PnD射孔投球分段多簇壓裂在超低滲 油藏的開(kāi)發(fā)應(yīng)用

李超 佘亞軍 曹亮 楊馬慶(川慶鉆探工程有限公司長(zhǎng)慶井下技術(shù)作業(yè)公司 陜西 西安 710000)

X X井是長(zhǎng)慶油田采油六廠部署在武卯子的一口試驗(yàn)水平井，以長(zhǎng)7為目的層，完鉆井深3455.0 m，水平段：603.1 m。主要為灰黑色致密砂巖,針對(duì)長(zhǎng)7儲(chǔ)層物性差、裂縫發(fā)育等特征，通過(guò)大排量壓裂，開(kāi)啟天然裂縫，形成相互對(duì)稱(chēng)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)裂縫；試驗(yàn)p n d分段多簇壓裂技術(shù)，通過(guò)多級(jí)點(diǎn)火實(shí)現(xiàn)分簇射孔、投可溶性球?qū)崿F(xiàn)封隔、光套管壓裂實(shí)現(xiàn)大排量注入，提高壓裂施工效率和復(fù)雜裂縫。施工排量8-10方/min，注入總液量7880方，加入支撐劑471.9方。這是此項(xiàng)技術(shù)首次在國(guó)內(nèi)開(kāi)展試驗(yàn)，試驗(yàn)成功為國(guó)內(nèi)致密油氣有效開(kāi)發(fā)提供了新的技術(shù)方向，所取得的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)可供今后國(guó)內(nèi)水平井分段大型體積壓裂實(shí)施參考借鑒。

一、PnD射孔投球分段多簇壓裂技術(shù)

水力泵送速鉆橋塞分段壓裂的改進(jìn)版本——PnD射孔投球壓裂技術(shù)是當(dāng)今國(guó)外致密油氣水平井體積壓裂技術(shù)發(fā)展的一個(gè)新方向,近年來(lái)在國(guó)外致密油氣藏開(kāi)發(fā)中得到廣泛應(yīng)用。X X井壓裂采用了斯倫貝謝公司的技術(shù)，這也是此項(xiàng)技術(shù)首次在國(guó)內(nèi)開(kāi)展試驗(yàn)。

工藝過(guò)程

1.固井時(shí)下入爆裂閥（第一段）和5級(jí)PnD閥（其它5段）。

2.第一段套管內(nèi)加壓，打開(kāi)爆裂閥形成通道，然后光套管壓裂改造。

3.帶壓水力泵送多級(jí)射孔槍至第二段，多級(jí)點(diǎn)火射孔，激活PnD閥，使c環(huán)形成o環(huán)，起出電纜、投球封隔第一段，光套管壓裂作業(yè)（壓后不放噴）。

4.用同樣的方式，根據(jù)分壓段數(shù)要求，依次下人射孔槍、射孔、投球壓裂。

5.各段壓裂完成后，進(jìn)行排液、求產(chǎn)。

技術(shù)特點(diǎn)

1.特別適合大排量、大液量特點(diǎn)的體積壓裂,通過(guò)簇式射孔實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)、多點(diǎn)起裂，裂縫位置精準(zhǔn),易形成更多的縫網(wǎng)改造體積。

2.射孔+投球+壓裂聯(lián)作，帶壓作業(yè)，施工快捷，井筒隔離可靠性高。

3.壓后井筒完善程度高。金屬球由復(fù)合材料制成，密度較小，壓后可自動(dòng)消融,為后續(xù)作業(yè)和生產(chǎn)留下全通徑井筒,壓裂后不需要鉆磨即可保持全通徑投產(chǎn)，具有壓裂作業(yè)效率高、成本低的特點(diǎn)。

施工難點(diǎn)

1.該技術(shù)關(guān)鍵是電纜下入射孔聯(lián)作，如果前面C環(huán)不能順利打開(kāi)或是射孔不能完成，勢(shì)必會(huì)造成不能實(shí)施壓裂改造。

2.無(wú)論是在泵送射孔槍還是泵送金屬球，都需要套管具有較高的完整性。因此壓裂施工中必須控制好壓力，使其在能順利壓開(kāi)地層的情況下不使套管變形。

3.大規(guī)模施工，大液量、大砂量，大排量施工給地面壓裂設(shè)備、高壓管線、井口等提出了更高的長(zhǎng)時(shí)間耐壓及穩(wěn)定性的要求。

二、壓裂方案要點(diǎn)論證

裂縫參數(shù)優(yōu)化

X X井區(qū)長(zhǎng)7水平井部署采用直井注水-水平井采油、水平段垂直于裂縫方向的七點(diǎn)井網(wǎng)形式，井距500 m，排距200 m。

