水平井套管內(nèi)多級壓裂技術(shù)在江漢油田的應(yīng)用

張平過

（1.長江大學(xué)，湖北 荊州433123；2.中石化江漢油田分公司江漢采油廠，湖北 潛江433123）

水平井技術(shù)作為一項大幅度提高單井產(chǎn)能的技術(shù)，近年來在各油田得到廣泛應(yīng)用，并取得了較好的效果。江漢油田自1999年引進水平井技術(shù)以來，技術(shù)上不斷得以完善，應(yīng)用也逐年加大，截至2012年8月底，江漢油田共有油氣水平井221口主要采用套管方式完井。

為了更好的開發(fā)水平井，江漢油田自主研究了一種適用于套管完井水平井的分段壓裂管柱技術(shù)。該管柱施工程序簡單，完井套管保護性與施工的安全性高，施工后可起出再下入生產(chǎn)管柱進行生產(chǎn)，也可直接作為完井管柱使用。從2011年10月至2012年10月，套管完井水平井多級分段措施管柱在江漢、四川、玉門、青海等油田水平井中措施作業(yè)18井次，工藝成功率100%，累計增油56 754 t。

1 水平井套管內(nèi)分段壓裂管柱技術(shù)思路

為了滿足在套管完井水平井中實施分段措施的需要，對于套管完井水平井可取式分段措施管柱技術(shù)的研究，必須考慮以下幾個關(guān)鍵點：

1）多級分段措施管柱能否安全下入

水平井分段措施管柱由于重力作用導(dǎo)致管柱偏向水平井低邊與井壁接觸產(chǎn)生較大的法向支反力和摩擦阻力，有可能導(dǎo)致管柱“自鎖”，而造成管柱無法下入。因此，需要優(yōu)化管柱下入能力，確保管柱安全。

2）多段施工封隔器重復(fù)坐封能否保證其密封性能

常規(guī)的直井封隔器在水平井中密封效果相對較差，在大規(guī)模的壓裂施工中存在封隔失效的風險，所以需要研究開發(fā)具有針對性，且密封效果更好的封隔工具。

3）管柱如何錨定

由于水力錨等錨瓦類工具在措施結(jié)束后常常會有錨瓦回收不到位從而導(dǎo)致管柱遇卡無法起出的問題；同時由于水力錨上密封件較多，在進行多級施工時，錨爪反復(fù)伸縮容易出現(xiàn)滲漏，對施工造成影響，因此水平井分段措施管柱上不宜過多使用水力錨。為此，需要設(shè)計更可靠的錨定工具來滿足水平井分段措施的要求。

4）施工結(jié)束后能否安全取出

在水平井中，壓裂完成后，地層出砂造成砂埋管柱，或封隔器無法解封等問題，導(dǎo)致管柱無法起出的可能性要遠大于直井，同時由于長水平段分段措施的級數(shù)越來越多，管柱安全起出的風險也越來越大。

針對上述套管完井水平井可取式分段措施管柱的4項關(guān)鍵技術(shù)，確定了以下研究思路：

1）研究密封性能好、錨定性能好、易解封并且具有防阻機構(gòu)，能有效避免中途坐封的水平井封隔器。

2）設(shè)計滾動扶正器，既能有效的扶正管柱，又能將下管柱時的滑動摩擦力轉(zhuǎn)化為滾動摩擦力，減小下入阻力。

3）研究一種能夠在起管柱負荷過大時使多級管柱逐級斷脫、逐級打撈的起出方法，并研制與之相對應(yīng)的集開關(guān)、脫鎖、丟手功能于一體的可斷脫式投球壓裂滑套。該滑套可根據(jù)具體情況選擇性的配接在管柱上，若發(fā)生砂埋砂卡導(dǎo)致管柱起出負荷過大，超出設(shè)定值時，可通過上提管柱使管柱在可斷脫式投球壓裂滑套處丟手，先起出上部管柱，再通過逐級斷脫、逐級沖砂打撈的方式安全起出下部管柱。

2 水平井套管內(nèi)分段壓裂管柱技術(shù)

