組合式滑套分段壓裂管柱研究及現(xiàn)場應(yīng)用

周俊然王益山郭賢偉高鵬宇楊冀平楊曉勇

1.中國石油渤海鉆探工程技術(shù)研究院；2.中海石油（中國）有限公司天津分公司

組合式滑套分段壓裂管柱研究及現(xiàn)場應(yīng)用

周俊然1王益山1郭賢偉1高鵬宇2楊冀平1楊曉勇1

1.中國石油渤海鉆探工程技術(shù)研究院；2.中海石油（中國）有限公司天津分公司

引用格式：周俊然，王益山，郭賢偉，高鵬宇，楊冀平，楊曉勇.組合式滑套分段壓裂管柱研究及現(xiàn)場應(yīng)用［J］.石油鉆采工藝，2016，38（4）：483-486.

為了實現(xiàn)無限制、大排量體積壓裂和復(fù)雜層段生產(chǎn)控制的高效改造和開采目標(biāo)，提出了一種在下部產(chǎn)層穩(wěn)定層段安放投球滑套、在上部需要生產(chǎn)控制層段安放開關(guān)滑套組合應(yīng)用的分段壓裂技術(shù)。施工中，依次投球逐級打開并壓裂投球滑套段，然后投入隔離球封隔下部已壓裂段；再下入連續(xù)油管開關(guān)工具，根據(jù)地層需要有選擇性地開關(guān)各開關(guān)滑套層段，實現(xiàn)個性化壓裂。后期開采階段，如果開關(guān)滑套層段出現(xiàn)問題，可再次下入連續(xù)油管開關(guān)管柱關(guān)閉問題段，實現(xiàn)其他層段的正常開采。組合式滑套分段壓裂技術(shù)在蘇75-60-34H井進行了3段開關(guān)滑套和7段投球滑套整體10段現(xiàn)場應(yīng)用，施工排量達到9.2 m3/min，施工壓力達到72 MPa，日產(chǎn)氣20×104m3，施工效果超過預(yù)期，為復(fù)雜油氣藏各段一對一壓裂和生產(chǎn)控制提供技術(shù)借鑒。

壓裂；水平井；投球滑套；開關(guān)滑套；壓裂管柱；現(xiàn)場應(yīng)用

目前我國的致密油氣藏主要采用水平井裸眼分段壓裂技術(shù)［1-3］。投球滑套分段壓裂技術(shù)依靠自下而上逐級加大的滑套球座和坐封球?qū)崿F(xiàn)逐級分段壓裂，具備完井與壓裂管柱一體化，但是，管柱內(nèi)徑和球座尺寸以及壓后合采的天然限制，其分段級數(shù)是受限的，也無法滿足大排量體積壓裂和分段控制［4］。而且，隨著產(chǎn)量下降需要二次改造時，該技術(shù)受球座內(nèi)徑的影響需要鉆磨球座，成本高、風(fēng)險大，并且鉆磨球座后內(nèi)通徑依然受限，造成二次改造困難［5-6］。開關(guān)滑套分段壓裂技術(shù)主要應(yīng)用于需要選擇性壓裂或生產(chǎn)控制的易出水、儲層性質(zhì)不明和產(chǎn)能不確定復(fù)雜地層。該技術(shù)通過連續(xù)油管工具控制滑套開關(guān)，實現(xiàn)管柱的全通徑，可滿足后期油氣藏重復(fù)改造以及測試要求，解決了水平井預(yù)置管柱分段壓裂的核心問題［7］，但是，其受連續(xù)油管操作的影響，效率偏低，而且由于連續(xù)油管的下深有限，實際上也限制了開關(guān)滑套的無限級分段能力。

針對投球滑套和開關(guān)滑套分段壓裂技術(shù)的優(yōu)缺點，在深入研究地質(zhì)需要的基礎(chǔ)上，筆者提出了組合滑套分段壓裂技術(shù)。該技術(shù)通過在下部產(chǎn)層穩(wěn)定層段安放投球滑套、在上部需要生產(chǎn)控制層段安放開關(guān)滑套組合應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)真正意義上的無限制、可重復(fù)、大排量體積壓裂，不僅能夠提高壓裂作業(yè)效率，而且能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜層段的選擇性壓裂和生產(chǎn)控制，有效地防止復(fù)雜層段對全井生產(chǎn)的影響。

