連續(xù)油管噴砂射孔環(huán)空分段壓裂技術(shù)在蘇里格氣田的應(yīng)用

李 梅 劉志斌 呂 雙 丁柯宇 陳凌云 姚衛(wèi)東

（1.渤海鉆探工程技術(shù)研究院，天津 300280；2.渤海鉆探油氣合作開發(fā)分公司，天津 300280）

連續(xù)油管噴砂射孔環(huán)空分段壓裂技術(shù)在蘇里格氣田的應(yīng)用

李 梅1劉志斌1呂 雙2丁柯宇1陳凌云1姚衛(wèi)東1

（1.渤海鉆探工程技術(shù)研究院，天津 300280；2.渤海鉆探油氣合作開發(fā)分公司，天津 300280）

蘇里格氣田屬于“低孔、低壓、低滲”的三低氣田，需要壓裂改造才能生產(chǎn)，其中連續(xù)油管噴砂射孔環(huán)空分段壓裂技術(shù)以其自身的技術(shù)優(yōu)勢，成為蘇里格地區(qū)水平井改造的重要方式。連續(xù)油管噴砂射孔環(huán)空分段壓裂技術(shù)通過定位器、封隔器等井下工具組合實(shí)現(xiàn)噴砂射孔、封隔器分層、套管大批量注入和連續(xù)油管精確定位，一趟管柱可完成多種作業(yè)，具有施工周期短、成本低、壓后全通徑等優(yōu)點(diǎn)。闡述了該技術(shù)的工作原理及配套工具的原理、結(jié)構(gòu)。通過在蘇里格一口二開水平井的成功實(shí)施，說明連續(xù)油管噴砂射孔環(huán)空分段壓裂技術(shù)適用于致密氣藏，為水平井多級水力壓裂提供了新的技術(shù)手段。

蘇里格氣田；水平井；連續(xù)油管；噴砂射孔；分段壓裂

蘇里格地區(qū)儲層致密、層系多、低孔、低滲，需要壓裂改造后才能投產(chǎn)。常規(guī)開采方式以直井分壓合采為主，由于直井受儲層裸露面積小、控制開采規(guī)模小等因素的影響，開發(fā)效果不顯著。隨著蘇里格氣田開發(fā)的不斷深入，水平井分段壓裂開發(fā)逐漸成為主要的開發(fā)方式。目前，蘇里格地區(qū)水平井主要是三開井身結(jié)構(gòu)，采用封隔器裸眼分段壓裂技術(shù)，通過投球打開滑套的方式對各氣層進(jìn)行分層壓裂改造。這種完井壓裂方式存在以下問題：管柱下入后不能提出，壓后由于受到滑套通徑的影響，很難實(shí)現(xiàn)后續(xù)二次作業(yè)；由于受油管尺寸的影響，分段級數(shù)受到限制，制約了水平井的開發(fā)。為此，進(jìn)行了連續(xù)油管水力噴射環(huán)空分段壓裂技術(shù)研究，該技術(shù)主要針對二開井身結(jié)構(gòu)水平井，下套管后固井，通過連續(xù)油管底帶井下工具，實(shí)現(xiàn)無限級壓裂，并且壓后全通徑，以利于后續(xù)作業(yè)。

連續(xù)油管噴砂射孔環(huán)空分段壓裂技術(shù)利用貝努利原理，通過噴嘴的節(jié)流將高壓射孔液轉(zhuǎn)化為高速射孔液對套管進(jìn)行噴砂沖蝕，然后進(jìn)行環(huán)空加砂壓裂［1-2］。該技術(shù)結(jié)合了噴砂射孔、封隔器分層、套管大批量注入和連續(xù)油管精確定位的優(yōu)勢，對于縱向上具有多個產(chǎn)層的油氣藏分層壓裂，特別是薄互層壓裂具有顯著優(yōu)勢。美國曾經(jīng)利用該技術(shù)在3天內(nèi)實(shí)現(xiàn)了40級壓裂作業(yè)，國內(nèi)在四川盆地的HC區(qū)塊、大牛地區(qū)塊以及長慶地區(qū)等都采用過該技術(shù)［3-5］。

