側(cè)鉆水平井分段壓裂完井技術(shù)在氣田的應用

王學正，韓永亮，王海霞，李 妍，秦詩濤

（1.渤海鉆探工程技術(shù)研究院，天津300280；2.大港油田灘海公司，天津300280）

側(cè)鉆水平井分段壓裂完井技術(shù)在氣田的應用

王學正1，韓永亮1，王海霞2，李 妍1，秦詩濤1

（1.渤海鉆探工程技術(shù)研究院，天津300280；2.大港油田灘海公司，天津300280）

經(jīng)過多年的開發(fā)，蘇里格氣田部分老井產(chǎn)能逐漸衰減，通過對老井進行小井眼開窗側(cè)鉆分段壓裂改造，能有效恢復老井的產(chǎn)能。介紹了適合蘇里格氣田小井眼開窗側(cè)鉆水平井分段壓裂的完井方式、完井管柱、配套工具及施工程序?，F(xiàn)場試驗表明，小井眼開窗側(cè)鉆水平井裸眼分段壓裂完井工藝技術(shù)是開采蘇里格氣田地層剩余儲量的有效手段。

小井眼；側(cè)鉆；水平井；分段壓裂；完井

蘇里格氣田為低壓、低孔、低滲的地層巖性圈閉氣藏，采用常規(guī)方式開發(fā)效果不明顯，必須采用壓裂技術(shù)才能達到氣井的有效開發(fā)，水平井分段壓裂完井工藝技術(shù)是實現(xiàn)少井高產(chǎn)、提高氣井采收率的重要手段。截止目前，渤海鉆探工程技術(shù)研究院自主研發(fā)的水平井分段壓裂完井管柱已在蘇里格氣田成功應用100余口井，增產(chǎn)效果顯著，完井后的產(chǎn)氣量是周圍常規(guī)壓裂酸化鄰井的5～10倍。蘇里格氣田經(jīng)過多年的開發(fā)，多數(shù)區(qū)塊已完成井位部署任務，部署新井位較為困難，目前部分老井經(jīng)過多年的開采產(chǎn)能已逐漸衰減，急需進行后期改造。通過對老井進行小井眼開窗側(cè)鉆，不僅可以節(jié)約鉆井和地面建設(shè)的重復投資，而且可以利用原井的上部井眼和地面管網(wǎng)，使一些低效井、關(guān)停井恢復生產(chǎn)，提高采收率［1-2］。

1 小井眼開窗側(cè)鉆水平井分段壓裂完井技術(shù)

1.1 完井方式選擇

對于小井眼開窗側(cè)鉆水平井，其完井方式主要有射孔完井、裸眼完井、割縫篩管完井、礫石充填完井、化學固砂完井等。國內(nèi)的側(cè)鉆井主要采用裸眼完井和篩管完井。目前的側(cè)鉆水平井篩管完井工具主要存在以下問題：壓裂距離有限；工具一次下入難以完成多段的壓裂施工；井下發(fā)生復雜事故時起出管柱困難。由于側(cè)鉆水平井裸眼段地層分布不均勻，采用篩管完井方式針對性不強，效果不明顯。裸眼完井方式不進行三開固井及射孔作業(yè)，極大地提高了完井作業(yè)時間，并且三開不進行固井作業(yè)避免了水平井固井質(zhì)量差的問題，可以實現(xiàn)對氣層進行選擇性的分段改造［3-4］。

根據(jù)蘇里格氣田的地質(zhì)條件以及各種側(cè)鉆水平井完井方式的特點，為了滿足水平井分段壓裂改造的要求，并綜合蘇里格氣田其他區(qū)塊水平井施工經(jīng)驗，選擇完井改造程度高，產(chǎn)能較高且成本低的裸眼完井方式。

1.2 完井管柱設(shè)計

小井眼開窗側(cè)鉆水平井裸眼分段壓裂改造，主要的完井工具包括水力錨（錨定完井管串）、懸掛封隔器（懸掛在老井套管壁上封隔上部地層）、裸眼封隔器（封隔壓裂的各層段）、投球滑套（打開地層與油管環(huán)空之間的液流通道）、壓差滑套（分段壓裂第一層液流通道打開工具）以及坐封球座（坐封封隔器）等。例如，分4段壓裂施工管柱如圖1所示。

