庫(kù)車(chē)山前大斜度井橋射聯(lián)作密切割分段壓裂現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)與認(rèn)識(shí)

蘇洲，彭永洪，徐強(qiáng)，王甲昌，徐揚(yáng)

1.中國(guó)石油塔里木油田分公司 監(jiān)督中心（新疆 庫(kù)爾勒 841000）2.中國(guó)石油塔里木油田分公司 勘探事業(yè)部（新疆 庫(kù)爾勒 841000）

庫(kù)車(chē)山前作為塔里木油田天然氣勘探開(kāi)發(fā)主戰(zhàn)場(chǎng)，勘探面積廣，石油天然氣資源豐富，包括克拉蘇構(gòu)造帶、秋里塔格構(gòu)造帶和庫(kù)車(chē)北部構(gòu)造帶[1]。經(jīng)過(guò)多年勘探評(píng)價(jià)，克拉蘇構(gòu)造帶和秋里塔格構(gòu)造帶均已實(shí)現(xiàn)規(guī)模增儲(chǔ)上產(chǎn)，而庫(kù)車(chē)北部構(gòu)造帶雖取得了油氣突破，但仍未實(shí)現(xiàn)規(guī)模發(fā)現(xiàn)。迪北氣藏為庫(kù)車(chē)北部構(gòu)造帶的重要勘探區(qū)塊，表現(xiàn)尤為突出。該氣藏屬于常溫高壓致密砂巖凝析氣藏，構(gòu)造擠壓強(qiáng)烈，斷裂較發(fā)育，甜點(diǎn)區(qū)油氣富集主要受控于高陡裂縫，儲(chǔ)層厚度大，沉積結(jié)構(gòu)復(fù)雜，連續(xù)性差[2-3]。該區(qū)塊前期已進(jìn)行20余井次儲(chǔ)層改造，改造效果差異較大，主體改造工藝技術(shù)尚未定型，亟需探索其他儲(chǔ)層改造方式。為此，以迪北氣藏迪探X井為例，借鑒國(guó)內(nèi)外非常規(guī)油氣提產(chǎn)理念[4-8]，探索了橋射聯(lián)作密切割分段壓裂工藝，為庫(kù)車(chē)山前高效勘探開(kāi)發(fā)提供新思路。

1 迪探X井基本概況

迪探X井是庫(kù)車(chē)坳陷北部構(gòu)造帶迪北斜坡帶上的一口大斜度井，完鉆井深為5 926 m，完鉆層位為侏羅系阿合組，最大井斜78°，目的層段斜厚813 m、垂厚218 m，采用Φ139.7 mmP140套管完井，目的層鉆井期間采用1.87 g/cm3的泥漿鉆進(jìn)未發(fā)生漏失，氣測(cè)顯示93 m/44層，最高總烴含量由0.58%上升至6.29%，氣測(cè)顯示偏弱。

2 儲(chǔ)層特點(diǎn)及改造難點(diǎn)

2.1 儲(chǔ)層特點(diǎn)

迪北氣藏主力層系為侏羅系阿合組，氣水關(guān)系復(fù)雜，無(wú)統(tǒng)一油氣水界面，基質(zhì)滲透率0.002×10-3～0.99×10-3μm2，基質(zhì)孔隙度4%～8%，氣藏中部溫度144℃，氣藏中部壓力82.54 MPa，地層壓力系數(shù)1.7～1.82，水平最小主應(yīng)力為2.10 MPa/100 m左右，水平最大主應(yīng)力為2.65～2.85 MPa/100 m左右，水平應(yīng)力差25～37 MPa，延伸壓力梯度2.3～3.1 MPa/100 m，天然裂縫發(fā)育差異較大。

2.2 改造難點(diǎn)

1）本井為大斜度井，改造井段為5 039.5～5 839.5 m，改造井段跨度大，其中一類(lèi)儲(chǔ)層占比24%，二類(lèi)儲(chǔ)層占比18%，三類(lèi)儲(chǔ)層占比3%，四類(lèi)儲(chǔ)層占比40%，泥巖占比15%，儲(chǔ)層物性差、非均質(zhì)性強(qiáng)。成像測(cè)井資料解釋高角度裂縫15條，僅11條為有效裂縫，且主要位于致密的四類(lèi)儲(chǔ)層和泥巖層中，裂縫有效性差，實(shí)現(xiàn)均勻改造難度大。

