叢式井組壓裂作業(yè)模式優(yōu)化與實(shí)踐

梁志彬

（中石化華北油氣分公司石油工程技術(shù)研究院，河南 鄭州 450006）

0 引言

鄂爾多斯盆地大牛地氣田和東勝氣田隨著多年的持續(xù)建產(chǎn)，區(qū)塊剩余儲(chǔ)量品位越來(lái)越低，需大規(guī)模壓裂改造才能夠?qū)崿F(xiàn)剩余儲(chǔ)量區(qū)有效動(dòng)用［1-3］；同時(shí)油氣開(kāi)發(fā)安全環(huán)保要求越來(lái)越高，征地難度越來(lái)越大，單井產(chǎn)建投資成本增加，常規(guī)單井建產(chǎn)模式越來(lái)越不適應(yīng)氣田經(jīng)濟(jì)有效開(kāi)發(fā)。2019 年單井建產(chǎn)模式十億方產(chǎn)建投資較長(zhǎng)慶油田高24%，與長(zhǎng)慶油田仍然存在較大差距。2020 年以來(lái)針對(duì)氣藏特點(diǎn)優(yōu)化采用叢式井組部署方式，形成“水平井井組”“定向井”和“定向井+水平井”3 種混合井組部署模式，并針對(duì)性形成差異化叢式井組壓裂作業(yè)模式，大幅提高儲(chǔ)量動(dòng)用率和建產(chǎn)周期，取得了良好的開(kāi)發(fā)效果。

1 差異化叢式井組部署

大牛地氣田和東勝氣田致密砂巖氣藏整體表現(xiàn)為“低孔、低滲、低壓”的特征，儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)［4-5］，必須通過(guò)壓裂改造才能獲得工業(yè)產(chǎn)能，單井建產(chǎn)周期長(zhǎng)，壓裂投資成本隨著改造規(guī)模的增加不斷提高。2020 年以來(lái)為節(jié)約土地、保護(hù)環(huán)境及降本增效，借鑒頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)思路，采用“地質(zhì)工程一體化”高效開(kāi)發(fā)原則，建立以叢式井組為主的部署模式，增加單個(gè)井場(chǎng)布井?dāng)?shù)量，壓裂作業(yè)模式依據(jù)叢式井組部署方式采用工廠化“集中施工、流水作業(yè)”的方式提高施工效率、縮短建井周期、降低施工成本［6-9］。

針對(duì)鄂爾多斯盆地北緣大牛地氣田和東勝氣田致密砂巖氣藏儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)、心灘分散、發(fā)育致密阻流帶、有效動(dòng)用制約因素多的難題，綜合考慮地貌、氣藏類型及儲(chǔ)層分布特征，區(qū)別于常規(guī)水平井組井工廠部署方式，采用“水平井井組”“定向井”和“定向井+水平井”3種差異化混合井網(wǎng)部署模式并規(guī)模應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)非均質(zhì)性致密砂巖氣藏儲(chǔ)量動(dòng)用率的提升［10］。2020年以來(lái)，共部署井組63井組172口井，東勝氣田叢式井組比例達(dá)到78%，儲(chǔ)量動(dòng)用率由53%提高到81%。通過(guò)叢式井組部署方式，節(jié)約新井征地面積達(dá)1 031畝。

2 工廠化壓裂作業(yè)模式

根據(jù)不同井組類型和壓裂工藝創(chuàng)新提出“順序式”和“拉鏈?zhǔn)健眱煞N差異化壓裂工廠化作業(yè)方法，定向井組機(jī)械分壓工藝、可溶橋塞分層壓裂工藝采用“順序式”壓裂工廠化作業(yè)方法，水平井組可溶橋塞分段壓裂工藝采用“拉鏈?zhǔn)健眽毫压S化作業(yè)方法［11］。叢式井組整體壓裂試氣施工通過(guò)“壓前井筒處理一體化、壓裂施工整體化、壓后放噴同時(shí)化”的施工作業(yè)模式，實(shí)現(xiàn)大幅降低施工周期和作業(yè)成本的目標(biāo)。