圖1 分4段壓裂施工管柱示意

1.2.1 完井管柱設(shè)計原則

1） 封隔器要有較好的坐封位置。物性較差的泥質(zhì)砂巖段、電性較差的井段、井徑變化較小、沒有明顯擴徑的井段、或鉆時較長的井段。

2） 盡量增加壓裂裂縫的泄流面積。

3） 使水平井段得到最有效的利用。

1.2.2 懸掛封隔器位置設(shè)計原則

1） 在側(cè)鉆開窗點150 m以上。

2） 在有水泥環(huán)的套管段內(nèi)。

3） 避開套管接箍。

1.2.3 工藝原理

按照設(shè)計要求，將分段壓裂完井管柱下到預定位置，油管投低密度球，待球落到坐封球座上，油管加壓坐封懸掛封隔器和裸眼封隔器。壓裂施工過程中，油管加壓打開壓差滑套，開始對最下層進行加砂壓裂。最下層施工結(jié)束后投入低密度球，送球至投球滑套內(nèi)的球座上。油管加壓剪斷剪釘打開第2段油管環(huán)空和地層之間的液流通道進行第2段加砂壓裂。按照分段壓裂施工設(shè)計依次投球打開各級投球滑套逐層進行加砂壓裂。整個壓裂施工結(jié)束后，對氣井進行放噴，各層之間相互連通實現(xiàn)合采。

1.3 配套工具

渤海鉆探工程技術(shù)研究院根據(jù)小井眼開窗側(cè)鉆水平井特殊的井身結(jié)構(gòu)自主研發(fā)了小井眼分段壓裂完井配套工具，包括裸眼封隔器、投球滑套、壓差滑套以及坐封球座等。

1.3.1 裸眼封隔器

結(jié)構(gòu)組成如圖2。

圖2 裸眼封隔器

1） 技術(shù)參數(shù)

2） 結(jié)構(gòu)特點

①雙封設(shè)計，保證了整體結(jié)構(gòu)的密封性。

②鎖塊結(jié)構(gòu)設(shè)計，保證下井過程中不會提前坐封。

③馬牙環(huán)鎖緊機構(gòu)設(shè)計，保證加壓坐封可靠。

1.3.2 投球滑套

結(jié)構(gòu)組成如圖3。

1） 技術(shù)參數(shù)

2） 結(jié)構(gòu)特點

①投球滑套采用剪釘固定并用硫化O型圈密封，保證整體結(jié)構(gòu)的密封性和安全性。

②設(shè)計了不同尺寸的投球球座并與相應的低密度球配合，可以滿足多級分段壓裂要求。

③設(shè)計了鎖緊裝置，以保證內(nèi)滑套下行到位后不會回彈，影響低密度球的順利返排以及后續(xù)生產(chǎn)。

圖3 投球滑套

1.3.3 壓差滑套

結(jié)構(gòu)組成如圖4。

1） 技術(shù)參數(shù)

2） 結(jié)構(gòu)特點

①解決了投球滑套不能用于側(cè)鉆水平井最下層的難題。

②平衡氣孔的設(shè)計，使油管與環(huán)空之間的壓力差必須達到一定值才能打開，降低了壓差滑套在坐封、丟手過程中提前打開的風險。

③設(shè)計了鎖緊裝置，以保證內(nèi)滑套下行到位后不會回彈，影響低密度球的順利返排以及后續(xù)生產(chǎn)。

圖4 壓差滑套

1.3.4 坐封球座

結(jié)構(gòu)組成如圖5。

1） 技術(shù)參數(shù)

2） 結(jié)構(gòu)特點

①坐封前依靠內(nèi)部通道進行循環(huán)頂替泥漿作業(yè)。

②投球坐封后，依靠整體結(jié)構(gòu)實現(xiàn)管柱自封。

③鎖緊裝置的設(shè)計保證內(nèi)滑套鎖緊的可靠性。

圖5 坐封球座

1.4 施工程序

1） 通井規(guī)、刮削器刮套管。鉆具組合為：?139.7 mm（5?2英寸）套管刮削器＋?115 mm通井規(guī)通井刮削到套管開窗點以上約10 m位置。

2） 單銑柱模擬通井。鉆具組合：?118 mm鉆頭＋?73 mm斜坡鉆桿1根＋?115 mm銑柱1個＋?73 mm斜坡鉆桿＋?73 mm加重鉆桿＋?73 mm斜坡鉆桿。

3） 修整開窗窗口。鉆具組合：引鞋＋?73 mm斜坡鉆桿1根＋修窗口銑柱1個＋?73 mm斜坡鉆桿＋?73 mm加重鉆桿＋?73 mm斜坡鉆桿。

4） 雙銑柱模擬通井。鉆具組合：?118 mm鉆頭＋?73 mm斜坡鉆桿1根＋?115 mm銑柱1個＋?73 mm斜坡鉆桿1根＋?115 mm銑柱1個＋?73 mm斜坡鉆桿＋?73 mm加重鉆桿＋?73 mm斜坡鉆桿。

