可鉆橋塞水平井分段壓裂工藝在致密低滲氣田的應用

劉威，何青，張永春，陳付虎，余高華

（1.中國石化華北分公司工程技術研究院，河南 鄭州450006；2.中國石化中原油田分公司采油四廠，河南 濮陽457176）

0 引言

大牛地氣田位于鄂爾多斯盆地北部，伊陜斜坡北部。上古生界自下而上發(fā)育了太1、太2、山1、山2、盒1、盒2、盒3 等7 套氣層，氣藏縱向上交錯疊合發(fā)育，且產(chǎn)層跨距較大，平面上分片展布，儲層非均質性較強，氣藏內(nèi)部差別較大，各套氣層縱向上交錯疊合。氣田上古生界屬于致密低滲砂巖氣藏［1］，埋深2 400～2 900 m，平均孔隙度8.6%，平均滲透率0.7×10-3μm2，具有低孔、低滲致密砂巖氣層特征。

目前大牛地氣田主要采用裸眼預置管柱分段壓裂工藝技術，該工藝存在管柱永久留在井里、裂縫起裂位置無法確認、無法后續(xù)改造等局限性。隨著北美地區(qū)對頁巖氣藏的大規(guī)模開發(fā)［2-7］，可鉆橋塞射孔聯(lián)作壓裂工藝作為頁巖氣開發(fā)的重要技術手段已得到一定認可。該工藝具有裂縫起裂位置明確、壓裂改造針對性強、壓后能實現(xiàn)井筒全通徑等優(yōu)點。為驗證該工藝能否在致密低滲氣藏取得較好的改造效果，在DPH-47 井開展了現(xiàn)場試驗。

1 DPH-47 井概況

DPH-47 井地處內(nèi)蒙古鄂爾多斯市伊金霍洛旗，是一口開發(fā)水平井，完鉆深度3 889 m（斜深），1 200 m水平段全部鉆遇砂巖，采用φ139.7 mm 套管完井。

DPH-47 井分11 段壓裂，采用φ139.7 mm 套管壓裂。針對前2 段水平段較長、 排量小易造成脫砂的問題，將2 段施工排量控制在5.0 m3/min 左右。根據(jù)該井所處井區(qū)盒1 段砂體厚度，結合盒1 物性參數(shù)以及與鄰井的井距，為該井優(yōu)化裂縫長度138～150 m，裂縫高度20 m、裂縫寬度4.2 mm 左右，每段加砂量為41.0～47.5 m3（見表1）。

表1 各段施工規(guī)模優(yōu)化結果

2 工藝流程及特點

2.1 工藝流程

可鉆橋塞射孔聯(lián)作壓裂工藝［8-10］在水平井套管完成固井后，即可施工。首先，可采用油管、連續(xù)油管或者爬行器拖動射孔槍實施第1 段射孔，取出射孔槍后，進行第1 段壓裂作業(yè)。然后，通過電纜作業(yè)下入橋塞坐封、 射孔聯(lián)作工具串，通過工具串上的磁定位工具校深，在預定位置通過點火實現(xiàn)橋塞坐封和丟手，對橋塞試壓，接著上提射孔槍至設計位置，完成射孔。最后，起出工具串，進行壓裂施工。其他各層用同樣的方式，依次下入橋塞、射孔、壓裂。分段壓裂完成后，采用油管或者連續(xù)油管，配合不壓井作業(yè)裝置，鉆除橋塞，橋塞完全鉆磨掉后，即可排液求產(chǎn)。

2.2 工藝特點

可鉆橋塞壓裂工藝與裸眼預置管柱壓裂工藝相比，具有射孔加砂壓裂后可迅速鉆磨、保證井筒的全通徑、利于后期作業(yè)的實施等特點。相比水力噴射壓裂工藝，可鉆橋塞分段壓裂的改造強度和力度更大，對于低滲透儲層的改造效果更好。該工藝由于采用射孔、壓裂聯(lián)作，與常規(guī)先射孔再下管柱壓裂的方法相比，能大幅提高作業(yè)時效。

3 關鍵配套技術

可鉆橋塞工藝是一個系統(tǒng)工程，能否順利完成，成功進行壓裂施工是關鍵環(huán)節(jié)，而壓裂施工過程中的配套工藝技術尤為關鍵。為進一步完善施工過程中的配套工藝技術，對施工參數(shù)和工具選擇進行優(yōu)化，提出了3 大關鍵配套技術。

3.1 井下工具水力泵送技術

大牛地氣田水平井平均水平段長1 098 m，需要長距離泵送工具串，如何能夠順利泵送到位成為一個技術難點。針對該難點提出了井下工具泵送技術。

建立推送力與泵送排量之間的關系曲線（見圖1），再結合現(xiàn)場模擬不同深度下電纜線的拉力，最終形成不同深度下對應的泵送排量，DPH-47 井模擬優(yōu)化出的不同深度對應的施工排量見表2。

圖1 推送力與泵送排量之間的關系

表2 DPH-47 井不同深度的泵送排量

3.2 水平井鉆塞技術

可鉆橋塞壓裂施工結束后，為了保證快速返排壓裂液，減少對儲層造成的傷害，必須快速鉆掃橋塞。由于每個公司使用的橋塞材料各不相同，如果不對鉆壓和循環(huán)排量進行優(yōu)化，有可能導致憋壓和卡鉆等問題。DPH-47 井選用更加易鉆的復合材料橋塞，并對其鉆掃參數(shù)進行優(yōu)化。鉆壓10～15 kN，排量0.45 m3/min，循環(huán)用液為瓜膠壓裂液體系中的基液。

