大慶油田徐深氣田分層壓裂與測試一體化技術

劉 淼 盧澍韜 翟慶紅 李俊亮 王長根 安志波 李 楠

（1.大慶油田有限責任公司采油工程研究院，黑龍江 大慶 163453；2.黑龍江省油氣藏增產增注重點實驗室，黑龍江 大慶 163453）

0 引言

松遼盆地北部深層構造單元徐家圍子斷陷徐中構造帶上火山巖徐深氣田深層天然氣藏儲量較大，但埋藏深、巖石致密，表現為低孔低滲的特點，縱向上發(fā)育多套薄差儲層，儲量極難動用，一般采用壓裂后多層合采來提高氣井單井產量［1-11］。傳統(tǒng)的籠統(tǒng)壓裂后合采的工藝，由于層間干擾矛盾突出，無法滿足徐深氣田開發(fā)要求。后期逐步形成坐壓多層等分段壓裂工藝，該工藝采用向管柱內依次投入由小到大的可溶壓裂球，逐級打開噴砂滑套實施分層壓裂，壓后不更換管柱直接投產，但由于受到滑套球座內徑的限制，整個管柱無法實現全通徑，后期分層測試無法開展，不同產層貢獻率無法準確獲知［12］。

1 分層壓裂與測試一體化工藝原理

通過不斷的試驗攻關，徐深氣田分層壓裂與測試一體化工藝由技術初期的僅壓裂球均可溶，發(fā)展為壓裂球與壓裂球座可溶，分層壓裂后可實現井筒全通徑。

實施工藝管柱由Y444壓裂完井封隔器、Y341外導壓平衡封隔器、多功能噴砂器帶可溶球座、壓力滑套和坐封球座組成（圖1）。管柱下入后投可溶球，當球落入坐封球座后，先打壓使封隔器坐封，然后繼續(xù)打壓開啟壓力滑套實施第一層壓裂，隨后依次投入相應尺寸的可溶球打開多功能噴砂器進行逐層壓裂。

圖1 分層壓裂與測試一體化工藝管柱圖

壓裂施工結束后，多功能噴砂器內部的可溶球座及壓裂球經過4-5 d即可完全溶解，實現分層壓裂，多層合采。后期通過鋼絲投送帶井下壓力計的測壓堵塞器，將其坐落于管柱最上層多功能噴砂器上進行最上層壓力測量，相應的產量通過井口流量計讀取，再經解釋分析就能獲得最上層的產氣能力；自上而下第二層投入第二級測壓堵塞器，即可獲得自上而下第二層地層壓力，第二層產氣量等于地面流量計測得的產氣量減去第一層產氣量，通過解釋分析就能獲得第二層的產氣能力；自上而下第三層投入第三級測壓堵塞器，即可獲得自上而下第三層地層壓力，通過產量遞減法獲得第三層產氣量，解釋可得第三層產氣能力；再通過產量遞減法獲得第四層的產氣量，該工藝最多可實現四層分層壓力產量測試（圖2）。

圖2 分層試氣原理圖

2 井下核心配套工具

2.1 Y341外導壓平衡封隔器

工具串中最重要的工具，通過封隔器坐封實現產層間封隔，滿足分段壓裂施工及分層測試需求。

液體由Y341封隔器中心管通道進入坐封活塞，液壓推動活塞上行壓縮膠筒實現坐封。在膠筒上部設計導壓通道，當目的層壓裂時，目的層環(huán)空壓力通過該通道導壓至膠筒下部的平衡活塞，導壓對膠筒產生向上的推力用于平衡膠筒上方的環(huán)空壓力，這樣封隔器始終處于坐封狀態(tài)，保證壓裂層位是當前層段。通過上提管柱產生對膠筒向下的摩擦力來剪斷解封銷釘實現封隔器解封（圖3）。

圖3 Y341外導壓平衡封隔器結構圖

2.2 球座可溶式多功能噴砂器

球座可溶式多功能噴砂器集壓裂、測壓功能于一體，是分層壓裂與測試一體化管柱中的核心工具，每級多功能砂器內置一個可溶球座，每級球座存在3 mm級差。壓裂施工過程中通過從井口投入可溶壓裂球打開滑套，實施逐層壓裂。

