謝韓娜
(大慶油田有限責(zé)任公司試油試采分公司,黑龍江大慶 163000)
以往大慶油田深層氣井套管內(nèi)壓裂施工工藝單一,一趟壓裂管柱施工只能壓裂單層,無法一趟管柱壓裂多層施工,單井多層壓裂需要通過壓井作業(yè)后起出原壓裂管柱,經(jīng)橋塞封層后上返更換壓裂管柱來完成下層施工,而且完井時不易全井投產(chǎn)。該方法不僅增加了施工工序,降低了施工效率,同時壓井作業(yè)次數(shù)多,增加了完井液用量,造成壓井液進入地層,造成儲層污染,產(chǎn)能下降,同時增加了井控風(fēng)險。開展對深層氣井多層壓裂、完井一體化技術(shù)研究不僅能實現(xiàn)一趟管柱壓裂多層,利于多層同時投產(chǎn),還能縮短施工工期,降低完井液用量,減少對地層的污染,同時降低作業(yè)成本,降低井控風(fēng)險水平。
大慶油田深層氣藏具有多樣巖性類型、巖性復(fù)雜、巖性巖相變化快、物性差、非均質(zhì)、氣藏發(fā)育邊、底水、氣井自然產(chǎn)能低,且地面條件復(fù)雜等特點。與常規(guī)油井相比具有以下特點:
(1)地層深度深(3000~5500m),地溫梯度為3.8℃~4.1℃/100m,產(chǎn)層流體以天然氣為主,并辦有CO2氣體;
(2)巖石密度高、孔隙度低、滲透性差,壓裂改造規(guī)模大,施工壓力高,對井下壓裂工具的承壓、耐溫、耐磨要求高;
(3)儲層致密,反復(fù)壓井作業(yè)容易將天然氣流通的孔道堵塞,造成對儲層的傷害;
(4)作業(yè)風(fēng)險高,壓后產(chǎn)氣量高,井控風(fēng)險大;
(5)作業(yè)強度大,起、下井下工具需要的時間比較長。
為實現(xiàn)壓裂—完井一體化施工的要求,最大化地減少壓井狀態(tài)下的起、下管柱作業(yè)施工工序,實現(xiàn)一趟管柱完成多種工序作業(yè),降低完井液壓井作業(yè)對儲層的污染,壓裂完井一體化管柱應(yīng)該具有以下特點:
(1)工具能承受高溫高壓,在壓裂及完井過程中能夠長期密封油、套環(huán)形空間;
(2)內(nèi)部進行抗打磨處理,保證壓裂加砂的過程中,工具安全可靠;
(3)具有鎖緊機構(gòu),防止油、套壓差過大封隔器失封;
(4)可有效分層、封層,實現(xiàn)多層逐級壓裂施工,壓后和排液求產(chǎn)。
大慶油田氣藏投入開發(fā)的主要是砂礫巖和火山巖兩種儲層,產(chǎn)出氣中普遍伴有CO2氣體,試氣時含量在0.5%~2.6%之間,隨著生產(chǎn)時間的延長部分井CO2含量升高。CO2溶于水形成碳酸后引起電化學(xué)腐蝕,普通的低碳鋼油管不能適應(yīng)惡劣的腐蝕環(huán)境,油管使用壽命不能達到氣井的設(shè)計要求,油管腐蝕嚴重(如圖1所示)。
圖1 油管腐蝕圖
油管腐蝕主要受溫度、CO2分壓及pH值的影響:在60℃~110℃溫度區(qū)間內(nèi),局部腐蝕嚴重;CO2分壓增加,腐蝕速率呈增大趨勢;pH值增大可降低腐蝕速度。為防止氣井在生產(chǎn)后期油管腐蝕影響開采,降低開采風(fēng)險,延長井下管柱壽命提高效益,壓裂—完井一體化管柱所用油管采用13Cr材質(zhì)氣密封防腐油管,該油管具有耐高壓、抗腐蝕、氣密封性能好的特點。
根據(jù)氣井特點及管柱需求,結(jié)合壓裂改造規(guī)模,優(yōu)選了完井生產(chǎn)封隔器+Y241+Y341的工具組合。需要一次性下入多層壓裂封隔器和生產(chǎn)完井封隔器組合,實現(xiàn)壓裂期間的分層密封和壓裂后的完井生產(chǎn)封隔器的長期密封可靠。
2.2.1 壓裂、生產(chǎn)封隔器
SHP封隔器是一種一趟管柱作業(yè)的液壓封隔器,主要用于一趟管柱作業(yè)射孔和完井系統(tǒng),利用壓差使井下工具坐封,具有三級膠筒、雙向卡瓦的特點,可承受上部及下部的壓力、載荷。
(1)SHP封隔器結(jié)構(gòu)、特點:①設(shè)計可承受1000PSI壓差;
②特殊材料可承受325°F(163℃)工作溫度;
③多個膠筒串聯(lián)可以保障坐封后密封穩(wěn)定性;
