篩管內(nèi)射孔壓裂一體化工藝研究與應(yīng)用

張?jiān)岂Y，劉鵬，崔國亮，楊生文，季菊香，王丙剛

（中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300452）

0 引言

目前，渤海油田疏松砂巖油藏多采用篩管完井進(jìn)行防砂，隨著包括綏中36-1油田、錦州9-3油田等化學(xué)驅(qū)油田的開發(fā)，化學(xué)驅(qū)開發(fā)后期見效井出現(xiàn)明顯近井地帶堵塞導(dǎo)致減產(chǎn)，自2018年起采用的過篩管壓裂增產(chǎn)措施油井增產(chǎn)效果顯著[1-5]，但目前過篩管壓裂采用填砂射孔壓裂一趟一層的工藝技術(shù)，即通過TCP射孔方式將篩管射開后，先將射孔管柱提出，再下入壓裂管柱進(jìn)行壓裂，作業(yè)整體時(shí)效低，施工成本高[6-10]，海上已進(jìn)行幾十口井的過篩管壓裂施工，施工層數(shù)一般不超過2層，如果后期進(jìn)行3層以上的過篩管壓裂施工，按照現(xiàn)有的工藝一層進(jìn)行一次射孔和壓裂，則3層壓裂施工需要6趟以上的管柱來完成，施工作業(yè)周期過長，且施工層數(shù)越多，過篩管壓裂工藝的性價(jià)比較低；另一方面為了保證疏松砂巖的壓裂效果和篩管孔眼封口的可靠性，防止后期出砂，需要在壓裂過程中保持較大排量和高砂比，最高砂比達(dá)到60%[10-13]，砂比過低則無法對中高滲地層形成有效裂縫，砂比過高則對壓裂工藝和壓裂工具提出新的挑戰(zhàn)，比如內(nèi)徑過小的噴砂孔容易被高砂比壓裂液堵塞。

為降低射孔成本，減少壓裂施工趟數(shù)，研究了篩管內(nèi)射孔壓裂一體化工藝，該工藝可以將管柱一趟下入，通過上提下放管柱完成射孔和壓裂，且砂埋管柱風(fēng)險(xiǎn)較低。

1 篩管內(nèi)射孔壓裂一體化工藝

該工藝適用于篩管完井，管柱包含篩管外部分和篩管內(nèi)部分（如圖1）。篩管外部分主要包含反洗閥和RTTS封隔器，反洗閥在環(huán)空壓力達(dá)到15 MPa時(shí)開啟，實(shí)現(xiàn)反洗井；RTTS封隔器用于井控需要，防止壓裂時(shí)K344失效導(dǎo)致壓裂液涌入井口。篩管內(nèi)部分主要包含K344封隔器、投球滑套、水力噴槍和單流閥，K344坐封于分層封隔器的密封筒內(nèi)，與分層封隔器配合實(shí)現(xiàn)篩管內(nèi)分層，實(shí)現(xiàn)分段壓裂；水力噴槍用于射開篩管，由于水力噴槍的噴嘴內(nèi)徑較小，為避免被高砂比壓裂液堵塞，因此水力噴槍僅用于射孔，不用于壓裂，壓裂靠噴砂滑套來完成，噴砂射孔時(shí)，投球滑套處于關(guān)閉狀態(tài)，射孔結(jié)束后，投球可打開投球滑套，露出噴砂口，同時(shí)球和球座封堵壓裂通道，防止壓裂液進(jìn)入下面的噴砂射孔槍內(nèi)。為保證壓裂后期對射開的篩管進(jìn)行封口，壓裂后半程所用的支撐劑為覆膜砂，且需要通過大排量和高砂比實(shí)現(xiàn)端部脫砂，保證后期生產(chǎn)時(shí)不出砂。該工藝的施工步驟如下：1）下入壓裂管柱至最下層，調(diào)整管柱至設(shè)計(jì)噴孔位置，旋轉(zhuǎn)下壓坐封RTTS封隔器；2）井口投球至單流閥，進(jìn)行噴砂射孔，射開篩管，可多次拖動射孔，滿足壓裂通道要求；3）上提解封RTTS封隔器，上提管柱，確保管柱未在射孔中被砂埋；4）將管柱下入原位，坐封RTTS封隔器；5）井口投球，正打壓打開投球滑套；6）進(jìn)行最下層壓裂，正擠前置液、攜砂液和頂替液；7）上提管柱解封RTTS封隔器，靜置候凝滿24 h，確保覆膜砂可以完全凝固，期間需頻繁上提下放管柱，保證管柱未被砂埋；8）旋轉(zhuǎn)下壓坐封RTTS封隔器，環(huán)空打壓開啟反循環(huán)閥，進(jìn)行反洗井；9）提出壓裂管柱到井口，重復(fù)上述步驟完成上一層的壓裂作業(yè)。

圖1 篩管內(nèi)射孔壓裂一體化工藝圖

2 篩管內(nèi)射孔壓裂一體化工藝特點(diǎn)