多功能砂器內部設計了定位機構，用于后期測壓堵塞器的定位密封，壓裂施工結束后，可溶球座在井底溫度下約4～5 d即可完全溶解，后期投入測壓堵塞器坐落于多功能噴砂器內部，實現分層測試或封堵等目的（圖4）。

圖4 多功能噴砂器結構圖

注：1.定位接頭；2.可溶球座；3.滑套；4.剪切銷釘；5.噴砂體

多功能噴砂器的技術核心在于可溶球座材質以及耐磨涂層的選擇［13-15］。通過開展可溶鎂鋁合金材料模擬井下環(huán)境的溶解實驗，改變可溶鎂鋁合金所處的溶解液環(huán)境，改變溶解液的溫度、Cl-濃度等因素，最終確定可溶球座用金屬成分配比如下：

室內試驗評價表明，模擬實際徐深氣田天然氣井壓裂工況下，環(huán)境溫度范圍在50～98℃時，可溶球座在壓裂液體系中溶解時速低于3 mg/cm2，表明在壓裂施工過程中可溶球座有較好的抗溶解性；當KCl溶液濃度為0.5%時，50℃初始溶解時速達到9.1 mg/cm2，98℃時初始溶解時速提升至18.6 mg/cm2，12 h可溶球座直徑擴大近2 mm，且隨著時間延長可溶球座溶解速度加快，體現了可溶球座材質上的優(yōu)越性。壓裂施工結束后，當井筒溫度升高能夠加快實現溶解速度，提高后續(xù)測試及生產效率。

2.3 測壓堵塞器

測壓堵塞器內置耐高溫壓力計，通過鋼絲作業(yè)投送至對應多功能噴砂器中，用于目的層位的井下壓力、溫度數據測量。當測壓堵塞器坐落在多功能噴砂器中，其上下兩組V型密封機構，將噴砂口進行密封，進而實現各產層封隔。兩組密封之間設計有側壁測壓通道，實現當前層位地層壓力測量；同時，側壁通道可內置死嘴子或不同嘴徑嘴子，滿足封堵或產氣量調控需求（圖5）。

圖5 測壓堵塞器結構圖

3 工藝效果評價

徐深氣田X井位于松遼盆地東南斷陷區(qū)徐家圍子斷陷徐西斜坡帶，2020年3月開鉆，5月完鉆，完鉆井深為3 745 m，采用P110-13Cr生產套管完井。該區(qū)域氣藏原始地層壓力為36.80 MPa，壓力系數為1.08，屬正常值；統(tǒng)計實測地層溫度資料，地層溫度為155℃。

2020年底，利用分段壓裂及測試一體化工藝對該井開展試氣作業(yè)，并列出壓裂試氣層位（表1）。

表1 壓裂試氣層位數據表

該井壓裂施工過程壓力平穩(wěn)，全井累計泵入氣井的壓裂液為1 920 m3，加入石英砂為120 m3，最高施工壓力為64 MPa，最高施工排量為7 m3/min（圖6）。壓裂施工結束后，僅4 d時間可溶球座即實現完全溶解，為后續(xù)投送測壓堵塞器實施試氣作業(yè)提供了井筒通徑。

圖6 壓裂施工曲線圖

該施工作業(yè)的成功實施，表明配套井下核心工具Y341外導壓平衡壓裂封隔器、多功能噴砂器及可溶球座能夠滿足深井井下溫壓條件及大規(guī)模加砂施工的要求，驗證了分段壓裂及測試一體化工藝的可靠性，完全滿足徐深氣田深層氣井分層改造及試氣要求。

4 結論與建議

1）分層壓裂及測試一體化工藝可實現一趟管柱具有壓裂、完井、測試功能，該工藝滿足井深大于3 000 m氣井2～4層的分層壓裂、分層測試；

2）可溶球座材料經過多次室內實驗評價優(yōu)選，表面經特殊處理，耐沖蝕防腐蝕性能強，滿足壓裂施工過程中不溶解，而壓后快速溶解要求；

3）壓裂及測試一體化工藝的成功應用，解決了多層同采產層貢獻率認識不清的問題，縮短了作業(yè)周期，降低了施工風險和成本，成為實現徐深氣田高效開發(fā)的一項可靠技術手段。