2.1 壓前井筒處理一體化作業(yè)

定向井組主要為4～6 井井組，壓前井筒處理主要包括通井、射孔、刮管、下壓裂管柱等作業(yè)內(nèi)容，定向井井斜小、深度淺，優(yōu)化采用作業(yè)機(jī)進(jìn)行壓前井筒作業(yè)，以4井定向井組為例，優(yōu)化采用2臺(tái)作業(yè)機(jī)，首先對(duì)1號(hào)、3號(hào)井進(jìn)行壓前井筒處理，結(jié)束后平移作業(yè)機(jī)對(duì)2 號(hào)、4 號(hào)井進(jìn)行壓前井筒處理，降低壓前井筒處理時(shí)間，4井井組壓前井筒處理時(shí)間僅為6 d，平均單井1.5 d，較常規(guī)單定向井井筒處理時(shí)間5 d縮短70%；水平井組主要為2～4井井組，壓前井筒處理主要包括鉆掃、井筒試壓、測(cè)固井質(zhì)量、射孔、刮管作業(yè)，水平井井斜大、水平段長(zhǎng)、工序多，優(yōu)化采用連續(xù)油管依次完成井組各井鉆掃、測(cè)固井質(zhì)量、第1段射孔、刮管作業(yè)，減少作業(yè)中移井架作業(yè)，提高作業(yè)時(shí)效，平均單井用時(shí)為5 d，較采用作業(yè)機(jī)油管作業(yè)用時(shí)8 d縮短了37.5%（圖1）。

圖1 單井與井組壓前井筒處理時(shí)效性對(duì)比圖

2.2 壓裂施工整體化作業(yè)模式

為提高叢式井組壓裂施工時(shí)效，針對(duì)性優(yōu)化“水平井井組”“定向井”和“定向井+水平井”3種井組工廠化壓裂作業(yè)模式，制定出叢式井組“工廠化”壓裂標(biāo)準(zhǔn)化施工作業(yè)程序，實(shí)現(xiàn)壓裂隊(duì)動(dòng)遷一次完成井組內(nèi)全部井壓裂施工。

標(biāo)準(zhǔn)化井場(chǎng)布置。井組部署方式為“一字形”，井間距為8 m，井場(chǎng)采用標(biāo)準(zhǔn)化布局，分為液體供應(yīng)區(qū)、壓裂施工區(qū)、放噴排液區(qū)、泵送橋塞區(qū)、儲(chǔ)砂區(qū)、視頻監(jiān)控區(qū)。液體供應(yīng)區(qū)，在區(qū)內(nèi)完成蓄水、配置壓裂液等工作并向壓裂施工區(qū)供應(yīng)壓裂液；壓裂施工區(qū)則在區(qū)內(nèi)擺放壓裂設(shè)備和材料，將壓裂液和支撐劑按設(shè)計(jì)要求泵送至目的層；放噴排液區(qū)完成壓后的排液測(cè)試工作，預(yù)置放噴管線和返排液罐；泵送橋塞區(qū)內(nèi)完成射孔槍的組裝，將橋塞泵送至井內(nèi)并完成射孔；儲(chǔ)砂區(qū)用于存放支撐劑。

高效壓裂作業(yè)設(shè)備。采用100 m3儲(chǔ)液罐或大型軟體罐，減少占地面積；采用2 500型以上壓裂泵車和輸出排量16 m3／min 以上的混砂車，實(shí)現(xiàn)大排量大規(guī)模壓裂作業(yè)；采用滿足10 m3／min 以上大排量注入的壓裂井口及注入頭，確保大排量施工安全；采用高壓分配器，壓裂施工前一次性連接好所有井的高壓管匯，通過(guò)切換閥門實(shí)現(xiàn)井間注入通道的快速切換；采用連續(xù)輸砂裝置，滿足叢式井組大排量壓裂連續(xù)加砂要求。

