大牛地氣田下古生界碳酸鹽巖氣藏水平井固井完井及改造方式優(yōu)化探討

儲(chǔ)銘匯，何 青，陳付虎，張永春，王 帆

(中國(guó)石化華北油氣分公司石油工程技術(shù)研究院，河南鄭州 450006)

大牛地氣田下古生界碳酸鹽巖氣藏水平井固井完井及改造方式優(yōu)化探討

儲(chǔ)銘匯，何 青，陳付虎，張永春，王 帆

(中國(guó)石化華北油氣分公司石油工程技術(shù)研究院，河南鄭州 450006)

大牛地氣田下古生界水平井形成了以裸眼預(yù)置管柱多級(jí)管外封隔器完井，投球打滑套方式分段改造，以水力加砂壓裂和膠凝酸酸壓相結(jié)合進(jìn)行大排量復(fù)合酸壓，取得了初步成果。但由于裸眼預(yù)置管柱完井裂縫起裂位置不明確，投球打滑套分段壓裂時(shí)滑套打開后酸液與儲(chǔ)層接觸面積大，酸液濾失嚴(yán)重，酸壓改造體積有限。針對(duì)這些問(wèn)題，開展了大牛地氣田下古生界碳酸鹽巖氣藏水平井固井完井及改造方式論證，優(yōu)化不同井身結(jié)構(gòu)下固井完井管柱，優(yōu)選不同完井管柱下分段改造方式。對(duì)馬五5氣層的一口水平井采用三級(jí)井身結(jié)構(gòu)41/2"尾管懸掛固井完井，可鉆橋塞分段改造方式進(jìn)行大排量復(fù)合酸壓?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明固井完井方式下選用合適的改造方式能滿足大排量復(fù)合酸壓的施工要求，水平井壓后能取得較好的產(chǎn)量和較強(qiáng)的穩(wěn)產(chǎn)能力，固井完井及優(yōu)化的改造方式對(duì)大牛地氣田下古生界碳酸鹽巖氣藏有較好的適用性。

大牛地氣田；固井完井；大排量復(fù)合酸壓；可鉆橋塞分段壓裂

1 大牛地氣田簡(jiǎn)介

大牛地氣田位于陜西省榆林市與內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市交界地區(qū)，構(gòu)造上位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡的東北部。大牛地氣田下古生界碳酸鹽巖氣藏儲(chǔ)量豐富，是氣田重要的增儲(chǔ)上產(chǎn)接替陣地。

大牛地氣田下古生界碳酸鹽巖儲(chǔ)層為低孔、低滲致密儲(chǔ)層，儲(chǔ)層豐度低，非均質(zhì)性強(qiáng)，常規(guī)完井及改造方式難以有效動(dòng)用該類儲(chǔ)層[1]，且氣井投產(chǎn)后產(chǎn)量遞減快，穩(wěn)產(chǎn)難度大。大牛地氣田下古生界自2011年采用水平井開發(fā)以來(lái)，初步形成了裸眼預(yù)置管柱多級(jí)管外封隔器完井、投球滑套分段壓裂改造方式，取得了初步的改造成果。由于采用裸眼預(yù)置管柱完井方式下裂縫起裂位置不明確[2]，投球滑套分段壓裂時(shí)滑套打開后酸液與儲(chǔ)層接觸面積大，酸液濾失嚴(yán)重[3]，酸壓過(guò)程中難以在地層形成較高的凈壓力，酸蝕裂縫長(zhǎng)度不足，酸壓改造體積有限，影響了酸壓改造效果和穩(wěn)產(chǎn)能力。針對(duì)這些問(wèn)題，本文提出水平段采用套管固井完井、優(yōu)化不同井身結(jié)構(gòu)下固井完井管柱參數(shù)、優(yōu)選合適的分段改造方式?，F(xiàn)場(chǎng)對(duì)馬五5儲(chǔ)層一口水平井開展試驗(yàn)，采用三級(jí)井身結(jié)構(gòu)41/2"尾管懸掛固井完井，可鉆橋塞分段改造方式進(jìn)行大排量復(fù)合酸壓，該井順利完成8段酸壓改造，壓后穩(wěn)定產(chǎn)氣量為3.7445×104m3/d，目前該井已生產(chǎn)414 d，平均壓降速率為0.0051 MPa/d?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明固井完井及優(yōu)化的改造方式應(yīng)用于大牛地下古生界碳酸鹽巖氣藏水平井開發(fā)是可行的，為大牛地氣田下古生界氣藏高效開發(fā)提供新的思路。