該技術(shù)在蘇里格地區(qū)尚處于小規(guī)模應(yīng)用階段。本文主要介紹了蘇里格一口二開水平井采用連續(xù)油管噴砂射孔環(huán)空分段壓裂技術(shù)進(jìn)行分段壓裂，最終實(shí)現(xiàn)了一趟管柱7層分段壓裂施工作業(yè)，縮短了施工周期，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

1 連續(xù)油管噴砂射孔環(huán)空分段壓裂管柱

連續(xù)油管噴砂射孔環(huán)空分段壓裂管柱從上至下為連續(xù)油管+連續(xù)油管接頭+丟手工具+扶正器+水力噴射工具+平衡閥+反循環(huán)接頭+封隔器和錨定裝置+機(jī)械式套管接箍定位器，如圖1所示。其工作原理是：通過連續(xù)油管與工具連接后，下入井底，在拖動工具的過程中通過機(jī)械定位器實(shí)現(xiàn)精確定位，定位后將封隔器坐封，通過連續(xù)油管以一定排量將具有一定砂濃度的射孔液通過噴射短節(jié)進(jìn)行噴射射孔，射孔完畢后通過環(huán)空進(jìn)行壓裂，壓裂結(jié)束后上提管柱解封封隔器，再次定位進(jìn)入下一層后，坐封封隔器，開始第2層壓裂，以此循環(huán)完成所有層段的壓裂后，上提連續(xù)油管出井口。

圖1 壓裂施工管柱示意圖

1.1 水力噴射工具

水力噴射工具由高硬度本體和耐磨噴嘴組成，噴嘴數(shù)量和噴嘴直徑根據(jù)實(shí)際情況可調(diào)整。水力噴射工具連接管柱下入到預(yù)定位置后，地面連接液壓泵加壓注入液體，液體在噴嘴節(jié)流作用下，產(chǎn)生高速、高壓流體將套管、地層射穿，達(dá)到施工目的。實(shí)驗數(shù)據(jù)表明，當(dāng)噴射速度達(dá)到142 m/s時，具有短時間內(nèi)射開套管的能力。

1.2 平衡閥/反循環(huán)接頭

平衡閥/反循環(huán)接頭要配合封隔器使用。在下井時，反循環(huán)閥處于關(guān)閉狀態(tài)，封隔器坐封后處于開啟狀態(tài)，遇到砂堵情況，可以從連續(xù)油管和套管環(huán)空進(jìn)行反循環(huán)洗井，不動管柱解除砂堵。封隔器上提解封后，平衡閥/反循環(huán)接頭上的循環(huán)孔會隨之關(guān)閉。

1.3 封隔器和錨定裝置

圖2所示的封隔器是專門用于連續(xù)油管噴射壓裂底部封隔的高壓封隔器，特別適用于連續(xù)油管下井，無需提供扭矩，采用上部加載荷坐封。如圖2所示，通過上提20～30 kN后下放操作一次，封隔器由下井狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樽鉅顟B(tài)，上提直接解封。再下放一次，封隔器由坐封狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橄戮疇顟B(tài)，重復(fù)動作，不斷循環(huán)。

圖2 封隔器的工作狀態(tài)

1.4 機(jī)械式套管接箍定位器

機(jī)械式套管接箍定位器是一種井內(nèi)定位裝置，用于工具組合在井內(nèi)找正位置。機(jī)械式套管接箍定位器可定位在套管接箍處，以確保封隔器和水力噴射工具的工作位置準(zhǔn)確。其工作原理是：由于套管接箍內(nèi)徑大于套管內(nèi)徑，當(dāng)機(jī)械接箍定位器經(jīng)過套管接箍時接觸片彈開，產(chǎn)生載荷變化，以此確定工具串的位置。