5） 用鉆桿送完井管柱到預定位置。管柱結(jié)構(gòu)：分段壓裂完井管柱＋?73 mm斜坡鉆桿＋?73 mm加重鉆桿＋?73 mm斜坡鉆桿。

6） 用2%KCl水溶液頂替井筒內(nèi)泥漿。

7） 坐封懸掛封隔器和裸眼封隔器并丟手。

8） 下回接壓裂管柱。管柱結(jié)構(gòu)：回接插入密封＋?73 mm油管1根＋水力錨＋?73 mm油管1根＋套壓閥＋?73 mm油管。

9） 壓裂施工。

2 現(xiàn)場應用情況

蘇A井是蘇里格氣田的1口小井眼開窗側(cè)鉆水平井，該井是通過在?139.7 mm套管內(nèi)開窗側(cè)鉆，采用裸眼方式完井，井眼尺寸?118 mm，完鉆井深3 748 m，側(cè)鉆點井深2 905 m，狗腿度10～15°，水平段長度463.3 m，分4段進行壓裂改造。在整個加砂壓裂施工過程中，封隔器坐封可靠，各級滑套打開順利。

試驗表明，采用該技術(shù)可以將小井眼開窗側(cè)鉆水平井技術(shù)與裸眼分段壓裂完井技術(shù)有機地結(jié)合起來，使一些低效井、關(guān)停井恢復生產(chǎn)，經(jīng)濟和社會效益好，并且有利于環(huán)境保護。該技術(shù)的推廣在未來具有廣闊的發(fā)展前景。

3 結(jié)論

1） 對小井眼開窗側(cè)鉆水平井進行了完井方式選擇，確定了適合蘇里格氣田的裸眼完井方式。

2） 確定了小井眼開窗側(cè)鉆水平井完井管柱，管柱結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，施工成功率高。

3） 自主研制了適用于小井眼開窗側(cè)鉆水平井分段壓裂完井配套工具，包括裸眼封隔器、投球滑套、壓差滑套以及坐封球座等。

4） 確定了小井眼開窗側(cè)鉆水平井分段壓裂完井施工程序。

5） 現(xiàn)場試驗表明，小井眼開窗側(cè)鉆水平井裸眼分段壓裂完井技術(shù)是開采蘇里格氣田地層剩余儲量的有效手段。

［1］ 張鵬，程智遠，劉志斌，等.水平井分段壓裂坐封球座的研制與應用［J］.石油鉆采工藝，2011，33（2）：131-133.

［2］ 朱正喜，李永革.水平井裸眼完井分段壓裂技術(shù)研究［J］.石油礦場機械，2011，40（11）：44-47.

［3］ 高立軍，王廣新，郭福祥，等.大慶油田小井眼開窗側(cè)鉆水平井鉆井技術(shù)［J］.斷塊油氣田，2008，15（4）：94-96.

［4］ 白俊成.?139.7 mm套管開窗側(cè)鉆技術(shù)［J］.江漢石油學院學報，2004，26（增刊）：293-295.

Application of Multi-Stage Fracture Completion Techniques of Horizontal Well with Slim Hole Oriented Window and Sidetracking in Gas Field

WANG Xue-zheng1，HAN Yong-liang1，WANG Hai-xia2，LI Yan1，QING Shi-tao1
（1.Engineering Technology Research Institute，BHDC，CNPC，Tianjin 300280，China；2.Dagang Oilfield Shallow Water Development Company，CNPC，Tianjin 300280，China）

slim hole；sidetracking；horizontal well；multi-stage fracture；completion

TE925.307

B

10.3969／j.issn.1001-3482.2014.12.011

1001-3482（2014）12-0044-04

2014-06-09

王學正（1985-），男，天津?qū)幒尤?，工程師?009年畢業(yè)于大慶石油學院應用物理專業(yè)，現(xiàn)從事采油技術(shù)研究工作，E-mail：wang.xuezheng＠163.com。

Abstract：In the Sulige gas field，after years of development the gas yield of part in old well gradually decay.Through the slim hole Sidetracking and Multi-Stage Fracture Completion can effectively improve the production capacity of old well.This paper introduces completion method，completion pipe string，supporting tool and construction procedure of horizontal well with slim hole oriented window and sidetracking at Sulige gas field.Site test shows that multi-stage fracture completion techniques of open-hole horizontal well with slim hole oriented window and sidetracking is effective to develop remaining reserve at Sulige gas field.