3.3 井口捕屑技術

鉆掃橋塞過程中，當大量鉆屑返排出來時，容易出現(xiàn)堵塞放噴管線及油嘴的現(xiàn)象，須將鉆屑順利排出，保證管線暢通。為此，現(xiàn)場應用了井口捕屑技術。通過使用自主設計的捕屑器，返排捕屑效果明顯，成功捕到鉆掃后的橋塞復合材料，保證了壓裂液順利而且快速返排，減小了液體對地層的傷害。

4 現(xiàn)場應用

4.1 施工分析

4.1.1 橋塞下入

DPH-47 井第1 段采用普通油管傳輸射孔。壓完第1 層后，將壓裂井口閘門關閉，利用斯倫貝謝公司提供的電纜注脂防噴系統(tǒng)（見圖2），實現(xiàn)帶壓下入電纜工具。該裝置利用氣泵將密封脂注入注脂控制頭，能夠在高壓狀態(tài)下密封電纜，對井內(nèi)流體進行可靠密封。

圖2 注脂防噴裝置主要組成

在帶壓狀態(tài)下用電纜下入橋塞坐封、 射孔聯(lián)作工具串。其主要由電纜、橋塞坐封工具、多級射孔槍和橋塞等工具組成（見圖3）。

圖3 坐封、射孔聯(lián)作管柱示意

橋塞下入過程：1）將工具串下入到防噴管中，用吊車將整套防噴裝置吊起至井口，與井口閘門連接；2）連接完成后即可打開壓裂井口閘門，在注脂防噴系統(tǒng)控制下，用電纜下入橋塞；3）在直井段可利用裝置自身的重力下入，當?shù)竭_井斜30°時開始提排量，直至把橋塞送至目的層段。DPH-47 井共泵送10 個橋塞，全部順利泵送到位。

4.1.2 壓裂施工

DPH-47 井于2013年6月2日開始施工，6月6日施工結束，歷時5 d 完成11 段施工。該井累計入地總液量4 417.4 m3，累計加砂473.2 m3，加砂規(guī)模高于大牛地氣田水平井的平均加砂量，平均排量5.0 m3/min，各段最高泵壓為40～65 MPa。

現(xiàn)場主要存在的問題是，DPH-47 井各段壓裂施工開始均存在施工壓力較高的現(xiàn)象（見圖4），最高施工壓力高達65 MPa，初步分析認為是由于孔眼摩阻及近井迂曲摩阻造成的?，F(xiàn)場調(diào)整了加入段塞的數(shù)量（比設計多打1～2 個段塞），當段塞入地層后，施工壓力均有明顯下降。

4.1.3 橋塞鉆除

所有層壓完后，利用連續(xù)油管配合不壓井裝置下入鉆磨管柱將橋塞鉆除。

鉆掃管柱主要由磨鞋、馬達、震擊器、循環(huán)閥、丟手和單流閥等組成。其工作原理是：通過液力帶動螺桿鉆，為磨鞋提供扭矩，實現(xiàn)橋塞的鉆除，保證井筒內(nèi)清潔，為后續(xù)工藝提供方便；單流閥起到防止螺桿鉆反轉的作用；震擊器可在卡鉆時提供震擊力，實現(xiàn)解卡，無法解卡時通過丟手工具進行丟手后，再進行后續(xù)彌補措施。

DPH-47 井共鉆掃10 個橋塞，整體鉆掃較為順利，只有在鉆掃至第2 個橋塞的時候，由于使用舊的磨鞋導致無進尺，在更換新的磨鞋之后，連續(xù)鉆掃掉9 個橋塞。

4.2 時效性分析

1）DPH-47 井共進行10 次泵送橋塞射孔聯(lián)作作業(yè)，均成功完成，具有很高的成功率。與常規(guī)先射孔再下管柱壓裂的方法相比，電纜泵送橋塞射孔聯(lián)作平均單段用時僅58.3 min，最短用時29.0 min，大幅提高了作業(yè)時效。

2）與裸眼封隔器分段壓裂工藝相比，該工藝直接采用套管壓裂，節(jié)省了下入預置管柱和下入壓裂管柱的時間，同時消除了滑套打不開無法對設計層段進行改造的風險。

3）該工藝壓裂后使用連續(xù)油管能夠快速鉆掃，具有時間短、效率高和安全可靠的特點。DPH-47 井成功鉆掃掉全部橋塞，鉆掃共用時19 h，后9 個橋塞一次性順利鉆掃。

圖4 DPH-47 井施工曲線

4.3 壓裂效果分析

對比DPH-47 井周邊采用不同工藝的鄰井及直井，可以看出該井取得顯著的改造效果（見表3）。由表3可以看出，在地質條件相近的情況下，DPH-47 井的無阻流量是DPH-25 井的8.4 倍；DPH-3 井地質條件優(yōu)于DPH-47 井，DPH-47 井獲得了高于DPH-3 井的無阻流量；與直井D28-5 井相比，DPH-47 井無阻流量是其4.2 倍。

表3 DPH-47 井與鄰井壓裂效果對比

5 結論

1）可鉆橋塞分段壓裂具有以下優(yōu)點：無需驗封，射孔后可直接壓裂；裂縫起裂位置明確，壓裂改造針對性強；壓后實現(xiàn)了井筒全通徑，利于后期綜合治理；加砂規(guī)模大，改造充分。

2）通過實施井下工具水力泵送技術、水平井鉆塞技術、 井口捕屑技術以及對DPH-47 井施工參數(shù)進行優(yōu)化，保證了該井順利完成施工，并取得了較好的改造效果。

3）與鄰井對比，DPH-47 井采用可鉆橋塞壓裂工藝對地層的改造效果優(yōu)于裸眼預置管柱和水力噴射2種工藝。

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