④獨有的棘輪鎖環(huán)結(jié)構(gòu)保持鎖緊坐封力,使坐封力持久有效;
⑤雙向卡瓦能承受來自上、下方向的壓力差;
⑥有效錨定于套管的任意部位;
⑦上提解封,操作簡便;
⑧內(nèi)通徑大。
(2)工作原理。SHP封隔器與配套的液壓坐封工具連接,將工具管串送入井內(nèi)。下到預(yù)定位置后,向坐封工具內(nèi)投入坐封球,通過油管打壓,坐封工具活塞運動,產(chǎn)生推力,坐封封隔器卡瓦和膠筒。坐封工具獨有的機構(gòu)保證傳遞給封隔器足夠的坐封力的同時,確保有效丟手。丟手后,封隔器上端鎖環(huán)能夠持續(xù)保持坐封力,保證環(huán)空密封。解封時,下入專用解封工具,錨定于封隔器上方,上提管柱,可以釋放解封環(huán),繼續(xù)上提解封封隔器,回收管柱。
SHP封隔器(如圖2所示)應(yīng)用在一體化聯(lián)作管柱中時可以通過堵塞封隔器下部油管內(nèi)通道,逐級加壓坐封封隔器,實現(xiàn)有效密封封隔油套環(huán)形空間。
圖2 SHP封隔器示意圖
主要技術(shù)參數(shù):外徑:114.6mm;內(nèi)徑:71mm;長度:1893.14mm;抗內(nèi)外壓差:70MPa;耐溫:150℃;上下扣型:2-7/8″UPTBG/3-1/2″/BGT-1(可按需求)。
2.2.2 Y241封隔器的組成
Y241封隔器由錨體、蝶簧、水力錨塊、膠筒、內(nèi)芯管、鎖套、卡瓦、活塞、解封套、連接頭、下接頭等組成(如圖3所示)。
圖3 Y241封隔器示意圖
主要技術(shù)參數(shù):外徑:115mm;內(nèi)徑:60mm;長度:1750mm;抗內(nèi)外壓差:50MPa;耐溫:150℃;上下扣型:2-7/8″UPTBG。
2.2.3 Y341封隔器的組成
Y341裝置由上接頭、解封剪釘、外芯管頭、膠筒、防中途座封剪釘、外芯管、鎖套、卡瓦、調(diào)節(jié)套、內(nèi)芯管、活塞、連接頭、下接頭組成(如圖4所示)。
圖4 Y341封隔器示意圖
主要技術(shù)參數(shù):外徑:115mm;內(nèi)徑:60mm;長度:1170mm;抗內(nèi)外壓差:50MPa;耐溫:150℃;上下扣型:上3″UPTBG、下2-7/8”UPTBG。
該工具組合具有以下特點:
(1)采用液壓坐封方式,一次逐級打壓坐封全井多個封隔器,膠筒膨脹均勻、充分,保證了封隔器的密封;
(2)限位槽設(shè)計,防止膠筒過度擠壓;
(3)機械鎖緊設(shè)計,保證一定油、套壓差下的封隔可靠性;(4)水力錨設(shè)計,防止壓裂過程中管柱發(fā)生蠕動;(5)高溫膠筒保護裝置,膠筒在高溫高壓容易發(fā)生肩凸,為防止發(fā)生肩凸,需采取相應(yīng)措施;
(6)高溫橡膠,需滿足井內(nèi)溫度不大于170℃的井況下長期密封;
(7)耐磨鋼級,保證封隔器在大排量加砂的情況下,不會被拉斷也不會被沖刷。
為滿足深層氣井多層壓裂及完井一體化施工的需求,滿足壓裂施工排量需求以及環(huán)保、高效施工的需求,設(shè)計多層壓裂完井一體化管柱。管柱示意圖如圖5所示。
圖5 壓裂—完井一體化管柱示意圖
管柱結(jié)構(gòu)特點:
(1)一趟管柱實現(xiàn)多層壓裂、試氣、完井工藝,實現(xiàn)多種作業(yè)聯(lián)合施工,無需起下作業(yè)更換管柱;
(2)減少壓井作業(yè)次數(shù),避免壓井液倒灌地層,降低儲層污染;
(3)降低了施工井控風(fēng)險及勞動強度,縮短了施工周期,提高了勞動效率;
(4)使用耐腐蝕氣密封油管完井,降低CO2腐蝕油管風(fēng)險,降低了后期維護成本。
深層氣井多層壓裂完井一體化管柱在FS4-1井進行了應(yīng)用,成功進行不動管柱壓裂三層施工,及后續(xù)的試氣、完井工序施工。
為了使壓裂完井一體化管柱能夠下得去、坐得住、封得嚴,需進行井筒處理準備。
(1)射 孔 后 下 入 底 部 帶?116mm×1200mm通井規(guī)+GX-T140刮削器的通井刮削管柱,下入?88.9mmEUE油管306根,落實井筒通徑情況;