2 現(xiàn)場應(yīng)用

2.1 蘇XH井的基本情況

蘇XH井目的層為盒8下2砂組氣層，完鉆井深4 262.0 m，垂深3 223.9 m，水平段長800 m，二開采用套管固井，水泥返深2 302 m，固井質(zhì)量合格。壓裂井段數(shù)據(jù)見表1。

表1 蘇XH井壓裂井段數(shù)據(jù)

2.2 施工設(shè)計

蘇XH井采用?60.3 mm連續(xù)油管帶噴射工具進(jìn)行噴砂射孔，?60.3 mm連續(xù)油管與?139.7 mm套管環(huán)空加砂注入壓裂。根據(jù)模擬計算結(jié)果，最終選用4個0.1875 mm的噴嘴，排量為0.65 m3/min，噴射速度可以達(dá)到152 m/s，此時，在回壓20 MPa條件下，壓力約為60～65 MPa。?60.3 mm連續(xù)油管和?139.7 mm套管環(huán)空注入，在套管限壓58 MPa下，根據(jù)計算，排量4.0 m3/min時，施工壓力52.6 MPa，排量4.5 m3/min時，施工壓力56.6 MPa，因此，該井各層施工排量確定為4.0～4.5 m3/min。

2.3 施工過程

（1）用連續(xù)油管下噴砂射孔工具至設(shè)計位置；

（2）用套管接箍定位器定位、校深；

（3）反循環(huán)替基液；

（4）上提下放連續(xù)油管坐封封隔器；

（5）連續(xù)油管打壓驗封；

（6）建立循環(huán)（按噴砂射孔排量泵注純液體）；

（7）噴砂射孔排量為0.65 m3/min，用時約7 min；

（8）注頂替液；

（9）按設(shè)計進(jìn)行加砂壓裂施工；

（10）解封封隔器，上提連續(xù)油管至下一個施工井段；

（11）重復(fù)步驟（3）～（10），完成第 2層到第 9層施工；

（12）施工結(jié)束后起連續(xù)油管，放噴求產(chǎn)。

2.4 施工效果

蘇XH井采用連續(xù)油管噴砂射孔工藝進(jìn)行壓裂，共進(jìn)行了9層壓裂施工，由于第1層無法建立壓裂通道和第6層噴嘴有堵塞無法進(jìn)行射孔作業(yè)，實(shí)際完成了7層壓裂施工，實(shí)際作業(yè)時間為45 h，其中包括第5層、第7層出現(xiàn)砂堵現(xiàn)象，循環(huán)沖砂，平均每層施工時間為5 h，最短一層施工時間為2.5 h，作業(yè)時間較其他壓裂技術(shù)短。

第8層第1次以0.6 m3/min排量進(jìn)行射孔，多次嘗試后仍不能射開套管進(jìn)行正常壓裂施工，由于射孔壓力異常，懷疑工具管串有漏點(diǎn)，起出管柱后發(fā)現(xiàn)工具與連續(xù)油管連接頭處O圈刺漏，封隔器膠筒有輕微磨損，噴槍本體有輕微沖蝕，噴嘴完好。后重新下入工具，提高射孔排量到0.7 m3/min，調(diào)整完排量后一次完成射孔作業(yè)，進(jìn)行正常的壓裂施工，施工順利。通過兩次施工對比分析，射孔排量對施工成功非常關(guān)鍵，根據(jù)現(xiàn)場施工情況，適當(dāng)提高射孔排量，有助于提高射孔成功率，但易對噴槍造成傷害。

第4層第1次射孔后進(jìn)行壓裂，始終不能正常施工，起泵超壓，后經(jīng)過注酸處理，打入5 m3酸后，起泵壓裂，壓裂施工正常，由此可以看出，對個別難壓地層可以通過注酸的方式，打磨射孔眼，酸蝕地層，達(dá)到壓裂施工的目的。