2 井身結(jié)構(gòu)的確定

套管固井完井采用的井身結(jié)構(gòu)可分為兩種：三級(jí)井身結(jié)構(gòu)和二級(jí)井身結(jié)構(gòu)。三級(jí)井身結(jié)構(gòu)三開水平段采用6"井眼，二開井眼尺寸83/4"，通過(guò)增加技術(shù)套管環(huán)空間隙減小因固井過(guò)程激動(dòng)壓力過(guò)大導(dǎo)致壓漏劉家溝組等破裂壓力較低地層。二級(jí)井身結(jié)構(gòu)二開井眼尺寸為7"。大牛地氣田下古生界水平井大斜度井段鉆遇山西組、太原組的泥巖、煤層，易發(fā)生井壁失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)對(duì)大牛地氣田下古生界已鉆井分析統(tǒng)計(jì)，在大斜度井段鉆遇泥巖、煤層，井壁穩(wěn)定期可達(dá)11～27 d。目前下古生界水平井斜井段平均鉆井周期12.11 d，水平段鉆進(jìn)時(shí)間7.68 d，推算下古生界二級(jí)井身結(jié)構(gòu)水平井斜井段泥巖煤層至完鉆時(shí)間20天左右。通過(guò)對(duì)比得出，在無(wú)復(fù)雜情況延誤鉆井時(shí)間情況下，下古生界二級(jí)井身結(jié)構(gòu)井出現(xiàn)井壁失穩(wěn)概率較小，控制好鉆井液性能可順利完鉆。

3 完井管柱及改造方式優(yōu)化

3.1 三級(jí)井身結(jié)構(gòu)

三開井身結(jié)構(gòu)三開6"裸眼水平段內(nèi)下41/2"尾管套管固井，水泥返至懸掛器以上，鉆井相對(duì)安全[4],如圖1所示。在水平井套管固井完井方式下，改造方式主要有連續(xù)油管帶底封環(huán)空加砂分段壓裂和可鉆橋塞分段壓裂[5]。

圖1 三級(jí)井身結(jié)構(gòu)示意圖

對(duì)41/2"套管固井完井方式下，連續(xù)油管帶底封、環(huán)空加砂分段壓裂施工的管柱進(jìn)行受力分析，以井深4 100 m，垂深2 900 m，2"連續(xù)油管施工為例，復(fù)合酸壓施工排量取8 m3/min，利用壓裂施工管柱摩阻軟件計(jì)算，分別考慮連續(xù)油管外壁摩阻和套管內(nèi)壁摩阻[6]，預(yù)測(cè)井口壓力為99 MPa左右。對(duì)可鉆橋塞分段壓裂施工的管柱進(jìn)行受力分析，管柱摩阻只考慮套管內(nèi)壁摩阻，預(yù)測(cè)井口壓力為68 MPa左右。施工管柱最薄弱點(diǎn)為井口處，因此管柱承受壓力高于井口壓力就能施工。參考套管管柱參數(shù)表(表1)，41/2"套管固井完井下，連續(xù)油管帶底封、環(huán)空加砂分段壓裂施工井口壓力較高，綜合考慮套管承壓強(qiáng)度以及地面施工泵注機(jī)組能力，該工藝現(xiàn)場(chǎng)施工難度較大，且施工成本較高，不建議現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用?？摄@橋塞分段壓裂施工水平段采用P110鋼級(jí)6.35 mm壁厚的41/2"套管，抗內(nèi)壓73.7 MPa，滿足施工壓力需求。

3.2 二級(jí)井身結(jié)構(gòu)

二級(jí)井身結(jié)構(gòu)二開井眼尺寸為81/2"， 51/2"套管固井到水平段(圖2)，分別對(duì)連續(xù)油管帶底封、環(huán)空加砂分段壓裂和可鉆橋塞分段壓裂施工管柱進(jìn)行受力分析，同樣以井深4 100 m，垂深2 900 m，2"連續(xù)油管施工為例，復(fù)合酸壓施工排量取8 m3/min，預(yù)測(cè)井口壓力分別為70 MPa、52 MPa左右。參考套管管柱參數(shù)表(表1)，采用P110鋼級(jí)7.72 mm壁厚51/2"套管固井完井，套管抗內(nèi)壓73.4 MPa，均能滿足連續(xù)油管帶底封、環(huán)空加砂分段壓裂和可鉆橋塞分段壓裂施工壓力要求。

