連續(xù)油管拖動(dòng)壓裂在小井眼中的應(yīng)用

杜承強(qiáng)，王方祥，徐 飛，高 飛，廖經(jīng)南，王曉磊

(中國(guó)石油渤海鉆探工程有限公司井下技術(shù)服務(wù)分公司 天津 300283)

0 引 言

水平井及大斜度井壓裂技術(shù)是油氣層增產(chǎn)的重壓措施之一，與常規(guī)直井相比，可大幅增加產(chǎn)量，已經(jīng)為國(guó)內(nèi)外各大油氣田所使用。為提高產(chǎn)能，降低成本，各油田在地質(zhì)條件允許的情況下，都偏重于打鉆進(jìn)速度快、成本低的小尺寸井。小井眼鉆井是一種高效低成本的鉆井方式，實(shí)際工程中可以節(jié)約15%～20%的費(fèi)用[1]。但對(duì)于小于5 in(1 in=25.4 mm)套管井，后期壓裂施工的工藝技術(shù)在國(guó)內(nèi)研究較少，還面臨很多技術(shù)難題。因而，小井眼壓裂技術(shù)的研究與應(yīng)用對(duì)提高油井采收率具有重要的意義。何煒[2]、白國(guó)斌[3]等針對(duì)小井眼研究了裸眼封隔器+滑套分層壓裂的工藝。

連續(xù)油管設(shè)備因其獨(dú)特的性能和特點(diǎn)，在小井眼壓裂工藝中具有較高的優(yōu)越性，可解決諸多難題。通過(guò)工藝研究、工具選型配套，在長(zhǎng)慶氣田進(jìn)行了試驗(yàn)應(yīng)用，取得了較好的效果。

1 常規(guī)壓裂管柱存在的問(wèn)題

1.1 容易出現(xiàn)遇阻遇卡事故

井眼小、位垂比大，工具下入較長(zhǎng)，易發(fā)生管柱遇阻問(wèn)題[4]。相對(duì)于常規(guī)完井套管，小井眼完井尺寸更小，常規(guī)2～3in油管在套管中的占比大，環(huán)形空間更小，井下工具出現(xiàn)卡鉆的復(fù)雜事故概率更高，且目前國(guó)內(nèi)對(duì)于小井眼配套的封隔器等井下工具非常匱乏。

1.2 不利于儲(chǔ)層壓裂改造

對(duì)小井眼儲(chǔ)層的壓裂改造，由于環(huán)空空間的減小，油管與環(huán)形空間的截面積比例接近1∶1，對(duì)進(jìn)行大排量泵入壓裂液和支撐劑的施工造成巨大考驗(yàn)，由于施工摩阻過(guò)大，造成體積壓裂難以實(shí)施。

2 小井眼連續(xù)油管拖動(dòng)多級(jí)壓裂工藝原理

通過(guò)連續(xù)油管的噴砂射孔、油套管環(huán)空進(jìn)行主壓裂，可實(shí)現(xiàn)較大規(guī)模改造；通過(guò)連續(xù)油管的精確定位，可對(duì)儲(chǔ)層縱向上的多個(gè)薄互層進(jìn)行靈活分層，進(jìn)而達(dá)到精準(zhǔn)分層壓裂的目的[5]。針對(duì)小井眼壓裂的難點(diǎn)，使用尺寸更小的柔性連續(xù)油管輸送定位工具、噴砂射孔工具、封隔器等井下工具，實(shí)現(xiàn)一趟管柱完成多級(jí)定位射孔、壓裂等作業(yè)工序。

柔性的連續(xù)油管對(duì)于壓裂管柱的尺寸選擇空間更大，小尺寸的連續(xù)油管在套管中的占比使得環(huán)形空間增大，為實(shí)施體積壓裂創(chuàng)造了條件。

3 工具配套及管柱設(shè)計(jì)

3.1 工具配套

表1 連續(xù)油管及噴砂射孔工具串參數(shù)表

1)噴槍的設(shè)計(jì)

在多層壓裂施工中，受到高壓、高速射流流體沖蝕，噴槍及本體受到強(qiáng)烈沖蝕，磨損最為嚴(yán)重。該裝置為新材料制成的殼體及射流噴嘴，抗沖蝕能力更強(qiáng)，噴槍工具見(jiàn)圖1(a)。

2)循環(huán)閥的設(shè)計(jì)

在封隔器上部設(shè)計(jì)加入了循環(huán)閥裝置，該裝置在下放管柱坐封時(shí)，壓縮循環(huán)閥，閥體關(guān)閉，可進(jìn)行壓裂、酸化措施；上提管柱解封后，閥體打開(kāi)，使得油、套環(huán)空連同，保障了洗井通道的暢通，以及上提連續(xù)油管過(guò)程中，油管內(nèi)的流體自由進(jìn)入環(huán)形空間，減小了上提拉力，保障了封隔器的順利解封，降低了工具卡鉆的風(fēng)險(xiǎn)。循環(huán)閥工具見(jiàn)圖1(b)。

