過多年的現(xiàn)場應(yīng)用，暴露出一些問題，如2011—2012年鎮(zhèn)北水平井完試4 口，平均水平段長度411 m，單井壓裂8.3 段，單井用工具3.5套，單趟工具僅能壓裂2.4 段，單井換鉆具時間約為63 h，單趟鉆具改造段數(shù)少。頻繁起下鉆造成施工周期過長，成為影響水平井施工效率的一大問題。

2.1 PSK 水力噴射封隔工具

2.1.1 結(jié)構(gòu)

該工具主要由噴射器本體、噴嘴、內(nèi)滑套、上膠筒座、中心管、膠筒、下膠筒座、下接頭和坐落接頭等組成，下層施工時不開啟，投球開啟后可正常工作［10-15］。

2.1.2 工作原理

水力噴槍的噴嘴和封隔器的坐封水眼被滑套擋住，噴槍和封隔器都不工作，液流經(jīng)過PSK 工具內(nèi)部從下工具串流出。當(dāng)下面的噴射工具失效后，從井口投球，加壓剪釘，打掉滑套，同時鋼球和滑套一起下落，經(jīng)過封隔器中心管進(jìn)入滑套坐封接頭，封堵下面管柱。

通過改變滑套的內(nèi)徑，可以實現(xiàn)多級PSK 工具，投不同尺寸的鋼球開啟對應(yīng)的PSK 工具。

2.1.3 參數(shù)

總長1 560 mm，最大外徑110 mm，滑套內(nèi)通徑有28，32，35 mm 等3 種規(guī)格。

2.2 選擇性開啟式噴射封隔工具

2.2.1 原理

PSK 噴射工具對常規(guī)的封隔器進(jìn)行了改進(jìn)，在封隔器坐封導(dǎo)壓通道上增加了滑套機(jī)構(gòu)，并將封隔器的上接頭設(shè)計成水力噴槍，用一個滑套同時封堵噴槍和封隔器的坐封水眼。未開啟此滑套前，該通道處于關(guān)閉狀態(tài)；開啟此滑套，封隔器坐封，同時開啟噴槍的出液孔，從而使得封隔器的水眼滑套在管柱中自下而上逐級開啟，實現(xiàn)自下而上選擇性座封。

2.2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

PSK344-110 在常規(guī)封隔器的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，其上接頭改為水力噴槍，同時將其坐封水眼也設(shè)計在上接頭上。其主要由下接頭、剪釘和密封件組成。

目前已經(jīng)形成了2 級滑套分段壓裂工具和3 級滑套分段壓裂工具（見圖1—3）。2 級滑套水力噴射分段壓裂技術(shù)已經(jīng)推廣應(yīng)用，3 級滑套水力噴射分段壓裂技術(shù)現(xiàn)場試驗也獲得了成功，提速提效效果良好。

圖1 水力噴射分段壓裂管柱示意

圖2 2 級PSK 水力噴射分段壓裂管柱示意

圖3 3 級PSK 水力噴射分段壓裂管柱示意

2.3 工具改進(jìn)

水力噴砂射孔過程中，在水力噴射工具噴嘴處會產(chǎn)生一定的反濺傷害，且反濺傷害集中區(qū)域在噴嘴外圍，如果液體內(nèi)含有一定量的石英砂等硬度較高的材料時，傷害度會更大。在射孔及壓裂過程中，噴嘴外圍都會受到大排量及大砂量施工液體的反濺沖蝕，如果本體材料硬度不夠，本體將會被刺穿，導(dǎo)致水力噴射工具失效。

在鎮(zhèn)平×井第一次施工時，采用常規(guī)水力噴射鉆具，在施工第4 段的時候，因為反濺損害掏空了一個噴嘴，導(dǎo)致工具失效，具體情況見圖4。

為了將反濺損害對噴槍本體的影響減到最小，采取噴槍本體外表面噴涂高硬度的硬質(zhì)合金技術(shù)，來對抗反濺傷害。

經(jīng)過表面噴涂硬質(zhì)合金保護(hù)層處理之后，水力噴射工具在井內(nèi)的施工情況有了明顯改善，本體反濺損害程度降低了很多（見圖5）。

圖4 鎮(zhèn)平×井第4 段施工1 級噴槍反濺損害情況

圖5 鎮(zhèn)平×井施工第5 段的PSK 水力噴射封隔工具

2.4 現(xiàn)場驗證分壓有效性

為進(jìn)一步驗證PSK 多級滑套水力噴射工具分壓的有效性，在鎮(zhèn)北油田×井現(xiàn)場應(yīng)用PSK 2 級滑套水力噴射工具施工。應(yīng)用1 級PSK 成功壓裂3 段，第1，2，3段施工破壓明顯，后續(xù)壓裂施工壓力平穩(wěn)，整個施工過程中封隔器坐封良好，施工結(jié)束起出封隔器，噴射器完好，工具性能穩(wěn)定。