表1 套管管柱參數(shù)

圖2 二級(jí)井身結(jié)構(gòu)示意圖

綜上分析，不同井身結(jié)構(gòu)下完井及改造方式優(yōu)化最終結(jié)果如表2所示。

4 選井選層

大牛地氣田下古生界主力開發(fā)層位為馬五1+2亞段、馬五5亞段。馬五1+2亞段是以微-粉晶白云巖和細(xì)晶白云巖為主的儲(chǔ)集巖相類型，馬五5亞段以灰?guī)r白云化形成的白云巖或者灰質(zhì)白云巖及裂縫泥晶灰?guī)r為主的儲(chǔ)集巖相類型[7,8]。馬五5亞段儲(chǔ)層天然裂縫較發(fā)育，水平井鉆遇裂縫幾率高，采用套管固井完井，能有效降低酸液在水平段井壁周圍大量濾失，提高酸液進(jìn)入地層的有效利用率，避免了酸液過(guò)度濾失導(dǎo)致井筒附近形成“糖葫蘆”現(xiàn)象，有利于酸液進(jìn)入地層深處，實(shí)現(xiàn)深度酸壓。因此初步優(yōu)選在馬五5亞段氣層進(jìn)行套管固井完井試驗(yàn)。

表2 不同井身結(jié)構(gòu)完井及改造方式優(yōu)化結(jié)果

5 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

根據(jù)優(yōu)化結(jié)果，綜合考慮到鉆井安全性，在大牛地氣田下古生界馬五5氣藏優(yōu)先試驗(yàn)三級(jí)井身結(jié)構(gòu)鉆井，尾管懸掛41/2"套管固井完井，并在該完井方式下探索可鉆橋塞分段壓裂改造方式的適應(yīng)性。

5.1 井的基本情況

D-1井是鉆遇大牛地氣田下古生界馬五5氣層的一口水平井，氣層厚度在32 m左右，巖性以灰黑色含云灰?guī)r為主，導(dǎo)眼段鉆遇目的氣層平均孔隙度為5.55%，平均滲透率為0.41×10-3μm2，為低孔、低滲致密氣層。

5.2 完井方式

D-1井采用三級(jí)井身結(jié)構(gòu)，水平段41/2"尾管懸掛在7"套管固井完井，井身結(jié)構(gòu)參數(shù)如表3，其中一開、二開環(huán)空水泥均返至地面。D-1井完鉆井深4243 m(完鉆垂深3029.42 m)，水平段長(zhǎng)1001 m。

5.3 改造方式

表3 D-1井井身結(jié)構(gòu)參數(shù)

D-1井采用三級(jí)井身結(jié)構(gòu)、41/2"套管固井完井下，若采用連續(xù)油管帶底封、環(huán)空加砂分段壓裂改造方式，井口施工壓力較高，不能滿足大排量復(fù)合酸壓工藝的要求。因此采用可鉆橋塞分段壓裂改造方式，懸掛器以上回接41/2"套管至井口，并且水平段和回接段均使用P110鋼級(jí)套管?？摄@橋塞分段壓裂通過(guò)電纜射孔+橋塞封隔逐段完成壓裂，最后鉆掃井筒中各段橋塞，實(shí)現(xiàn)井筒全通徑后，進(jìn)行放噴試氣。

D-1井水平段長(zhǎng)1 001 m，根據(jù)水平段地質(zhì)鉆遇顯示以及裂縫間距優(yōu)化[9,10]，確定對(duì)水平段分8段進(jìn)行改造。

5.3.1 可鉆橋塞分段壓裂工藝原理

可鉆橋塞分段壓裂能實(shí)現(xiàn)射孔和壓裂聯(lián)作施工。水平段第一段可采用油管、連續(xù)油管或者爬行器拖動(dòng)射孔槍實(shí)施射孔[11]，取出射孔槍后進(jìn)行第一段壓裂作業(yè)。然后通過(guò)電纜一次泵送射孔槍和橋塞聯(lián)作工具串到預(yù)定位置，通過(guò)點(diǎn)火實(shí)現(xiàn)橋塞坐封和丟手，橋塞試壓合格后上提射孔槍至第二段射孔段設(shè)計(jì)位置，完成射孔，起出射孔槍進(jìn)行第二段壓裂。依次類推完成各段下入橋塞、射孔、壓裂施工，最后采用油管或連續(xù)油管配合不壓井作業(yè)裝置，鉆掃各段橋塞，進(jìn)行排液試氣。