3)封隔器的設(shè)計(jì)

封隔器采用上提解封，下放坐封的方式，操作簡(jiǎn)單、便捷，密封可靠性高，可承受壓差50 MPa，膠筒耐溫達(dá)到了150 ℃。壓裂封隔器見(jiàn)圖1(c)。

4)定位器的設(shè)計(jì)

為了減少射孔作業(yè)中誤射油氣層，造成壓裂返工的概率，拖動(dòng)壓裂管柱中加入定位器裝置，可實(shí)現(xiàn)逐層重復(fù)機(jī)械定位，保障了噴砂射孔深度的精確性。定位器伸縮卡簧在96～106 mm范圍內(nèi)可自由伸縮，定位器工具見(jiàn)圖1(d)。

圖1 連續(xù)油管小井眼壓裂核心工具

3.2 連續(xù)油管壓裂管柱設(shè)計(jì)

小井眼連續(xù)油管多級(jí)壓裂管柱自下而上設(shè)計(jì)為導(dǎo)引頭、機(jī)械定位器、封隔器、平衡閥、噴槍、球座、扶正器、機(jī)械丟手、CT接頭，圖2所示為管柱示意圖。具體的管柱結(jié)構(gòu)：Φ96 mm×0.11 m導(dǎo)引頭+Φ106 mm×0.41 m套管接箍定位器+Φ96 mm×0.85 m封隔器+Φ82 mm×0.62 m平衡閥+Φ79 mm×0.31 m噴槍+Φ96 mm×0.91 m扶正器+Φ76 mm×0.31 m安全接頭+Φ79.5 mm×0.28 mCT接頭+連續(xù)油管至井口。

圖2 連續(xù)油管多級(jí)壓裂管柱示意圖

4 工藝流程

1)連接井下工具，計(jì)算零長(zhǎng)；

2)下入連續(xù)油管及工具串，機(jī)械定位，確定第一級(jí)壓裂管柱位置；

3)上提、下放管柱坐封，驗(yàn)套；

4)噴砂射孔，打開(kāi)油、氣層；

5)套管壓裂；

6)洗井，上提管柱解封；

7)重復(fù)第2至第6步，實(shí)施多級(jí)壓裂施工；

8)所有層段壓裂結(jié)束，起出壓裂管柱。

5 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

在井下工具允許的情況下，可實(shí)現(xiàn)多級(jí)連續(xù)定位射孔、壓裂連續(xù)作業(yè)，壓裂級(jí)數(shù)不受限制，提高了作業(yè)效率；配套的小井眼壓裂管柱，能夠滿足大排量體積壓裂的改造措施；封隔器、噴槍、定位器等核心工具實(shí)用性強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)一趟管柱連續(xù)施工6段以上定位射孔、壓裂施工作業(yè)；分級(jí)壓裂施工結(jié)束后，套管內(nèi)不留任何工具，可最大限度地簡(jiǎn)化壓裂改造后井筒的處理難度。

6 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

該工藝在長(zhǎng)慶氣田水平井及大斜度井累計(jì)施工114.3 mm小井眼井(4in)，拖動(dòng)壓裂32井次、110段，定位成功率100%，射孔誤差小于10 cm，壓裂成功率100%，未出現(xiàn)工程復(fù)雜事故，壓裂排量達(dá)到4～5 m3/min，單井壓裂平均用時(shí)1.38 d，提高作業(yè)時(shí)效10%以上，取得了較好的經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益。表2為有代表性的11口井的施工數(shù)據(jù)。

表2 小井眼連續(xù)油管拖動(dòng)多級(jí)壓裂應(yīng)用情況統(tǒng)計(jì)表

7 結(jié) 論

1)小井眼分層壓裂技術(shù)是油、氣田增產(chǎn)增效、降低成本的重要措施。

2)連續(xù)油管拖動(dòng)壓裂在小井眼中應(yīng)用，可連續(xù)壓裂施工，效率高、安全性強(qiáng)。

3)連續(xù)油管拖動(dòng)壓裂結(jié)束后，套管內(nèi)不留工具，可簡(jiǎn)化井筒處理難度。

4)目前連續(xù)油管拖動(dòng)壓裂在小井眼中使用的核心工具，雖然國(guó)產(chǎn)化程度較高，但是關(guān)鍵部件主要依賴進(jìn)口，建議加大核心工具國(guó)產(chǎn)化的研發(fā)工作，解決石油工程領(lǐng)域高端技術(shù)瓶頸難題。