2）地質(zhì)預(yù)測(cè)井眼軌跡附近縱向上在下部阿二段底部發(fā)育有裂縫帶，天然裂縫發(fā)育帶距離井眼軌跡底部10～60 m，但改造段縱向上被4個(gè)高應(yīng)力段隔開(kāi)，井眼軌跡下部應(yīng)力比上部應(yīng)力高14 MPa左右，水力裂縫向下延伸溝通天然裂縫難度較大。

3）目的層地應(yīng)力高（水平最小主應(yīng)力為2.10 MPa/100 m左右，水平最大主應(yīng)力為2.65～2.85 MPa/100 m左右），應(yīng)力差大（25～37 MPa），裂縫延伸壓力梯度大（2.3～3.1 MPa/100 m），天然裂縫以高角度裂縫為主且傾角變化大，天然裂縫開(kāi)啟井底凈壓力高，水力裂縫延伸及天然裂縫溝通難度大。

3 儲(chǔ)層改造工藝優(yōu)化

3.1 工藝優(yōu)選

該井儲(chǔ)層巖石類(lèi)型為致密砂巖，裂縫發(fā)育差、氣測(cè)顯示弱，提產(chǎn)主控因素不明，區(qū)塊內(nèi)改造工藝尚未定型。借鑒國(guó)內(nèi)外非常規(guī)油氣儲(chǔ)層改造理念，結(jié)合本井儲(chǔ)層地質(zhì)特征，優(yōu)選了橋射聯(lián)作密切割分段壓裂工藝。由于壓裂首段沒(méi)有流體泵注通道，第一壓裂段采用連續(xù)油管輸送射孔后壓裂，后續(xù)壓裂段采用電纜泵送橋塞+多簇射孔聯(lián)作后實(shí)施密切割分段壓裂[9-10]。

3.2 分段優(yōu)化

由于該井改造井段較長(zhǎng)，按照工程地質(zhì)一體化設(shè)計(jì)原則，綜合考慮地質(zhì)甜點(diǎn)、天然裂縫發(fā)育情況、地應(yīng)力大小、固井質(zhì)量等因素，優(yōu)選出5個(gè)“工程甜點(diǎn)”，將改造井段優(yōu)化為5段20簇，平均段長(zhǎng)41.94 m，平均簇間距14.43 m。其中，第1段由于使用連續(xù)油管輸送分簇射孔，只能通過(guò)環(huán)空和管內(nèi)分別打壓射孔一次，因此第一段分兩簇射孔；第2～5段采用電纜泵送橋塞-射孔聯(lián)作，依次分為3、4、5、6簇射孔，集中優(yōu)勢(shì)改造主力產(chǎn)層。

3.3 設(shè)計(jì)優(yōu)化

成像測(cè)井及地質(zhì)預(yù)測(cè)資料顯示，井周天然裂縫發(fā)育特征差異較大，為了使儲(chǔ)層改造體積最大化，在深化井周天然裂縫認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，對(duì)不同改造井段差異化設(shè)計(jì)壓裂工藝參數(shù)。壓裂模擬結(jié)果表明，在相同施工規(guī)模和施工排量下，凍膠相比滑溜水更有利于裂縫在縫高方向上的延伸。因此，對(duì)于溝通射孔段下部天然裂縫幾率大的井段，采用全程凍膠壓裂，提高裂縫向下延伸距離；對(duì)于溝通射孔段下部天然裂縫幾率小的井段，采用滑溜水+凍膠壓裂，打碎近井儲(chǔ)層，同時(shí)利用凍膠盡可能溝通天然裂縫。本井第1段距離天然裂縫較遠(yuǎn)（＞50 m），第4段無(wú)天然裂縫發(fā)育，采用滑溜水+凍膠壓裂，而第2段、第3段和第5段距離天然裂縫較近（＜30 m），采用全程凍膠壓裂。

3.4 施工優(yōu)化

針對(duì)地層破裂壓力高的問(wèn)題，設(shè)計(jì)每段壓裂施工前泵注10 m3酸液溶蝕近井儲(chǔ)層巖石，降低地層破裂壓力及井口施工壓力[11]。針對(duì)大斜度井近井裂縫彎曲且易形成多裂縫的問(wèn)題，在前置液階段設(shè)計(jì)多級(jí)段塞進(jìn)行打磨處理，降低砂堵風(fēng)險(xiǎn)[12]。針對(duì)地層非均質(zhì)強(qiáng)、射孔分簇多、均勻起裂難等問(wèn)題，優(yōu)選了在庫(kù)車(chē)山前應(yīng)用效果較好的1～5 mm+5～10 mm暫堵顆粒進(jìn)行暫堵轉(zhuǎn)向，根據(jù)改造井現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，將1～5 mm與5～10 mm暫堵顆粒比例按照1∶1設(shè)計(jì)，對(duì)第4段和第5段進(jìn)行暫堵轉(zhuǎn)向壓裂，促使各簇裂縫均勻起裂，降解性能見(jiàn)表1，轉(zhuǎn)向升壓統(tǒng)計(jì)如圖1所示。

