水力噴射壓裂在大斜度井薄夾層中的研究應(yīng)用

孔凡楠

遼河油田鉆采工藝研究院 遼寧盤錦 124010

油田采用水力噴射壓裂技術(shù)，也會出現(xiàn)射孔時射出油、氣層的問題。為解決該問題，研制了由定向噴槍、重力定向器、密封旋轉(zhuǎn)懸掛器等主要工具組成的定向水力噴射壓裂技術(shù)，實現(xiàn)了在大斜度井中依靠重力作用，實現(xiàn)噴槍的自然定位，避免了射孔時射穿薄夾層的問題。

1 大斜度井薄夾層水力噴射壓裂工藝管柱

為了避免水力噴射裂縫穿出儲層，借鑒定向射孔的思路，研制出一種適用與大斜度井薄夾層定向水力噴射壓裂工藝管柱。該技術(shù)由彈性扶正器、密封旋轉(zhuǎn)懸掛器、定向噴槍、管柱錨定器、重力定向器、球座、小孔篩管、倒錐組成。對于穿過薄層的大斜度井來說，由于井眼與地層斜交，而噴射射孔方向始終與井眼垂直，則在一定范圍內(nèi)，可能會出現(xiàn)射孔出層的問題[1]。本文研究的定向水力噴射壓裂工藝管柱，利用重力始終垂直向下的原理，通過將重力定向器的偏心重力砣加重在“噴射會出層的反方向”，然后將噴射噴嘴對稱設(shè)置在與偏心重力砣。所在方向垂直的方向，實現(xiàn)了對噴射方向的控制。由立體幾何學(xué)知識可知，若此方向與地層頂面發(fā)生切割，則說明噴射假想圓（垂直于井筒中軸線，以噴射深度為半徑所假想出來的圓平面）與地層頂面完全重合或噴射假想圓一半面積均出地層頂面，前者在大斜度井中不會出現(xiàn)，后者屬于射孔深度選擇失誤，完全可避免。因此該方法完全可以確保避免發(fā)生噴射出層現(xiàn)象。

2 水力噴砂射孔壓裂增產(chǎn)技術(shù)

2.1 一趟管柱實現(xiàn)“無限次”射孔

水力噴砂射孔工藝較常規(guī)TCP 射孔傳統(tǒng)工藝相比，其射孔孔徑25-29mm 大于目前海上所在應(yīng)用射孔彈最大孔徑21-25mm，且不受長隔層的限制，可不分井下位置、不分次數(shù)、不分時機射孔，具有很高的機動性。對比于多趟射孔和單獨負(fù)壓返涌可節(jié)省多趟管柱作業(yè)，顯著提高作業(yè)時效。該技術(shù)不受海上火工品禁運限制，避免了地面裝配、火工品存放，以及炸槍、斷爆、點火失敗等風(fēng)險。水力噴砂射孔有效改善了近井筒摩阻和由此產(chǎn)生的砂堵問題，使用更加方便、安全，且效果較好，同時在孔眼周圍沒有形成壓實帶污染，使得近井筒地帶的應(yīng)力集中情況得到緩解[2]。

2.2 壓裂造縫點與射流孔眼一體化

液流經(jīng)過噴嘴后，產(chǎn)生高速射流噴射，此時動能與勢能相互轉(zhuǎn)換。由伯努利效應(yīng)可知，噴嘴周圍會產(chǎn)生低壓區(qū)，更有利于地層破裂、裂縫延伸和分布。因此，水力噴砂噴嘴對應(yīng)的位置即為裂縫的初始起裂位置。在裂縫延伸方向已知的前提下，可根據(jù)地層情況合理布局多條裂縫，保證主裂縫形成寬度，避免施工壓力過高和降低砂堵風(fēng)險幾率。

2.3 油套同注

無機械封隔器阻隔，環(huán)空無阻礙，壓裂施工期間，環(huán)空可同時泵注。油套同注的獨特方式，滿足了壓裂作業(yè)的大排量需求，有效降解決了在壓裂作業(yè)過程中井筒濾失量大而影響施工規(guī)模的問題，使得施工規(guī)模增大；而且，不動管柱可實現(xiàn)正反循環(huán)隨時切換，防止砂堵等復(fù)雜情況發(fā)生，作業(yè)安全更有保障。