1　技術(shù)分析Technical analysis

1.1工藝原理

Technical principle

組合滑套分段壓裂技術(shù)是將壓差滑套、多個投球滑套和開關(guān)滑套配接的油/套管串下入井后，進行水力膨脹封隔器漲封分隔，通過憋壓打開壓差滑套，壓裂第1段，再從小到大依次投球憋壓逐級打開并壓裂投球滑套段，然后投入隔離球，封隔下部已壓裂各段；再下入連續(xù)油管開關(guān)工具，根據(jù)地層需要，有選擇性地開關(guān)各開關(guān)滑套層段，實現(xiàn)個性化壓裂。后期開采工程中，如果上部重點監(jiān)控開關(guān)滑套層段出現(xiàn)問題，可以再次下入連續(xù)油管開關(guān)管柱，關(guān)閉問題段，實現(xiàn)其他層段的正常開采。

1.2管柱結(jié)構(gòu)

String structure

組合滑套分段壓裂工藝管柱主要由多個開關(guān)滑套、隔離球座、多個投球滑套、壓差滑套、一體化引鞋和油/套管串等組成，其結(jié)構(gòu)見圖1。

數(shù)字測繪檔案工作的數(shù)據(jù)安全風(fēng)險大，歸檔時很多數(shù)據(jù)沒有背景信息，信息不完整，而且歸檔數(shù)據(jù)組織混亂、歸檔內(nèi)容不完整等情況普遍，使得數(shù)據(jù)的完整性和有效性安全性都不高。雖然保管部門已經(jīng)進行了一定改革，但是每年讀取電子文件和處理設(shè)備登記更新工作還存在一些問題，影響載體和新設(shè)備的兼容性。在數(shù)字測繪檔案的管理工作很少會檢查數(shù)據(jù)軟盤，也沒有加大人力和財力支持進行有效的數(shù)據(jù)抽查。

圖1　復(fù)合滑套分段壓裂管柱結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Structure of the combined sliding sleeve staged fracturing string

1.3技術(shù)參數(shù)

Technical parameters

目前已經(jīng)研究形成了適用于?152.4 mm井眼的組合滑套分段壓裂工具，耐壓差70 MPa，耐溫150℃，關(guān)鍵工具參數(shù)見表1，分段級數(shù)可以根據(jù)地質(zhì)需要，數(shù)量不受任何因素限制，施工排量≥10 m3/min，開關(guān)滑套開關(guān)次數(shù)大于50次，可以實現(xiàn)重點層段生產(chǎn)控制和重復(fù)壓裂［8］。

表1　組合滑套分段壓裂工具關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)Table 1 Key technical parameters of the combined sliding sleeve staged fracturing string

1.4技術(shù)特點

Technical characteristics

（1）投球滑套與開關(guān)滑套的無限級串接，可以滿足長水平段無限級改造要求。

（2）復(fù)雜層段安放開關(guān)滑套，不僅可以提高壓裂現(xiàn)場施工效率，而且能夠?qū)崿F(xiàn)特殊層段的開關(guān)控制，一旦復(fù)雜層段出現(xiàn)影響生產(chǎn)的問題，可以下入開關(guān)管柱關(guān)閉復(fù)雜層段，確保其余各段能夠正常的生產(chǎn)，從而解決復(fù)雜層段生產(chǎn)問題對全井筒的影響。

2　現(xiàn)場應(yīng)用Field application

2.1基本數(shù)據(jù)

Basic datas

蘇75-60-34H井是鄂爾多斯盆地伊陜斜坡上的一口三開開發(fā)水平井，完鉆井深4 861 m，水平段長1 204.4 m，二開下入?177.8 mm套管固井，水平段裸眼段為?152.4 mm井眼。根據(jù)該井砂體縱橫向變化大、儲層非均質(zhì)性強的特點，在產(chǎn)能和儲層比較穩(wěn)定的前7段采用投球滑套分段壓裂，完井管柱采用?88.9 mm EU油管投球滑套×7段+?114.3 mm套管開關(guān)滑套×3段+?114.3 mm套管回接組合管柱。

表1　蘇75-60-34H分段基本參數(shù)Table 1 Basic parameters of each section in Well 75-60-34H

2.2壓裂施工

Fracturing operation

井口及壓裂設(shè)備準(zhǔn)備到位后，憋壓32 MPa打開第1段壓差滑套，壓裂施工排量9.2 m3/min、最高施工壓力72 MPa，順利完成第1段施工，其壓裂曲線如圖2所示。根據(jù)本井組合滑套管柱的特點，摩阻最高、節(jié)流最嚴(yán)重的是第1層段，因此，現(xiàn)場施工中第1層段滿足了大排量體積壓裂的施工后，其余各段也都能夠滿足大排量體積壓裂的需要。施工中依次投相應(yīng)的坐封球打開各級投球滑套，各段投球滑套打開順利，全部按照壓裂設(shè)計完成了各段大排量體積壓裂施工。前7段投球滑套分段壓裂施工完成后，投入?78 mm封隔球，實現(xiàn)已壓裂段的封隔。