流水線壓裂作業(yè)模式。定向井組“順序式”工廠化壓裂作業(yè)模式，即井組內(nèi)各井依次施工，一口井施工結(jié)束切換井間注入通道進(jìn)行下一口井施工，直至井組內(nèi)全部井壓裂施工結(jié)束，作業(yè)效率由2～3層／d 提高至5～6 層／d，東勝氣田J30-8-XX 定向井組，2d完成4口井9層壓裂施工，井組4口井共加砂381 m3，入井凈液量為2 550 m3。水平井井組可溶橋塞工藝“拉鏈?zhǔn)健惫S化壓裂作業(yè)模式，井場(chǎng)配備1套壓裂機(jī)組，1～2套測(cè)井設(shè)備，以2～4口井為1個(gè)作業(yè)單元，一口井壓裂施工的同時(shí)，另一口井進(jìn)行泵送橋塞和射孔作業(yè)，兩口井依次交替進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)無(wú)縫銜接，作業(yè)效率由壓裂施工3 段／d 提高至5～8 段／d，東勝氣田JPH-XX 水平井組采用“拉鏈?zhǔn)健眽毫咽┕ぷ鳂I(yè)，24h 最高壓裂施工8 段，8 段施工共加砂量為677.6 m3，入地混砂液量為6 717 m3，創(chuàng)可溶橋塞工藝單日施工最高紀(jì)錄。

2.3 壓后放噴同時(shí)化作業(yè)模式

優(yōu)化采用放噴流程連接方式滿足井組內(nèi)全部井同時(shí)放噴排液及單井測(cè)試求產(chǎn)需求。井組井?dāng)?shù)小于等于3口井時(shí)，采用每口井連接一套放噴流程，滿足同時(shí)放噴和單井測(cè)試求產(chǎn)；井組井?dāng)?shù)大于等于4口井時(shí)，采用2口井串聯(lián)一套放噴流程，通過(guò)切換放噴流程的方式也能夠滿足同時(shí)放噴和單井測(cè)試求產(chǎn)。井組壓后同時(shí)放噴大大縮短了單井平均試氣周期，定向井組平均單井縮短試氣周期5 d，水平井組平均單井縮短試氣周期7 d。

截止目前共壓裂施工叢式井組60 井組164 口井，累計(jì)節(jié)省作業(yè)周期1 606 d。采用“工廠化”壓裂作業(yè)方法通過(guò)節(jié)約現(xiàn)場(chǎng)冗余設(shè)備、減少壓裂機(jī)組動(dòng)遷、縮短壓裂試氣施工周期等方法減少壓裂作業(yè)成本，平均單井作業(yè)費(fèi)用節(jié)約了15 萬(wàn)元左右，共節(jié)省成本為2 460萬(wàn)元。

3 叢式井組一體化在線混配壓裂技術(shù)

針對(duì)強(qiáng)非均質(zhì)性裂縫發(fā)育致密砂巖氣藏，為擴(kuò)大改造體積，提高改造效果，采用“大排量+大規(guī)?！钡拿芮懈?混合水體積壓裂工藝技術(shù)，壓裂液體系前期采用線性膠壓裂液和交聯(lián)凍膠壓裂液，低黏線性膠用于溝通天然裂縫擴(kuò)大改造體積和控制縫高，高黏交聯(lián)凍膠用于主壓裂攜砂提高主縫導(dǎo)流能力。線性膠和交聯(lián)凍膠基液需分開(kāi)配液，每段需提前配置，壓裂液配方助劑多，配液工藝復(fù)雜，所需壓裂液罐數(shù)量多、占場(chǎng)地面積大且施工周期長(zhǎng)；同時(shí)線性膠和交聯(lián)凍膠壓裂液存在殘?jiān)扛?、?duì)地層傷害較大的缺點(diǎn)［12-14］。