圖1 井網(wǎng)示意圖

1.以數(shù)值模擬手段、同時(shí)以油藏改造體積為依據(jù)優(yōu)化裂縫參數(shù)；

2.根據(jù)前期礦場(chǎng)試驗(yàn)及井下微地震測(cè)試結(jié)果，優(yōu)化段間距為30-50 m；

3.從形成復(fù)雜裂縫出發(fā)，單段設(shè)計(jì)4-5簇；

4.紡錘形中間裂縫半縫長(zhǎng)240 m；

5.紡錘形兩端裂縫由于距離注水井連線近，優(yōu)化裂縫半長(zhǎng)為180 m。

分段和射孔位置優(yōu)化

根據(jù)水平段的物性及分布、與注水井的距離、油藏模擬結(jié)果、地應(yīng)力分布狀態(tài)等，進(jìn)行了分段方案和射孔位置選擇，選擇原則為：

1.各段的射孔簇應(yīng)處于其最小主應(yīng)力位置，便于裂縫的開(kāi)啟和延伸；

2.各段的射孔簇應(yīng)處于物性相對(duì)較好的位置；

3.避開(kāi)固井質(zhì)量差的層段和套管節(jié)箍（在測(cè)固井質(zhì)量和校深后調(diào)整）；

4.考慮注水井的布井位置，使得注水效果最優(yōu)，并且避免出現(xiàn)水淹；

5.考慮經(jīng)濟(jì)效益，裂縫段數(shù)和工藝參數(shù)優(yōu)化以NPV最大化為目標(biāo)；

6.射孔相位90度，射孔密度16孔/米，首段采取爆裂閥使井筒與地層溝通。

初步將整個(gè)水平段分為6段，每段4-5個(gè)射孔簇。

裂縫優(yōu)化模擬結(jié)果

壓裂軟件模擬結(jié)果如下：

圖二 水平井模擬裂縫形態(tài)3D視圖

三、壓裂液

工藝需要的壓裂液需要具備以下性能：

較好的粘度以保持液體攜砂性能穩(wěn)定；與儲(chǔ)層巖石和流體配伍；較低摩阻；控制液體濾失；抗剪切；易于準(zhǔn)備和泵注具備快速破膠和返排能力。

根據(jù)以上要求，選用“滑溜水+基液+交聯(lián)液”的混合設(shè)計(jì)方式，整體減小液體粘度，降低壓裂液傷害。施工中采用小臺(tái)階下的逐級(jí)提升砂濃度模式，實(shí)現(xiàn)近線性加砂，確保泵注過(guò)程中支撐劑在裂縫中的濃度能夠平穩(wěn)增加，降低施工風(fēng)險(xiǎn)。

四、支撐劑優(yōu)選

安72長(zhǎng)7油藏埋深2190 m，儲(chǔ)層閉合應(yīng)力30.6 Mpa，針對(duì)長(zhǎng)7裂縫發(fā)育儲(chǔ)層，為形成縫網(wǎng)系統(tǒng)，主要采用較小粒徑的支撐劑支撐天然裂縫及小支縫，采用較大粒徑的支撐劑支撐主裂縫。經(jīng)室內(nèi)試驗(yàn)評(píng)價(jià)，優(yōu)選40-70目與20-40目低密度陶粒組合應(yīng)用。為確保后續(xù)各段橋射作業(yè)順利，各段尾追16/30目固結(jié)砂，防止支撐劑回流。

五、壓裂施工準(zhǔn)備

整個(gè)施工由多家專(zhuān)業(yè)施工隊(duì)伍協(xié)同進(jìn)行，壓裂七隊(duì)負(fù)責(zé)壓裂作業(yè)，斯倫貝謝公司提供射孔器材、防噴盒、電纜封井器、吊車(chē)，負(fù)責(zé)射孔+投球壓裂聯(lián)作并提供壓裂液化學(xué)添加劑。壓裂與監(jiān)測(cè)試驗(yàn)由油氣院與項(xiàng)目組共同組織協(xié)調(diào)；根據(jù)裂縫實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)結(jié)果由油氣院對(duì)單段改造參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

1.管柱

根據(jù)鄰井資料統(tǒng)計(jì)7，水平井水力噴砂壓裂時(shí)油管破壓平均為45.0 Mpa，N 80鋼級(jí)2/8"油管限壓65Mpa滿(mǎn)足1壓力要求；采取光套7管壓裂，套管要求限壓45 Mpa，P 110鋼級(jí)5/2"套管和N 80鋼級(jí)2/8"油管可滿(mǎn)足壓力要求。

