連續(xù)油管?chē)娚吧淇篆h(huán)空壓裂工藝技術(shù)在臨興致密氣區(qū)塊的應(yīng)用

安琦，馬偉云

（1.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300452；2.中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司，北京 100011）

0 引言

鄂爾多斯盆地油氣資源豐富，其中上古生界致密砂巖氣藏資源量6.4×1012m3，東北部地區(qū)上古生界資源量1.4×1012m3，探明儲(chǔ)量1 223×108m3。臨興區(qū)塊位于鄂爾多斯盆地東北部伊陜斜坡東段、晉西撓褶帶西緣。自上而下依次發(fā)育第四系黃土，三疊系延長(zhǎng)組、紙坊組、和尚溝組、劉家溝組，二疊系石千峰組、上石盒子組、下石盒子組、山西組、太原組，石炭系本溪組以及奧陶系馬家溝組。區(qū)塊主要目的層孔隙度在3.7%～15%之間，滲透率為（0.32～2.42）×10-3μm2，壓力系數(shù)在0.87～1.00之間，屬于典型的低壓、低孔、低滲致密氣藏。

水平井作為薄儲(chǔ)層、低滲透類(lèi)型的油氣藏等開(kāi)發(fā)最有效的手段之一，在低滲透儲(chǔ)層的開(kāi)發(fā)中發(fā)揮了重要作用［1-2］。2018年以前，臨興區(qū)塊主要采用裸眼封隔器投球滑套分段壓裂工藝，但受區(qū)塊儲(chǔ)層條件的影響，水平井存在以下問(wèn)題：①區(qū)塊儲(chǔ)層溫度低，可溶球溶解速度慢；②壓后返排過(guò)程中出水嚴(yán)重，且受井筒內(nèi)管柱結(jié)構(gòu)的限制，無(wú)法有效封堵出水段，從而導(dǎo)致產(chǎn)量急劇下降，影響產(chǎn)能。

裸眼封隔器投球滑套分段壓裂技術(shù)具有施工快捷、成本低、無(wú)需射孔等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)存在入井工具多、完井作業(yè)程序復(fù)雜、分段數(shù)受限、裂縫起裂位置難以控制、井筒非全通徑不利于后期生產(chǎn)作業(yè)的缺點(diǎn)［3］，尤其對(duì)于臨興區(qū)塊儲(chǔ)層，該種作業(yè)方式很不利于后期措施的實(shí)施，因此有必要開(kāi)展其他作業(yè)方式的探索。本文提出了連續(xù)油管?chē)娚吧淇篆h(huán)空壓裂的作業(yè)方式，擬為該區(qū)塊的開(kāi)發(fā)提供新的技術(shù)手段。

1 臨興致密氣區(qū)塊的選擇

通過(guò)調(diào)研鄰區(qū)塊某氣田水平井壓裂工藝作業(yè)情況（見(jiàn)表1），可以看出該區(qū)塊采用連續(xù)油管?chē)娚吧淇篆h(huán)空壓裂工藝方式作業(yè)的井平均無(wú)阻流量達(dá)到15.59×104m3/d，高于其他工藝方式。因此，選擇采用連續(xù)油管底封拖動(dòng)壓裂工藝技術(shù)進(jìn)行探索。

表1 2017年鄰區(qū)塊某氣田水平井工藝方式統(tǒng)計(jì)表Tab.1 Statistics of the horizontal well fracturing technology in the adjacent block in 2017

本文選擇的臨興致密氣區(qū)塊的LX-S-2H井地理位置位于山西省興縣趙家坪鄉(xiāng)，構(gòu)造位置位于臨興中區(qū)塊趙家坪背斜。該井為一口開(kāi)發(fā)生產(chǎn)井，目的層為太原組太二段，測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)解釋本井共鉆遇氣層：419.7 m/26層；差氣層：284.5 m/24層；干層：279.5 m/24層；煤層：16.3 m/4層；砂巖長(zhǎng)度：983.7 m；砂體鉆遇率85.54%；氣層、差氣層鉆遇率61.23%。

2 連續(xù)油管?chē)娚吧淇篆h(huán)空壓裂工藝技術(shù)