3.1 一體化自交聯(lián)壓裂液混合水壓裂技術(shù)

一體化自交聯(lián)壓裂液采用單一助劑，低濃度作為混合水低黏壓裂液溝通天然微裂縫和控縫高，同時(shí)攜帶小粒徑支撐微裂縫，保證天然微裂縫導(dǎo)流能力；高濃度自交聯(lián)形成穩(wěn)定的黏彈性空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，無(wú)需額外添加交聯(lián)劑，即可具有較好的攜砂能力，作為主壓裂攜砂液，支撐主裂縫提高主縫導(dǎo)流能力，最終形成全尺度裂縫飽填砂、導(dǎo)流能力高、連通性好的復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)，提高改造效果。與常規(guī)壓裂液體系相比，一體化自交聯(lián)壓裂液體系，使用清水直接配液，混砂車實(shí)現(xiàn)在線混配，通過(guò)濃度的調(diào)整實(shí)現(xiàn)高低黏液體的轉(zhuǎn)換，具備實(shí)現(xiàn)混合水體積壓裂的功能，能有效提高叢式井組施工效率和改造效果，形成“一體化、免配液、高效率、低成本”的叢式井組一體化在線混配壓裂技術(shù)。

3.2 一體化自交聯(lián)壓裂液在線混配技術(shù)

采用千方軟體罐或100 m3儲(chǔ)液罐儲(chǔ)備清水，壓裂施工時(shí)清水和自交聯(lián)乳液在混砂車完成配置后，由壓裂泵車直接泵入井內(nèi)（圖2）。自交聯(lián)乳液通過(guò)可精確控制流量的比例泵吸入混砂車，根據(jù)施工排量比例泵流量控制范圍為10 L／min～150 L／min，且比例泵采用無(wú)級(jí)變速，能夠快速精確地控制自交聯(lián)乳液的加入濃度，混砂車對(duì)壓裂液黏度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，保證一體化自交聯(lián)壓裂液攜砂效果，提高施工成功率。

圖2 一體化自交聯(lián)壓裂液現(xiàn)場(chǎng)配置示意圖

采用一體化自交聯(lián)壓裂液體系共實(shí)施10 口井，用液量為100 760 m3，降低施工成本達(dá)510.2 萬(wàn)元，平均單方成本降低了28.3%；壓裂施工效率較胍膠壓裂液體系提高了50%；平均日產(chǎn)氣量為5.9×104m3，較常規(guī)壓裂液體系提高了84.5%，其中JPH-XXX 井采用一體化自交聯(lián)壓裂液，壓后天然氣無(wú)阻流量為105×104m3／d。

4 結(jié)論

1）大牛地氣田和東勝氣田采用“水平井井組”“定向井”和“定向井+水平井”3 種混合井組部署模式和工廠化壓裂施工，能夠有效提高儲(chǔ)量動(dòng)用率、減少征地面積、縮短建井周期、降低建產(chǎn)投資，是實(shí)現(xiàn)強(qiáng)非均質(zhì)性致密低滲氣藏效益開(kāi)發(fā)的必由之路。

2）針對(duì)叢式井組形成的“順序式”和“拉鏈?zhǔn)健惫S化壓裂作業(yè)模式能夠滿足“水平井組”“定向井組”和“定向井+水平井混合井組”3種不同叢式井組工廠化壓裂要求，降低了壓裂工程成本、提高了資源與設(shè)備利用、縮短壓裂全周期、大幅度提高了作業(yè)效率，為持續(xù)高效快速建產(chǎn)提供作業(yè)保障。

3）一體化在線混配壓裂技術(shù)有效解決了叢式井組壓裂施工用液量大、用液速度快的難題，配液速度快，用液成本低，能夠?qū)崿F(xiàn)混合水體積壓裂，提高改造效果，為持續(xù)高效建產(chǎn)提供了技術(shù)保障。