3 配套工具的設(shè)計

3.1 定向噴槍的設(shè)計

（1）工作原理。定向噴槍的結(jié)構(gòu)其主要由槍體、壓帽、噴嘴等結(jié)構(gòu)組成。其工作原理為：定向噴槍的對稱噴嘴與重力定向器的偏心重力砣垂直，重力定向器受重力的作用，重力砣始終向下，就確保了與重力砣垂直的定向噴嘴的定向。

（2）性能及技術(shù)指標(biāo)。耐溫：150℃；耐壓：60MPa

（3）工具創(chuàng)新點。該工具噴嘴采用對稱設(shè)計，即能消除噴射反作用力，防止噴槍旋轉(zhuǎn)，又能配合重力定向器實現(xiàn)定向噴射；槍體表面進(jìn)行耐磨涂層處理，抗反濺能力強。

3.2 重力定向器的設(shè)計

（1）工作原理及結(jié)構(gòu)。其工作原理為重力定向器上的偏心重力砣由于受到重力的作用，重力砣始終朝著地球引力方向。扶正體確保偏心重力砣的懸空，利用軸承確保偏心重力砣與扶正體之間可自由轉(zhuǎn)動。偏心重力砣與上、下接頭通過螺紋連接為一體，可向上下與其相連的工具傳遞轉(zhuǎn)向力。

（2）性能及技術(shù)指標(biāo)。耐溫：150℃；耐壓：60MPa；配重可調(diào)。

（3）工具創(chuàng)新點。該工具設(shè)計了偏心重力砣能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)動力，設(shè)計了扶正體確保了偏心重力砣的懸空，設(shè)計了上下兩級軸承確保了偏心重力砣與扶正體之間可自由轉(zhuǎn)動。結(jié)構(gòu)簡單，原理可行。

3.3 密封旋轉(zhuǎn)懸掛器的設(shè)計

密封旋轉(zhuǎn)懸掛器是為了讓管柱的螺紋死連接變?yōu)閼覓旎钸B接，讓定向噴槍旋轉(zhuǎn)靈活。耐溫：150℃；耐壓：60MPa；旋轉(zhuǎn)摩擦力：12kg。

4 現(xiàn)場應(yīng)用情況

2019 年利用定向水力噴射壓裂技術(shù)對遼河油田WB 2-9-7 井和WB 2-43-1 井這2 口大斜度井中的薄夾層進(jìn)行了壓裂。該技術(shù)有效避免了射穿薄夾層，達(dá)到了預(yù)期的儲層改造增產(chǎn)效果。

4.1 WB 2-9-7 井地質(zhì)情況WB 2-9-7 井完鉆井深833.0m

最大井斜深度730．93m，斜度65．36°。根據(jù)地質(zhì)要求對646．5-648．5 m儲層進(jìn)行壓裂改造。由于646．5-648．5m 儲層上下都有層里縫，一旦連通層里縫，施工壓力將會降低，壓裂液和支撐劑會大量進(jìn)入層里縫，從而達(dá)不到改造油層的目的。通過壓裂軟件模擬，如果采用常規(guī)水力噴射壓裂，至少有兩道裂縫會連通層里縫。因此該井決定采用定向水力噴射壓裂工藝[3]。

4.2 WB 2-9-7 井噴射壓裂施工情況

通過對WB 2-9-7 井壓裂監(jiān)測曲線分析，該井在施工過程中，油壓一直保持在35MPa 左右，套壓一直保持在7MPa 左右，和壓裂設(shè)計數(shù)據(jù)油壓36MPa，套壓8MPa 基本吻合。未出現(xiàn)異常突變，因此基本可以判斷沒有連通上下層里縫。

4.3 效果

通過兩口井的壓裂改造后增產(chǎn)效果看，增產(chǎn)明顯，因此也基本可以判斷壓裂過程中沒有連通上下層里縫。實現(xiàn)了對油層的有效造縫和鋪砂。

5 結(jié)語

定向水力噴射壓裂技術(shù)實現(xiàn)了在大斜度井中依靠重力作用，實現(xiàn)噴槍的自然定位，避免了射孔時射穿薄夾層的問題。