連續(xù)油管?chē)娚吧淇篆h(huán)空壓裂工藝技術(shù)是通過(guò)噴砂射開(kāi)套管后，套管環(huán)空進(jìn)行主壓裂，壓裂液通過(guò)射開(kāi)的孔道進(jìn)入地層［4-6］。該技術(shù)具有大排量、分段級(jí)數(shù)無(wú)限制、定位精確、壓后井筒全通徑的優(yōu)勢(shì)，為致密氣藏多級(jí)分段改造提供了較為合適的方法。

2.1 連續(xù)油管管柱

連續(xù)油管?chē)娚吧淇讐毫咽┕す苤疽鈭D見(jiàn)圖1。噴砂射孔壓裂工具組合自上而下為：卡瓦連接器+液壓丟手+鋼性扶正器+水力噴砂器+反循環(huán)閥+坐封封隔器+機(jī)械定位器+引導(dǎo)頭。管柱組合能夠?qū)崿F(xiàn)正循環(huán)射孔及反循環(huán)沖洗功能，水力噴砂器能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)固井套管及水泥環(huán)的精準(zhǔn)射孔，通過(guò)定位系統(tǒng)及封隔器的坐封實(shí)現(xiàn)分段壓裂。

圖1 連續(xù)油管拖動(dòng)壓裂施工管柱示意圖Fig.1 Schematic diagram of coiled tubing jet perforation fracturing string

2.2 噴砂射孔排量?jī)?yōu)化

根據(jù)噴嘴的直徑、排量、壓降、數(shù)量等參數(shù)，計(jì)算不同射孔排量下的射流速度和噴嘴節(jié)流壓差，從而確定射孔排量和施工壓力［7］。

射流速度計(jì)算公式為

式中，v為射流速度，m/s；q為射孔排量，m3/min；n為液體流態(tài)指數(shù)，無(wú)因次；d為噴嘴直徑，mm。

噴嘴壓降計(jì)算公式為

式中，Pb為噴嘴壓降，MPa；Np為噴嘴個(gè)數(shù)；ρ為壓裂液密度，kg/m3；q1為射孔排量，m3/s；c為流量系數(shù)，0.95。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)4個(gè)噴嘴與6個(gè)噴嘴兩種方案計(jì)算并進(jìn)行優(yōu)化（表2）。一般根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需求，噴砂射孔時(shí)使用20/40目的石英砂或者石英砂與陶?；旌献鳛槟チ?，砂濃度保持在7%左右的水平，噴砂射孔的時(shí)間為10～15 min，為達(dá)到壓裂噴射效果，噴嘴流速需要達(dá)到180 m/s以上［8］。但為減少噴嘴磨損，噴射速度需要控制在230 m/s以內(nèi)。根據(jù)優(yōu)化結(jié)果優(yōu)選4個(gè)4.76 mm噴嘴，射孔排量為0.8 m3/min。

2.3 主壓裂裂縫參數(shù)優(yōu)化

以LX-S-2H井為例，采用Saphir軟件對(duì)該井進(jìn)行了裂縫半長(zhǎng)和導(dǎo)流能力對(duì)無(wú)阻流量的模擬計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果形成圖2，結(jié)合區(qū)塊設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)及軟件模擬結(jié)果，裂縫半長(zhǎng)200 m，導(dǎo)流能力300 mD·m，能達(dá)到該井的產(chǎn)能要求。

3 連續(xù)油管?chē)娚吧淇篆h(huán)空壓裂工藝技術(shù)在臨興區(qū)塊的應(yīng)用

LX-S-2H井采用5-1/2"套管固井，水平段長(zhǎng)1 150 m，根據(jù)地質(zhì)設(shè)計(jì)要求分為14段，采用Φ50.8 mm連續(xù)油管?chē)娚吧淇篆h(huán)空壓裂工藝技術(shù)進(jìn)行分段壓裂施工，施工過(guò)程中井口采用KQ130/78-70井口裝置，井口裝置示意圖見(jiàn)圖3。

圖3 連續(xù)油管?chē)娚吧淇篆h(huán)空壓裂井口裝置圖Fig.3 Sketch of coiled tubing jet perforation fracturing