2.井口

井口需承壓65 Mpa，同時(shí)必須滿(mǎn)足117 mm金屬球可通過(guò)。

3.壓裂設(shè)備

動(dòng)用了10臺(tái)2000型壓裂車(chē)等各類(lèi)主輔設(shè)備15臺(tái)套。

六、異常情況的處理

1.工具下入過(guò)程中遇卡

補(bǔ)救措施:下入過(guò)程中P n D工具可以進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，推壓，提拉等常規(guī)解卡作業(yè)。工具本體強(qiáng)度和套管相當(dāng)或更高，并且沒(méi)有暴露在套管外的控制管線等，因此不會(huì)限制相關(guān)作業(yè)。

2.P N D閥未被激活

補(bǔ)救措施:如果第一次射孔激活未成功，則進(jìn)行第二次射孔。如果仍未成功，則需要下入橋塞座封。作業(yè)流程同水力橋塞作業(yè)。

3.射孔槍入井過(guò)程中遇卡

補(bǔ)救措施:停泵和停電纜絞車(chē)，拉到最大安全拉力，用1/6允許的最大泵速洗井。不要讓井內(nèi)壓力下降到上一級(jí)停泵后壓力，與返排操作員保持聯(lián)系，以便能快速關(guān)閉返排閥門(mén)，避免儀器串反向移動(dòng)超過(guò)電纜。

4.射孔后遇卡

補(bǔ)救措施：拉到電纜的最大安全拉力等待幾分鐘，如果返排允許，返排很短時(shí)間，逐漸增加返排泵速，與返排操作員保持溝通，以便解卡后及時(shí)停泵。一旦射孔槍開(kāi)始移動(dòng)，開(kāi)動(dòng)絞車(chē)上提電纜。如果嘗試失敗，通過(guò)絞車(chē)電纜張力變化點(diǎn)驗(yàn)證卡點(diǎn)深度，停住絞車(chē)，逐漸增加泵速到1/6,2/6和3/6全速。松動(dòng)絞車(chē)釋放5 ft電纜，然后收緊并拉到最大安全張力，緩慢操作以免損傷電纜，建議重復(fù)操作少于5次。如果不能解卡?？蛻?hù)做最終決定是否拉斷工具弱點(diǎn)將射孔槍留在井內(nèi)。

5.射孔槍點(diǎn)火失敗

補(bǔ)救措施：如果射孔槍點(diǎn)火失敗，提出井口，檢查并更換點(diǎn)火設(shè)備和射孔槍彈。重新泵入射孔槍進(jìn)行射孔作業(yè)。如果球座已經(jīng)形成并且只有1槍未點(diǎn)火，可以和客戶(hù)討論是否需要重新泵入射孔槍補(bǔ)孔。

6.砂堵或壓力異常升高

補(bǔ)救措施：如果在壓裂施工過(guò)程中出現(xiàn)壓力異常升高，則立即停砂并觀察壓力反應(yīng)，頂替至少1個(gè)井筒容積后考慮繼續(xù)加砂。如果在施工中出現(xiàn)提前砂堵，則可以先采取快速排液清砂措施，若無(wú)法排液則下入油管清砂。所以要求井架車(chē)在井口待命。

7.儲(chǔ)層無(wú)法壓開(kāi)

補(bǔ)救措施：若施工出現(xiàn)某層無(wú)法壓開(kāi)情況，可先采用震蕩法（加壓然后快速卸壓）；不成功則可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，采用以下兩種方案進(jìn)行解決：1.如果地層可以吸收一定液體，則嘗試建立低排量注入酸液，直至酸液進(jìn)入 地層浸泡射孔段10分鐘，再試；具體步驟如下：緩慢起泵，觀察井口壓力，以最低泵速（例如:0.5 m3/min）進(jìn)行泵注注入酸液，直至將井筒內(nèi)液體擠入地層，在擠入期間，根據(jù)壓力情況可以適當(dāng)提高排量以壓開(kāi)地層。如果觀察到地層已經(jīng)破裂，則可以將排量提高至設(shè)計(jì)排量進(jìn)行下一級(jí)壓裂。如果一直沒(méi)有觀察到地層破裂，可以持續(xù)以低排量注入，直至酸液進(jìn)入射孔段，浸泡射孔段10分鐘，重新起泵再試。2.如果地層無(wú)法吸液，則可以下入帶封隔器的油管將井筒中的液體替換出來(lái)，泵入酸液，使得酸液浸泡射孔段30分鐘，嘗試壓裂。若還不成功可討論放棄本層壓裂。