目前，該井日產(chǎn)量約5×104m3，從2012年11月3日起，累計產(chǎn)量約800×104m3。

3 結(jié)論

（1）采用連續(xù)油管帶封隔器壓裂工具、連續(xù)油管噴砂射孔、環(huán)空主壓裂工藝，既能實(shí)現(xiàn)針對性的分層改造，又能以較大排量引導(dǎo)裂縫起裂和延伸，并且壓后井筒全通徑，有利于后續(xù)作業(yè)施工。

（2）連續(xù)油管噴砂射孔環(huán)空分段壓裂技術(shù)實(shí)現(xiàn)了一趟管柱多層壓裂施工，縮短了施工周期，提高了經(jīng)濟(jì)效益，可以進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

［1］ 王騰飛，胥云，蔣建方，等. 連續(xù)油管水力噴射環(huán)空壓裂技術(shù)［J］.天然氣工業(yè)，2010，30（1）：65-67.

［2］ 田守嶒，李根生，黃中偉，等. 連續(xù)油管水力噴射壓裂技術(shù)［J］.天然氣工業(yè)，2008，28（8）：61-63.

［3］ 秦玉英. 連續(xù)油管噴砂射孔環(huán)空分層壓裂技術(shù)在大牛地氣田的應(yīng)用［J］.鉆采工藝，2009，32（4）：49-50，57.

［4］ 吳成斌，方澤本，游韜，等. 水力噴射環(huán)空壓裂技術(shù)在合川區(qū)塊的應(yīng)用［J］.油氣井測試，2012，21（1）：50-52.

［5］ 錢斌，朱炬輝，李建忠，等. 連續(xù)油管噴砂射孔套管分段壓裂新技術(shù)的現(xiàn)場應(yīng)用［J］.天然氣工業(yè)，2011，31（5）：67-69.

Application of coiled tubing jet perforation separated fracturing through annulus technique in Sulige gas field

LI Mei1, LIU Zhibin1, LV Shuang2, DING Keyu1, CHEN Lingyun1, YAO Weidong1
（1. Engineering Technology Research Institute,BHDC,Tianjin300280,China;2. Oil&Gas Corporation and Development Company,BHDC,Tianjin300280,China）

Sulige gas field belongs to three low-fields, including low porosity, low pressure and low permeability, and requires fracturing treatment for industrial gas. Depending on its technical advantages, coiled tubing jet perforating staged fracturing through annulus technique becomes the most significant method for horizontal wells stimulation in Sulige area. Through the combination of down-hole tools such as positioned and packer, coiled tubing jet perforation separated fracturing through annulus technique can realize sand blasting perforation, packer stratification, downloading casing in large quantities and coiled tubing accurate positioning. So several works can be finished by only one string trip, and has the advantages of short working cycle, low cost, full size after fracturing, etc. This paper elaborates the operating principle of this technique and the mechanism and structure of main tools in detail. The successful implement of this new process in one horizontal well in Sulige illustrate that the coiled tubing jet perforation separated fracturing through annulus technique is applicable to tight gas reservoirs, providing a new and effective mean for multi-stage hydraulic fracturing of horizontal wells.

Sulige gas field; horizontal wells; coiled tubing; jet perforation; separated fracturing

李梅，劉志斌，呂雙，等.連續(xù)油管噴砂射孔環(huán)空分段壓裂技術(shù)在蘇里格氣田的應(yīng)用 ［J］. 石油鉆采工藝，2013，35（4）：82-84.

TE357

：B

1000–7393（2013） 04–0082–03

渤海鉆探工程公司重大研究項目“連續(xù)油管作業(yè)工具的研制與開發(fā)”（編號：2012ZD03K）。

李梅，1984年生。2009年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（北京）材料學(xué)專業(yè)，主要從事鉆采工具研發(fā)及應(yīng)用工作。電話：13702002886。E-mail：leem16@qq.com。

2013-05-20）

〔編輯 景 暖〕