圖2　蘇75-60-34H井第1段壓裂曲線Fig.2 Fracturing curve of Stage 1 in Well 75-60-34H

下入?50.8 mm連續(xù)油管開關(guān)管柱。連續(xù)油管探隔離球座位置后，操作連續(xù)油管依次打開第8段開關(guān)滑套K1，壓裂第8段，然后關(guān)閉第8段開關(guān)滑套K1，打開第9段開關(guān)滑套K2，壓裂第9段，再關(guān)閉第9段開關(guān)滑套K2，打開第10段開關(guān)滑套K3，壓裂第10段，最后再打開第8段開關(guān)滑套K1和第9段開關(guān)滑套K2。施工過程中，通過連續(xù)油管機械操作和井筒試擠液壓力變化，綜合判斷開關(guān)滑套K1、K2和K3都成功實現(xiàn)了開關(guān)，順利完成了本井全部10段壓裂。

蘇75-60-34H井成功實施了大排量體積壓裂施工作業(yè)，施工排量達到9.2 m3/min，施工壓力達到72 MPa，實現(xiàn)了日產(chǎn)20×104m3。

3　結(jié)論Conclusions

（1）組合滑套分段壓裂技術(shù)通過投球滑套和開關(guān)滑套的組合應(yīng)用，實現(xiàn)了投球滑套高效率和開關(guān)滑套大通徑無限級技術(shù)優(yōu)點的有機結(jié)合，而且通過減少投球滑套段數(shù)，增大投球滑套球座尺寸，滿足了超長水平段、大排量、大砂量和高砂比壓裂作業(yè)需要。

（2）組合滑套分段壓裂技術(shù)通過在易出水、儲層性質(zhì)不明和產(chǎn)能不確定等復(fù)雜層段安裝開關(guān)滑套，可以實現(xiàn)對特殊層段選擇性生產(chǎn)控制、測試和堵水，達到全井筒高效開采的目的。

（3）組合滑套分段壓裂技術(shù)管柱組合靈活，投球滑套打開指示明顯，開關(guān)滑套打開可靠，如采用可降解球座投球滑套，就可以實現(xiàn)管柱全通徑和可開關(guān)，可滿足后期油氣藏重復(fù)改造以及測試要求，市場前景廣闊，可以大力推廣。

［1］ 程智遠，劉志斌，張鵬，駱勁羽，徐玉龍，周后俊，韓永亮，展鴻運，崔振錨. 水平井裸眼分段壓裂工具［J］.石油科技論壇，2013，32（4）：60-62. CHENG Zhiyuan， LIU Zhibin， ZHANG Peng， LUO Jinyu，XU Yulong， ZHOU Houjun， HAN Yongliang， ZHAN Hongyun， CUI Zhenmao. Staged fracturing tools for open hole of horizontal well［J］.Oil Forum， 2013， 32（4）: 60-62.

［2］ 喻鵬，車航，劉漢成，劉國華，余東合，王倩.蘇75-70-6H水平井裸眼封隔器10級分段壓裂實踐［J］.石油鉆采工藝，2010，32（6）：72-76. YU Peng， CHE Hang， LIU Hancheng， LIU Guohua， YU Donghe， WANG Qian. Practice of 10 stage fracturing with open hole packer in horizontal well in Well Su 75-70-6H ［J］. Oil Drilling & Production Technology， 2010， 32（6）: 72-76.

［3］ 楊富，鄒國曙，馬得華，陳海涌，金大權(quán)，劉道天.蘇里格氣田蘇平36-6-23井裸眼完井分段壓裂技術(shù)［J］.石油鉆采工藝，2010，32（4）：46-50.YANG Fu， ZOU Guoshu， MA Dehua， CHEN Haiyong，JIN Daquan， LIU Daotian.Open hole completion staged fracturing technology for Well Suping 36-6-23 in Sulige Gasfield［J］. Oil Drilling & Production Technology，2010， 32（4）: 46-50.

［4］ 王益山，周俊然，楊永，董趙朋，郭超，田曉勇.儲層選擇性分段改造和測試生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用［J］.鉆采工藝，2015，38（6），37-39. WANG Yishan， ZHOU Junran， YANG Yong， DONG Zhaopeng， GUO Chao， TIAN Xiaoyong. Application of selective multi-stage stimulation and testing & production technology［J］.Drilling and Production Technology，2015， 38（6）， 37-39.