為了提高水平井的開發(fā)效果，江漢油田開展了水平井分段壓裂管柱的研究與應(yīng)用，目前已研究成功并應(yīng)用的有水力噴射分段壓裂管柱、K 344擴張式封隔器分段壓裂管柱。其中，多段壓裂中主要采用K 344擴張式封隔器分段壓裂管柱為主。

2.1 管柱結(jié)構(gòu)

管柱由水力錨、K 344壓裂封隔器、壓裂滑套、坐封球座、篩管、絲堵等組成（見圖1）。

圖1 套管封隔器滑套管柱示意圖

2.2 管柱原理

管柱采用K 344擴張式封隔器，將整個水平段有效分隔為多段，然后實現(xiàn)逐步壓裂。其施工步驟是：管柱下至設(shè)計位置后，打壓，通過節(jié)流球座節(jié)流壓差使封隔器坐封，繼續(xù)提高壓力，可進行第一目的層段的措施作業(yè)；再投入鋼球，等鋼球落至第二級滑套上，通過蹩壓，打開節(jié)流噴砂滑套，進行第二目的層段的措施作業(yè)，其余段也是類似第二段的施工方式進行施工。措施完成后，泄壓解封K 344封隔器，取出管柱，進行下步生產(chǎn)作業(yè)。如若上提管柱負荷過大，可投球打開上部連通閥，進行反洗井沖砂作業(yè)，再上提取出管柱。如果分段級數(shù)多，可下入斷脫壓裂滑套，在取出過程中，起出負荷超過設(shè)定值時，可從可斷脫壓裂滑套處斷開。起出上部管柱，下打撈工具逐級沖砂、打撈。

2.3 技術(shù)指標

1）工作壓差：70 MPa；

2）工作溫度：150℃；

3）壓裂分段數(shù)：≤8段。

2.4 管柱技術(shù)特點

K344分段壓裂管柱具有以下特點

1）密封可靠、性能穩(wěn)定，可對多個水平段進行有效的機械分隔，可適用于套管完井的水平段。

2）管柱設(shè)計有多個扶正器，減少了措施管柱與井壁的接觸面積，降低了管柱下入和起出阻力。

3）K344封隔器設(shè)計有坐封啟動及防中途坐封機構(gòu)，避免封隔器在下井過程因水擊、撞擊等因素導(dǎo)致中途坐封，確保下入安全。

4）管柱上配接可斷脫式投球壓裂滑套，在上提起出管柱負荷超過設(shè)定值時斷脫丟手，先將上部管柱起出，再下入打撈管柱對下部管柱進行沖砂打撈施工，確保管柱能夠安全起出。

5）采用低密度球作為堵球，施工結(jié)束后可通過放噴將堵球反排至井口，避免堵球留在油管中堵塞生產(chǎn)通道。

3 工具介紹

其主要由K344封隔器及可斷脫式投球壓裂滑套組成。

3.1 K344封隔器

1）K344封隔器的結(jié)構(gòu)（見圖2）。

2）管柱原理

油管內(nèi)蹩壓，壓力經(jīng)下接頭水眼作用在坐封活塞上；當泵壓升至設(shè)定值時，先剪斷坐封銷釘，液體推動啟動活塞并使其入鎖，同時打開膠筒的進液通道，進入膠筒內(nèi)腔并鼓脹膠筒，完成坐封。解封時泄掉管柱內(nèi)壓，膠筒收回，完成解封。

3）管柱特點

①防阻防水擊機構(gòu)，確保封隔器的下入可靠性。通過螺紋將外套、防撞環(huán)、下外套、下接頭和中心管連接為一體。在封隔器下入過程中遇阻或水擊上外套出現(xiàn)活塞效應(yīng)時，依靠防撞環(huán)固定活塞及下外套，阻止其推動膠筒膨脹。