連續(xù)油管現(xiàn)場(chǎng)操作步驟包括：①壓裂管線及主閥以上試壓65 MPa，放噴管線試壓30 MPa。②回壓測(cè)試：在全井筒完全替成射孔液后測(cè)試不同尺寸油嘴、排量下所能控制回壓的數(shù)據(jù)并做好記錄。③下入工具：控制下入速度，下放100 m試坐封封隔器。通過(guò)短套管進(jìn)行校深，找準(zhǔn)射孔層位。④坐封、驗(yàn)封：校深合格后按封隔器技術(shù)要求進(jìn)行坐封，打壓40 MPa驗(yàn)封合格。⑤射孔：倒射孔流程，壓裂泵車(chē)射孔，射孔停砂后，繼續(xù)保持射孔排量進(jìn)行頂替，將連續(xù)油管內(nèi)攜砂液替入環(huán)空，射孔時(shí)保持P回壓≥P坐封前+5 MPa。⑥試擠：降低泵排量至0.2 m3/min，關(guān)閉套管環(huán)空，驗(yàn)證射孔是否成功。⑦主壓裂：倒主壓裂流程，連續(xù)油管補(bǔ)液泵車(chē)持續(xù)泵液，排量0.2 m3/min左右，進(jìn)行環(huán)空加砂壓裂施工。⑧解封封隔器：頂替結(jié)束后，上提解封封隔器，轉(zhuǎn)入下一段施工。⑨重復(fù)以上步驟，依次完成各段水力噴砂射孔和壓裂施工。

2019年9月18日，中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)公司對(duì)LX-S-2H井進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)，施工曲線圖見(jiàn)圖4。LX-S-2H井現(xiàn)場(chǎng)施工主壓裂施工排量3.5～5.0 m3/min，單級(jí)加砂量在30～50 m3之間，總加砂量為494.2 m3，總施工用液量為3 586 m3，液氮加量為113.0 m3，破裂壓力在42.1～64.0 MPa之間。壓后返排率為58.20%，氯根在37 417～38 624 mg/L之間，產(chǎn)氣量為4.1×104m3/d。

圖4 LX-S-2H施工曲線圖Fig.4 Fracturing curve of well LX-S-2H

2019年先后采用連續(xù)油管?chē)娚吧淇篆h(huán)空壓裂技術(shù)在該區(qū)塊作業(yè)6口井，單井作業(yè)級(jí)數(shù)在6～14級(jí)之間，單級(jí)加砂量在23.11～50.1 m3之間，單井用液量在1 943.4～3 649.7 m3之間。單井施工作業(yè)時(shí)間統(tǒng)計(jì)見(jiàn)圖5所示，由圖5可以看出通過(guò)對(duì)連續(xù)油管?chē)娚吧淇篆h(huán)空壓裂技術(shù)的應(yīng)用，作業(yè)時(shí)間由初期的227.5 h降至最低38 h，平均單級(jí)作業(yè)時(shí)間由32.5 h/級(jí)降至5.3 h/級(jí)，施工效率提高了83%。通過(guò)6口井的現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，積累了現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，提高了作業(yè)效率。

圖5 連續(xù)油管?chē)娚吧淇篆h(huán)空壓裂施工時(shí)間統(tǒng)計(jì)圖Fig.5 Statistic chart of coiled tubing jet perforation separated fracturing time

4 結(jié)論

通過(guò)6口井51級(jí)的現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)表明，連續(xù)油管?chē)娚吧淇篆h(huán)空壓裂工藝技術(shù)在臨興區(qū)塊實(shí)現(xiàn)了定點(diǎn)射孔壓裂，壓后井筒全通徑，有利于后期作業(yè)。

連續(xù)油管?chē)娚吧淇篆h(huán)空壓裂技術(shù)實(shí)現(xiàn)了一趟管柱多層壓裂，主壓裂階段實(shí)現(xiàn)了大排量施工，壓后逐層上返，縮短了施工時(shí)間，提高了施工效率。

從現(xiàn)場(chǎng)施工情況來(lái)看，施工前期的充分準(zhǔn)備是提高連續(xù)油管?chē)娚吧淇篆h(huán)空壓裂作業(yè)效率的關(guān)鍵因素。