5.3.2 可鉆橋塞分段壓裂工藝適用性

(1)井筒全通徑為P110鋼級(jí)41/2"套管，壓裂過(guò)程中施工摩阻較小，管柱抗壓強(qiáng)度滿足大牛地氣田下古生界氣藏大排量復(fù)合酸壓施工參數(shù)的要求，確保各段酸壓改造的順利實(shí)施。

(2)大牛地氣田下古生界氣藏水平井酸壓改造后，酸液在地層反應(yīng)一定時(shí)間需盡快從地層返排出來(lái)，可鉆橋塞分段壓裂采用更加易鉆的YQY復(fù)合材料橋塞，優(yōu)化鉆壓10～15 kN，排量0.45 m3/min，循環(huán)液采用羥丙基瓜爾膠基液，可快速鉆掃各段橋塞并將碎屑循環(huán)出井筒[12-13]。

(3)可鉆橋塞分段壓裂能實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)改造，裂縫起裂位置明確，尤其對(duì)于大牛地氣田下古生界馬五5天然裂縫發(fā)育儲(chǔ)層，可鉆橋塞分段壓裂能有效降低酸液在水平段井壁附近的濾失，使更多的酸液能夠進(jìn)入地層深處，提高酸液改造范圍。壓裂后井筒實(shí)現(xiàn)全通徑，有利于后期沖砂等二次作業(yè)施工。

5.4 應(yīng)用情況

D-1井采用可鉆橋塞分段壓裂完成8段大排量復(fù)合酸壓改造，入地總液量5296.1 m3，總加砂量226.6 m3，最高施工排量達(dá)8 m3/min，最高施工壓力達(dá)67.3 MPa。各段壓裂施工順利，壓裂施工用時(shí)33.6 h。采用連續(xù)油管配合不壓井裝置鉆掃橋塞，鉆壓不大于15 kN，排量控制在180～480 L/min，鉆掃橋塞用時(shí)15.1 h，平均單個(gè)橋塞用時(shí)2.2 h。

壓后試氣期間，穩(wěn)定產(chǎn)氣量3.7445×104m3/d，取得了初步效果。目前該井已生產(chǎn)414 d，平均壓降速率為0.0051 MPa/d，比同層位鄰井穩(wěn)產(chǎn)能力強(qiáng)。

6 結(jié)論與建議

(1)大牛地氣田下古生界碳酸鹽巖氣藏水平井采用的固井完井技術(shù)能降低酸液在井筒附近的濾失，實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)改造，有利于提高酸壓改造效果和穩(wěn)產(chǎn)能力。本文論證了固井完井不同井身結(jié)構(gòu)的可行性，優(yōu)選完井管柱參數(shù)及改造方式，初步形成了水平井固井完井及改造技術(shù)體系。

(2)對(duì)大牛地氣田下古生界馬五5碳酸鹽巖氣層的一口水平井試驗(yàn)三級(jí)井身結(jié)構(gòu)下套管固井完井，并在該完井方式下優(yōu)選可鉆橋塞分段壓裂改造方式，水平井各段壓裂施工順利，壓后取得了較好的產(chǎn)量和較強(qiáng)的穩(wěn)產(chǎn)能力，體現(xiàn)了水平井固井完井及論證優(yōu)化的改造方式對(duì)大牛地氣田下古生界碳酸鹽巖氣藏具有較好的適用性。

(3)建議進(jìn)一步加快二級(jí)井身結(jié)構(gòu)安全鉆井技術(shù)優(yōu)化，開展二級(jí)井身結(jié)構(gòu)下51/2"套管固井完井試驗(yàn)，從而適應(yīng)套管固井完井下更高的復(fù)合酸壓施工排量，為提高酸壓改造效果提供保障。

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編輯：岑志勇

1673-8217(2017)03-0114-04

2017-02-10

儲(chǔ)銘匯，碩士，工程師，1988年生，2013年畢業(yè)于西安石油大學(xué)石油與天然氣工程專業(yè)，現(xiàn)從事低滲透油氣藏酸化壓裂等儲(chǔ)層改造工藝及技術(shù)方面的研究工作。

“十三五”國(guó)家科技重大專項(xiàng)“低豐度致密低滲油藏開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)”(2016X05048)。

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