表1 暫堵劑降解性能參數(shù)

圖1 庫(kù)車(chē)山前8口井1～5 mm+5～10 mm顆粒暫堵升壓統(tǒng)計(jì)

4 橋射聯(lián)作工藝優(yōu)化

4.1 電纜優(yōu)選

優(yōu)選采用進(jìn)口Φ8.2 mm高強(qiáng)度單芯電纜，其最大破斷力達(dá)71.2 kN，相比常規(guī)Φ8 mm電纜破斷力提高了30%，大幅提升深井超深井中橋射聯(lián)作提升能力及復(fù)雜處置能力。

4.2 射孔彈優(yōu)選

大斜度井射孔時(shí)，射孔槍在重力作用下將貼在套管內(nèi)壁一側(cè)，導(dǎo)致射孔槍在套管內(nèi)無(wú)法居中，采用常規(guī)射孔彈射孔時(shí)將在套管各個(gè)方向上形成孔徑大小不等的射孔孔眼，增大了射孔孔眼摩阻，進(jìn)而影響壓裂施工[13-14]。為此，優(yōu)選了等孔徑射孔彈進(jìn)行射孔，孔徑標(biāo)準(zhǔn)偏差＜5%，確保大斜度井中射孔孔眼大小基本一致，降低壓裂過(guò)程中孔眼摩阻，有利于提高壓裂施工排量。

4.3 弱點(diǎn)設(shè)計(jì)

為了確保橋射聯(lián)作工具串在井下遇卡時(shí)能夠安全丟手，綜合考慮井口壓力、井深、井斜、斜井段長(zhǎng)及井口注脂控制頭對(duì)電纜的摩擦阻力等因素，對(duì)電纜頭弱點(diǎn)設(shè)置為18 kN，確保了大斜度井橋射聯(lián)作泵送、上提及解卡安全可靠。

4.4 橋塞選型

優(yōu)選了以鎂基金屬?gòu)?fù)合材料為主體材料的高強(qiáng)度易鉆復(fù)合橋塞，卡瓦牙采用密集小顆粒增韌陶瓷材料，能夠均勻地把咬合力分散到多個(gè)受力平面，對(duì)套管起到了一定保護(hù)作用，且錨定咬合能力較強(qiáng)，適用于140鋼級(jí)套管，耐溫150℃，耐壓70 MPa。鉆磨測(cè)試表明橋塞鉆磨時(shí)間15～25 min，鉆磨碎屑用清水即可循環(huán)洗出，滿(mǎn)足本井分段改造及后期鉆磨投產(chǎn)需求，規(guī)格參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 易鉆復(fù)合橋塞規(guī)格參數(shù)

4.5 洗井要求

為了確保橋塞順利下入及成功坐封，每段壓裂結(jié)束后，大排量頂替1.5～2個(gè)井筒容積，將支撐劑全部頂入地層；因火工品及其他原因?qū)е碌韧３^(guò)8 h，再次大排量洗井1.5～2個(gè)井筒容積，保證橋塞坐封位置干凈。

4.6 泵送要求

綜合考慮泵送活塞力及電纜弱點(diǎn)等因素，電纜輸送射孔槍及橋塞至造斜點(diǎn)后，開(kāi)泵逐級(jí)提排量至1.2 m3/min泵送橋塞，根據(jù)磁定位曲線(xiàn)與藍(lán)圖對(duì)比結(jié)果，判斷橋塞是否到位，橋塞到位后點(diǎn)火坐封橋塞及丟手，再上提射孔槍至各射孔簇逐一進(jìn)行射孔作業(yè)。壓裂施工前，投Φ43 mm可溶球，待球在井液中自由下落20 min后，開(kāi)泵以3 m3/min的排量送球入座，結(jié)合泵送總液量及泵壓力變化情況，判斷可溶球是否到位。