應(yīng)用2 級PSK 成功壓裂2 段，投球開啟2 級PSK工具，打滑套動作明顯，壓裂施工過程中順利破壓后壓力平穩(wěn)無異常變化，整個施工過程中封隔器坐封完好，壓裂改造充分。施工結(jié)束后起出鉆具，2 級封隔器略有損壞，2 級噴射器完好，工具整體性能穩(wěn)定。

2.5 現(xiàn)場應(yīng)用效果

PSK 多級滑套水力噴射分段壓裂技術(shù)在鎮(zhèn)北油田水平井應(yīng)用14 口井，應(yīng)用效果顯著，尤其是長8 層，單趟鉆具壓裂改造段數(shù)由常規(guī)的2.2 段提高到目前的4.1 段，單井下鉆次數(shù)由前期的5.0 次下降到目前的2.3 次，極大地提高了施工效率。

3 結(jié)論

1）水力噴射分段壓裂入井工具少，卡鉆風(fēng)險小，現(xiàn)場操作簡單，安全有效。

2）PSK 多級滑套分段壓裂基于常規(guī)水力噴射封隔工具進(jìn)行改進(jìn)，在封隔器座封導(dǎo)壓通道上增加了滑套機(jī)構(gòu)，通過表面噴涂保護(hù)層增加噴嘴的性能。目前已經(jīng)形成了2 級和3 級滑套分段壓裂工具，現(xiàn)場應(yīng)用性能穩(wěn)定，封隔有效，能實現(xiàn)多個層段的有效分壓。

3）該技術(shù)在鎮(zhèn)北油田應(yīng)用，提速提效效果顯著，大幅縮短了施工周期。通過一次管柱可以壓裂多層，極大地提高了作業(yè)效率，減少了作業(yè)成本。

［1］張煥芝，何艷青，劉嘉，等.國外水平井分段壓裂技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢［J］.石油科技論壇，2012（6）：47-52.

［2］朱世琰，李海濤，陽明君，等.低滲透油藏分段壓裂水平井布縫方式優(yōu)化［J］.斷塊油氣田，2013，20（3）：373-376.

［3］鐘森.SF 氣田水平井分段壓裂關(guān)鍵參數(shù)優(yōu)化設(shè)計［J］.斷塊油氣田，2013，20（4）：526-534.

［4］蘇建政.水平井壓裂選井選層技術(shù)探討［J］.斷塊油氣田，2010，17（4）：455-457.

［5］熊有全，劉明國，時國林.中原油田水平井技術(shù)應(yīng)用及發(fā)展方向［J］.斷塊油氣田，2002，9（3）：68-71.

［6］彭妥，曾德仁.新疆油區(qū)水平井開采現(xiàn)狀［J］.斷塊油氣田，2002，9（2）：67-70.

［7］張子明.水平井壓裂技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀［J］.中 外 能源，2002，14（9）：39-44.

［8］陳作.水平井分段壓裂工藝技術(shù)現(xiàn)狀及展望［J］.天然氣工業(yè)，2007，27（9）：78-80.

［9］蔡景超，邵帥，李偉，等.水平井水力噴射壓裂工藝探析［J］.中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2012，33（12）：124.

［10］丁青山，薛啟龍，官偉，等.水力分段射孔壓裂噴射器試驗及應(yīng)用研究［J］.石油機(jī)械，2012，40（3）：96-99.

［11］張波，蘇敏文，鄧小強，等.水平井多級水力噴射壓裂封隔工具［J］.石油機(jī)械，2012，40（12）：109-112.

［12］閆永萍，李新弟.淺析水平井分段壓裂改造技術(shù)在長慶油田的應(yīng)用［J］.內(nèi)江科技，2012（5）：106，127.

［13］孫騫，田啟忠，呂瑋，等.水平井管內(nèi)分段壓裂技術(shù)的研究與應(yīng)用［J］.石油機(jī)械，2012，40（5）：92-96.

［14］儲小三，吳晉軍，段鵬輝，等.水平井水力噴射與小直徑封隔器聯(lián)作壓裂技術(shù)在長慶低滲透油田中的應(yīng)用［J］.石油鉆采工藝，2012，36（6）：73-76.

［15］李春芹.水平井分段壓裂在特低滲透油藏開發(fā)中的應(yīng)用［J］.西南石油大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2012，33（6）：85-88.