1）通過RTTS封隔器和井口防噴器配合實(shí)現(xiàn)井控安全，不需要按照壓裂井口；

2）通過多次拖動噴砂射孔代替常規(guī)TCP射孔，大幅降低施工成本；

3）通過噴砂射孔和噴砂滑套聯(lián)合使用，在減少一趟施工管柱的前提下滿足高砂比的施工要求；

4）在K344封隔器封隔情況下進(jìn)行水力噴砂射孔，射孔產(chǎn)生的砂子最終也會被壓入地層。

3 關(guān)鍵工具

投球滑套結(jié)構(gòu)如圖2所示，技術(shù)參數(shù)如表1所示，該工具由上接頭、防松釘、可溶球、球座、O形圈、剪釘、噴嘴和下接頭組成，上接頭與下接頭通過三角螺紋連接，通過O形圈實(shí)現(xiàn)密封，硬質(zhì)合金材質(zhì)的噴嘴位于上接頭和下接頭之間，噴嘴上的噴砂口與下接頭噴砂口配合，實(shí)現(xiàn)噴砂作業(yè)，可溶球與球座配合，投入可溶球以后，當(dāng)壓力升至預(yù)設(shè)值，可溶球與球座有向右移動趨勢，剪斷剪釘，露出噴砂口。作業(yè)施工時(shí)，該工具與噴砂射孔槍連接，下井時(shí)該工具未投球，噴砂口處于關(guān)閉狀態(tài)，可以承受高壓，可以實(shí)現(xiàn)該噴砂射孔槍的噴砂射孔，射孔完成后，通過投入可溶球于球座上方，打壓液壓，當(dāng)壓力達(dá)到13～15 MPa時(shí)，可溶球與球座將剪斷剪釘，向右移動，露出噴嘴的噴砂口，接著進(jìn)行壓裂，壓裂液從噴嘴的噴砂孔噴入井底，進(jìn)入地層，該工具的球座材質(zhì)選擇合金鋼42CrMo，表面進(jìn)行氮化處理使硬度達(dá)到50 HRC以上，防止噴砂射孔過程球座被沖蝕，具有較強(qiáng)耐磨性，噴嘴材料為YG8合金，可滿足60 m3以上的過砂量[14-15]。

表1 投球滑套技術(shù)參數(shù)

圖2 投球滑套結(jié)構(gòu)原理圖

4 過篩管射孔試驗(yàn)

為驗(yàn)證施工中射孔槍可以同時(shí)射穿篩管基管和外層套管及水泥環(huán)，進(jìn)行了過篩管水力射孔試驗(yàn)，通過周期性地向負(fù)壓加砂裝置內(nèi)加砂，壓裂車將砂液混合后打入噴槍內(nèi)，油噴嘴射出，砂比控制在8%左右，排量控制在140～170 L/min，加砂量約為8～10 kg/min。靶件制作如下：取10根套管（每根0.6 m）和篩管（每根0.6 m），然后按照圖4做外面有水泥環(huán)、中間有扶正塊的完井樣段，具體尺寸如下：套管外徑為244.5 mm（9-5/8 in），內(nèi)徑為220.5 mm，鋼級為N80，長度為600 mm；篩管基管外徑為139.7 mm，鋼級為N80，內(nèi)徑為124 mm，長度為600 mm；套管和篩管之間加工一個(gè)扶正環(huán)，外徑為215 mm，內(nèi)徑為161 mm，長度為20 mm；（內(nèi)有塑料薄膜的）外層管內(nèi)徑為285.75 mm（11.25 in），外徑不小于293 mm，長度為600 mm。水泥凝固后，將外層管取出。

試驗(yàn)結(jié)果：當(dāng)泵的排量為140～148 L/min時(shí)，泵轉(zhuǎn)速為1000 r/min，壓力為20～21 MPa，如圖5所示。當(dāng)泵的排量為154～162 L/min時(shí)，泵轉(zhuǎn)速為1100 r/min，壓力為24～25 MPa。加砂量為8～10 kg/min。噴射2 min后，5.5 in內(nèi)套管被射穿，4 min后水泥環(huán)被穿透，說明水力射孔可以短時(shí)間將篩管、套管及水泥環(huán)射開。

5 現(xiàn)場應(yīng)用

渤海油田某井油藏套管外徑為244.5 mm，內(nèi)部采用基管為139.7 mm的篩管完井，篩管之間通過分層封隔器分成上下兩層，該次施工僅對最下層進(jìn)行壓裂，管柱構(gòu)成從下到上：單流閥+過濾管+水力噴槍+接球器+投球滑套+外徑為112 mm的K344封隔器+外徑為210 mm的RTTS封隔器+反洗閥+外徑為88.9 mm油管，旋轉(zhuǎn)下壓坐封RTTS封隔器，倒正擠流程，測試地層吸液穩(wěn)定后，井口投球（40.75 mm），小排量送球到位，進(jìn)行噴砂射孔，射孔最大排量為2 m3/min，最大泵壓為35.3 MPa，砂比為6%～10%，期間環(huán)空壓力保持5 MPa；井口投球，小排量送球到位，正打壓打開投球滑套，然后進(jìn)行壓裂，壓裂時(shí)井口最高脫砂壓力為29.35 MPa，砂比為15%～60%，期間環(huán)空壓力保持5 MPa，施工壓力曲線如圖3所示。

圖3 壓裂曲線

6 結(jié)論

1）篩管內(nèi)射孔壓裂一體化工藝可通過RTTS封隔器和井口防噴器實(shí)現(xiàn)井控安全，無需安裝壓裂井口。

2）該工藝通過將水力噴槍和投球滑套配合使用，實(shí)現(xiàn)射孔管柱和壓裂管柱的集成，成功節(jié)省一趟管柱。

3）該工藝通過端部脫砂和化學(xué)防砂相結(jié)合的方式保證篩管被射開的孔可以被封堵，防止壓裂后出砂。

4）對于疏松砂巖，在封隔器封隔情況下水力射孔仍可順利實(shí)施，射孔產(chǎn)生的砂子可作為支撐劑被擠入地層。