圖2 K344封隔器結(jié)構(gòu)示意圖

②平衡式活塞結(jié)構(gòu)，確保坐封壓力穩(wěn)定。設(shè)計了平衡式活塞結(jié)構(gòu)，使油套壓作用的有效面積相同。從而在油管加壓的情況下，活塞按照設(shè)計壓力剪斷銷釘，使液體進入擴張式膠筒與中心管的密封空間內(nèi)開始坐封。

3.2 可斷脫式投球壓裂滑套

1）可斷脫式投球壓裂滑套的結(jié)構(gòu)（見圖3）。

圖3 可斷脫滑套結(jié)構(gòu)示意圖

2）管柱原理

可斷脫式投球壓裂滑套設(shè)計集開關(guān)、斷脫功能于一體，可滿足分段壓裂施工的需要，管柱起出時，負荷超過設(shè)定值，實現(xiàn)斷脫丟手、分級起出。

3）管柱特點

①設(shè)計有斷脫結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)開關(guān)、斷脫一體化功能。

②合理設(shè)置滑套尺寸，配置堵球，減小了分段級差。

③滑套芯子選用耐磨材料，提高滑套的耐磨損性能，確?；自诖笠?guī)模壓裂施工 。

4 應(yīng)用情況

從2011年10月至2012年10月，套管完井水平井多級分段措施管柱在江漢、四川、玉門、青海等油田水平井中措施作業(yè)18井次，工藝成功率100%，累計增油56 754 t。

4.1 合 川001－69－X2井

該井層位為合川構(gòu)造須2段中孔低滲儲層，巖性為致密砂巖氣藏。施工井段分別如下：3 086～3 100 m、3 026～3 028 m、2 973～2 977 m、2 824～2 828 m、2 758～2 764 m、2 674～2 680 m、2 588～2 594 m。具體施工參數(shù)如表1所示：

表1 合 川001－69－X2井施工參數(shù)表

本次現(xiàn)場試驗中水平井分段壓裂施工成功，技術(shù)工藝達到了設(shè)計要求。試驗情況表明，套管完井水平井分段壓裂管柱各項性能指標及可靠性滿足了現(xiàn)場施工要求。

4.2 新店2井

新店2井是部署在四川盆地川東褶皺帶石柱復(fù)向斜建南構(gòu)造黃金村飛三鮞灘構(gòu)造－巖性圈閉上的一口預(yù)探井。施工的井段分別如下：3 712～3 717 m、3 564～3 570 m、3 499～3 503 m、3 430～3 435 m、3 340～3 344 m、3 254.4～3 259.4。管柱組合：6級 K 344－114擴張式封隔器 ＋5級投球壓裂滑套 ＋1級坐封球座＋防頂錨＋水力錨＋扶正器。具體施工參數(shù)如表2所示：

本次現(xiàn)場應(yīng)用中水平井分段酸壓施工成功，放噴后堵球成功在井口捕捉。由于該井為大安寨分組酸壓提供現(xiàn)場試驗，兩組施工間隔5天，整個施工過程歷時7天，管柱在酸液長時間浸泡的情況下，封隔效果在施工過程中依然良好，進一步驗證了管柱的整體性能達到設(shè)計要求。

5 結(jié)論與認識

1）現(xiàn)場實踐證明，套管完井水平井可取式分段措施管柱結(jié)構(gòu)簡單，性能完善，較好解決了套管完井水平井分層措施的工藝難題，為水平井的改造提供了新的技術(shù)支持。

2）分段措施工具耐溫耐壓指標高、工作性能穩(wěn)定。

3）本技術(shù)在18口水平井成功地進行了現(xiàn)場應(yīng)用，施工安全可靠，成功率100%，增產(chǎn)效果顯著。隨著現(xiàn)場應(yīng)用技術(shù)日趨成熟，將有廣闊的應(yīng)用前景。

［1］孫騫，田啟忠，等.水平井管內(nèi)分段壓裂技術(shù)的研究與應(yīng)用于［J］.石油機械，2012（5）：92－96.

［2］魏新芳，徐鑫，等.水平井分段完井工具的室內(nèi)試驗及現(xiàn)場應(yīng)用［J］.石油鉆探技術(shù)，2010（2）：55－57.