5 現(xiàn)場(chǎng)施工監(jiān)督管理

1）為解決橋射聯(lián)作密切割壓裂用水量大的問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督親自踏勘水源地，對(duì)水源水質(zhì)進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)，根據(jù)分段壓裂施工進(jìn)展，制定壓裂用水專(zhuān)項(xiàng)拉運(yùn)計(jì)劃，全力保障壓裂用水需求。

2）按照一二級(jí)檢查清單，認(rèn)真檢查壓裂液、支撐劑、暫堵劑、射孔槍、射孔彈、易鉆橋塞、電纜、連續(xù)油管等設(shè)施設(shè)備，確保入井材料及入井工具滿(mǎn)足安全施工要求。

3）嚴(yán)抓入井壓裂材料現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，對(duì)暫堵劑的溶解性能、壓裂液耐溫抗剪流變性及攜砂性按照設(shè)計(jì)要求在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行小樣、大樣實(shí)驗(yàn)，從源頭確保井筒質(zhì)量安全可靠。

4）組織壓裂隊(duì)編制應(yīng)急預(yù)案，做好工作安全分析，制定風(fēng)險(xiǎn)削減措施，召集壓裂隊(duì)、地面隊(duì)及相關(guān)方人員召開(kāi)技術(shù)交底會(huì)，明確各隊(duì)伍、各崗位施工職責(zé)，將現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)防控措施細(xì)化到關(guān)鍵崗位，落實(shí)到具體實(shí)施人，全力保障加砂壓裂施工安全。

5）加砂壓裂過(guò)程中，根據(jù)工程設(shè)計(jì)套壓控制要求密切關(guān)注套壓變化情況，同時(shí)詳細(xì)記錄關(guān)鍵施工參數(shù)，每段施工結(jié)束后進(jìn)行總結(jié)分析，并對(duì)下一段施工泵注程序進(jìn)行適當(dāng)優(yōu)化調(diào)整，確保全井壓裂施工順利實(shí)施。

6 應(yīng)用效果

迪探X井分5段20簇進(jìn)行橋射聯(lián)作密切割分段壓裂，其中第一段采用連續(xù)油管傳輸射孔后進(jìn)行密切割壓裂，后續(xù)壓裂段采用橋射聯(lián)作后進(jìn)行密切割壓裂。主壓裂之前進(jìn)行了測(cè)試壓裂，排量0.57～8.82 m3/min，泵壓29.2～102.2 MPa，泵入壓裂液88 m3，停泵測(cè)壓降5 min，壓力從75.1 MPa降至70.7MPa，折算裂縫延伸壓力梯度為2.44 MPa/100 m，為主壓裂施工參數(shù)優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)。主壓裂階段，第4段按照1∶1的比例注入1～5 mm暫堵顆粒100 kg+5～10 mm暫堵顆粒100 kg，轉(zhuǎn)向升壓4.5 MPa，第5段按照1∶1的比例注入1～5 mm暫堵顆粒140 kg+5～10 mm暫堵顆粒140 kg，轉(zhuǎn)向升壓7 MPa，兩段暫堵轉(zhuǎn)向升壓明顯，實(shí)現(xiàn)了段內(nèi)各簇均勻起裂。全井5段改造累計(jì)擠入地層總液量8 550 m3，總砂量599.9 m3，最大施工排量16.3 m3/min，最高加砂濃度460 kg/m3，最高施工泵壓111.8 MPa，創(chuàng)下了庫(kù)車(chē)山前儲(chǔ)層改造擠入地層總液量最多、加砂量最大、施工排量最高等3項(xiàng)記錄。

7 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

1）橋射聯(lián)作密切割分段壓裂工藝在庫(kù)車(chē)山前大斜度井試驗(yàn)成功，為庫(kù)車(chē)山前大斜度井及水平井儲(chǔ)層改造工藝選擇提供了新思路。

2）通過(guò)升排量、降排量測(cè)試壓裂求取近井摩阻、裂縫延伸壓力梯度等關(guān)鍵參數(shù)，可為主壓裂施工參數(shù)優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)。

3）針對(duì)大斜度井破裂壓力高、近井裂縫彎曲、易形成多裂縫導(dǎo)致施工壓力高、砂堵風(fēng)險(xiǎn)大等問(wèn)題，采用注酸降破、段塞打磨等可有效降低壓裂施工風(fēng)險(xiǎn)。

4）在洗井要求、泵送橋塞及泵送可溶球的時(shí)間節(jié)點(diǎn)、施工排量等方面形成了一套橋射聯(lián)作現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督管理方法，為今后在庫(kù)車(chē)山前開(kāi)展橋射聯(lián)作工藝積累了豐富現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)。