(2)對封隔器坐封位置及射孔井段上下30m處反復(fù)刮削三次;
(3)在井場要檢查下井封隔器、密封接頭、控制開關(guān)等工具扣型,測量工具內(nèi)外徑及長度。
3.2.1 下完井管柱
下入壓裂完井一體化管柱,累計下入?73mm BGT1 13Cr-110氣 密 封 油 管294根,1m?73mm BGT1 13Cr-110氣密封短節(jié)1根,2m?73mmEUE油管短節(jié)2根,壓裂工具(生產(chǎn)封隔器及坐落裝置、Y241封隔器1個、Y341封隔器3個、控制開關(guān)2個、密封接頭2個、坐封噴砂一體控制器),?73mmEUE油管6根,寶鋼母扣轉(zhuǎn)變?yōu)橥饧哟蠊鄣淖兛垡粋€。
3.2.2 管柱校深、調(diào)整管柱
油管內(nèi)電纜校深,調(diào)整管柱,下入?73mm BGT1 13Cr-110氣密封油管1根,1m?73mm BGT1 13Cr-110氣密封短節(jié)2根,2m?73mm BGT1 13Cr-110氣密封短節(jié)3根,油管掛專用變扣一個,用?59mm通徑規(guī)逐根通徑,并使油管掛座掛在井口。
3.2.3 注環(huán)空保護液、打壓坐封封隔器
(1)環(huán)空注入環(huán)空保護液25m3,替液速度小于0.5m3/min。
(2)鋼絲作業(yè)投入平衡桿坐落裝置封堵油管通道。
(3)上提管柱0.6m,管柱懸重350kN,敞開環(huán)空,千型泵車向油管內(nèi)逐級打壓13MPa穩(wěn)壓5min、18MPa穩(wěn)壓10min、25MPa穩(wěn)壓10min、33MPa穩(wěn)壓15min。
(4)下放管柱0.6m,管柱懸重降至320kN,SHP壓裂完井封隔器坐封,井口坐油管掛。
(5)鋼絲撬打撈平衡桿,上提10m,環(huán)空打壓15MPa,穩(wěn)壓15min,壓力不降,試壓合格。
(6)鋼絲撬打撈堵塞器。
(7)向油管內(nèi)投?35mm球,自由降落1h,撬裝泵向油管內(nèi)逐級平緩打壓8MPa穩(wěn)壓5min、12MPa穩(wěn)壓5min、15MPa穩(wěn)壓5min,繼續(xù)加壓至21MPa,壓力表瞬間下降5MPa,底部開關(guān)打開。Y241、Y341分層壓裂封隔器坐封。下放管柱0.6m,管柱懸重降至320kN,封隔器坐封,井口坐油管掛。
3.2.4 安裝壓裂井口、壓裂試氣
(1)拆2FZ18-70防噴器,裝全KQS105/78型采氣樹,井口連接壓裂立管,匯接于地面壓裂管線,試壓合格。
(2)壓裂過程中根據(jù)現(xiàn)場情況,從環(huán)空打背壓;依據(jù)《FS4-1井壓裂施工作業(yè)指導(dǎo)書》壓裂施工,順利完成。
(3)試氣(10mm油嘴,兩相分離器分離、測氣。臨界流量計計量,孔板14mm,油壓7.94MPa,套壓6.78MPa,日產(chǎn)氣30103m3,日產(chǎn)水76.80m3)結(jié)束后直接完井。完井管柱結(jié)構(gòu)圖如圖6所示。
圖6 壓裂—完井一體化管柱結(jié)構(gòu)示意圖
(1)一趟管柱完成3層壓裂、試氣、完井施工,減少起、下管柱6趟;
(2)壓裂、試氣期間封隔器工作良好,有效密封油、套環(huán)形空間,保證了壓裂、試氣施工的正常進行;
(3)降低了壓井液使用,防止儲層污染,降低施工成本;
(4)縮短了施工周期4d,減小施工強度,提高了生產(chǎn)效率;降低了井控風(fēng)險,提高了施工安全性。
通過深層氣井壓裂—完井一體化管柱技術(shù)在FS4-1井的應(yīng)用,初步體現(xiàn)了深層氣井一體化管柱技術(shù)在深層氣井施工中的優(yōu)勢,形成了一套比較完整的工藝技術(shù)。能夠提高生產(chǎn)效率,提升井控安全管理水平,還能縮短施工周期、減少完井液對地層的污染。具有廣闊的應(yīng)用前景,可應(yīng)用于地層巖石密度高、孔隙度低、滲透性差,壓裂改造規(guī)模大,施工壓力高的深層氣井。