七、施工簡(jiǎn)況

第一段：套管內(nèi)加壓打開(kāi)爆裂閥形成通道，用胍膠液光套管壓裂。

圖3 第一段曲線

第二段：帶壓下入長(zhǎng)0.6 m射孔槍6個(gè)，槍型S Q Y 89槍?zhuān)瑥椥虳 P 35 R D×29-1 A，孔密10孔/0.6 m。帶壓泵送射孔槍?zhuān)帕?.5—3.0方/min，壓力6.1—15.3 Mpa，歷時(shí)293 min，用液360.0方，射孔3槍?zhuān)珻環(huán)未打開(kāi)。繼續(xù)帶壓泵送射孔槍?zhuān)帕?.5—3.0方/min，壓力5.3-15.6 Mpa，歷時(shí)63 min，用液58.0方，射孔1槍?zhuān)淇组L(zhǎng)7:3339.84 m，推動(dòng)C環(huán)形成O環(huán)，從井口投入Φ 117 mm可溶性金屬球1個(gè)，封堵下層，用胍膠液光套管壓裂。

圖4 第二段曲線

第三段：連續(xù)4天射孔激發(fā)C環(huán)未成，采用閘門(mén)控制放噴正常，后用活性水正擠水壓井。采用閘門(mén)控制放噴180 min，返出液體65.0方。C環(huán)仍未閉合，后改為水力噴射環(huán)空加砂。

第4-6段射孔激發(fā)C環(huán)均一次性閉合，壓裂正常。該井壓后自噴原油百?lài)嵰陨稀?/p>

八、存在的問(wèn)題

1.采用三入口壓裂井口，施工中排量較高，各個(gè)高壓管線存在震動(dòng)、不穩(wěn)定現(xiàn)象，連接方式有待改進(jìn)。

2.無(wú)特制的投球器，從井口投球影響了施工時(shí)間。

3.壓裂第一段時(shí)由于大罐極為分散，考慮到管線較長(zhǎng)，混砂車(chē)打足8方排量不易，采用2套壓裂機(jī)組雙混砂車(chē)加砂，出現(xiàn)了加砂未能同步的問(wèn)題。

4.施工中出現(xiàn)了C環(huán)連續(xù)射孔未激活、C射孔槍未發(fā)射等問(wèn)題，耗費(fèi)了大量液體、精力及時(shí)間，影響了施工周期。

九、認(rèn)識(shí)與建議

1.現(xiàn)有的體積壓裂施工組織模式值得商榷。大型壓裂施工涉及到多個(gè)專(zhuān)業(yè)服務(wù)隊(duì)伍的多個(gè)專(zhuān)業(yè)技術(shù)作業(yè)，密切配合、通力協(xié)作是施工獲得成功的前提和保證。

2.體積壓裂配套高低壓管匯與連續(xù)輸砂裝置的研究。體積壓裂一般具有大排量、大液量、大砂量、低砂比的特點(diǎn)，使用多種液體和多種粒徑的支撐劑。施工設(shè)備、設(shè)施及地面流程配套要適應(yīng)體積壓裂的這種特點(diǎn),該井施工由于井場(chǎng)局限，大罐擺放不到位等因素的影響，多次出現(xiàn)加砂不能連續(xù)進(jìn)行的情況，建議開(kāi)展連續(xù)輸砂裝置的研究。

3.如何在井場(chǎng)狹小與施工規(guī)模大之間找一平衡點(diǎn)。由于現(xiàn)有政策的影響，井場(chǎng)面積會(huì)越來(lái)越小，如何有效利用設(shè)備，安全平穩(wěn)施工給我們提出了嚴(yán)峻考驗(yàn)。應(yīng)用連續(xù)混配工藝，簡(jiǎn)化了壓裂地面流程，縮短施工準(zhǔn)備時(shí)間，減少了場(chǎng)地占用，防止了壓裂液浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)了環(huán)境保護(hù)。

4.壓裂井口應(yīng)使用專(zhuān)用的多入口壓裂頭，下方安裝和井筒內(nèi)通徑相同的液壓閥、四通、投球器和總閘門(mén)?？傞l門(mén)處于常開(kāi)狀態(tài)，這種連接方式使得射孔、投球電纜作業(yè)十分方便，便于施工連續(xù)。

5.X X井的壓裂實(shí)踐，對(duì)國(guó)內(nèi)致密油氣有效開(kāi)發(fā)勘探開(kāi)發(fā)進(jìn)行了有益的探索，所取得的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)可供今后國(guó)內(nèi)水平井分段大型壓裂施工參考借鑒。

[1]詹鴻運(yùn).劉志斌.程智遠(yuǎn).田文江.張鵬.韓永亮水平井分段壓裂裸眼封隔器的研究與應(yīng)用[期刊論文]-石油鉆采工藝2011,33（1）.

[2]柴國(guó)興.劉松.王慧莉.李繼志.新型水平井不動(dòng)管柱封隔器分段壓裂技術(shù)[期刊論文]-中國(guó)石油大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）2010,34（4）.