［5］ 李梅，劉志斌，路輝，程智遠，王慶菊，鄭偉姣.連續(xù)管無限級滑套分段壓裂技術(shù)在蘇里格的應(yīng)用［J］.石油機械，2015，43（4）：40-43. LI Mei， LIU Zhibin， LU Hui， CHENG Zhiyuan， WANG Qingju， ZHENG Weijiao. Application of CT stepless sliding sleeve staged fracturing technique in Sulige［J］. China Petroleum Machinery， 2015， 43（4）: 40-43.

［6］ 李梅，劉志斌，呂雙，丁柯宇，陳凌云，姚衛(wèi)東.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. LI Mei， LIU Zhibin， LYU Shuang， DING Keyu， CHEN Lingyun， YAO Weidong. Application of coiled tubing jet perforation separated fracturing through annulus technique in Sulige Gasfield［J］.Oil Drilling & Production Technology， 2013， 35（4）: 82-84.

［7］ 羅懿，周勤.水平井分段壓裂可開關(guān)滑套的研制與應(yīng)用［J］.特種油氣藏，2013，20（4）：131-133. LUO Yi， ZHOU Qin. Development and application of switchable sliding sleeve for staged fracturing in horizontal well［J］. Special Oil & Gas Reservoirs， 2013，20（4）: 131-133.

［8］ 王益山，周俊然，郭超，田曉勇，董趙朋，崔遠眾. 選擇性多級壓裂及控制開采工具［J］. 石油科技論壇，2015，34（增刊）：18-20. WANG Yishan， ZHOU Junran， GUO Chao， TIAN Xiaoyong， DONG Zhaopeng， CUI Yuanzhong. Selective multi-stage fracturing and controlled production tool［J］. Oil Forum， 2015， 34（S0）: 18-20.

（修改稿收到日期 2016-06-15）

〔編輯 朱 偉〕

Development and field application of combined sliding sleeve staged fracturing string

ZHOU Junran1， WANG Yishan1， GUO Xianwei1， GAO Pengyu2， YANG Jiping1， YANG Xiaoyong1
1. CNPC Bohai Drilling Engineering Technology Research Institute， Renqiu， Hebei 062552， China；2. CNOOC Tianjin Company， Tianjin 300452， China

In order to realize high-efficiency stimulation and production of high-displacement unrestricted volume fracturing and complex interval production control， a combined staged fracturing technology was developed to set the ball-actuated sliding sleeve at lower stable intervals and the switch sliding sleeve at upper production control intervals. First， the balls are dropped to open ball-actuated sliding sleeves successively and the corresponding intervals are fractured. Then， the separating spheres are thrown to isolate the intervals that have been fractured in the lower part. Finally， switch tools of coiled tubing are run in hole to conduct specific fracturing by switching on or off each switch sliding sleeve selectively according to the formation conditions. If any problem occurs in the interval with switch sliding sleeve in the process of later exploitation， another switch string of coiled tubing should be run in hole to isolate the interval in problem while the other intervals are kept in normal production. This combined sliding sleeve staged fracturing technology was applied in Well Su 75-60-34H with three switch sliding sleeve intervals and seven ball-actuated sliding sleeve intervals. The fracturing effect is better than the expectation with displacement rate of 9.2 m3/min， fracturing pressure of 72 MPa and daily gas production 20×104m3. It provides the technical reference for the one-to-one fracturing and production control of each interval in complex oil and gas reservoirs.

fracturing； horizontal well； ball-actuated sliding sleeve； switch sliding sleeve； fracturing string； field application

TE931.2

B

1000 - 7393（ 2016 ） 04- 0483- 04

10.13639/j.odpt.2016.04.015

ZHOU Junran， WANG Yishan， GUO Xianwei， GAO Pengyu， YANG Jiping， YANG Xiaoyong. Development and field application of combined sliding sleeve staged fracturing string［J］. Oil Drilling & Production Technology， 2016， 38（4）: 483-486.

中國石油集團公司重大科技專項“重大工程關(guān)鍵技術(shù)裝備研究與應(yīng)用”之課題七“儲層改造工作液與關(guān)鍵工具研發(fā)”（編號：2013E-38-07）。

周俊然（1975-），1999年畢業(yè)于江漢石油學(xué)院機械設(shè)計及制造專業(yè)，長期從事井筒工藝技術(shù)及工具研究，高級工程師。通訊地址：（062552）河北省任丘市燕山南道渤海鉆探工程技術(shù)研究院。電話：0317-2715837。E-mail：zhoujunran@cnpc.com.cn