連續(xù)油管噴砂射孔套管分段壓裂新技術(shù)的現(xiàn)場應(yīng)用

摘 要

摘要:隨著我國逐步對致密氣藏、頁巖氣藏等非常規(guī)油氣藏實施勘探開發(fā),壓裂增產(chǎn)技術(shù)也逐步呈現(xiàn)大規(guī)模、多段分段壓裂的趨勢。連續(xù)油管帶封隔器套管分級壓裂技術(shù)是目前國外較新研

摘要:隨著我國逐步對致密氣藏、頁巖氣藏等非常規(guī)油氣藏實施勘探開發(fā),壓裂增產(chǎn)技術(shù)也逐步呈現(xiàn)大規(guī)模、多段分段壓裂的趨勢。連續(xù)油管帶封隔器套管分級壓裂技術(shù)是目前國外較新研發(fā)的一種既能實現(xiàn)大規(guī)模改造,又能達到分層壓裂、精細壓裂的一種新型分級壓裂技術(shù)。這一技術(shù)通過連續(xù)油管結(jié)合帶封隔器的噴射工具,利用封隔器的多次上提下放坐封解封達到不限次數(shù)多級壓裂的目的;通過連續(xù)油管噴砂射孔、套管進行主壓裂,可實現(xiàn)較大規(guī)模改造;通過連續(xù)油管的精確定位,可對儲層縱向上的多個薄互層進行靈活分層,進而達到精細壓裂的目的。為此,詳細闡述了連續(xù)油管帶封隔器環(huán)空分級壓裂的工藝技術(shù)特點以及這一技術(shù)在國內(nèi)四川盆地HC井區(qū)首次現(xiàn)場應(yīng)用情況,并對HC A井施工過程進行了計算和分析。事實證明,連續(xù)油管帶封隔器環(huán)空分級壓裂、作業(yè)周期短、分層靈活精細、封隔可靠且施工后井筒清潔,可直接多層測試投產(chǎn)的新型壓裂技術(shù)。為我國致密氣藏、頁巖氣藏的多級分段改造提供了新的且行之有效的解決手段。
關(guān)鍵詞:多級壓裂;連續(xù)油管;噴砂射孔;封隔器;套管分段;現(xiàn)場應(yīng)用
隨著我國天然氣勘探開發(fā)逐漸向致密砂巖氣、頁巖氣、煤層氣等非常規(guī)油氣藏領(lǐng)域深入,提高單井產(chǎn)量成為目前開發(fā)的首要目標。而多級壓裂技術(shù)作為一種有針對性的壓裂技術(shù)成為致密砂巖氣藏、頁巖氣藏增產(chǎn)措施的有效手段。目前國內(nèi)外較新的分段壓裂工藝包括裸眼封隔器分段壓裂、連續(xù)油管水力噴射分層壓裂、不動管柱水力噴射分段壓裂、連續(xù)油管噴砂射孔環(huán)空填砂壓裂、電纜橋塞分段壓裂等技術(shù),并各具特色[1~2]。
連續(xù)油管噴砂射孔套管分段壓裂是新近發(fā)展起來的一種多級壓裂技術(shù),在美國曾經(jīng)在3天時間內(nèi)實現(xiàn)了40級的壓裂作業(yè)。該技術(shù)結(jié)合了封隔器分層、套管大排量注入和連續(xù)油管精確定位的優(yōu)勢,對于縱向上具有多個產(chǎn)層的油氣藏分層壓裂,特別是薄互層壓裂具有顯著優(yōu)勢。2010年8月,在四川盆地的HC區(qū)塊上三疊統(tǒng)須家河組利用這一技術(shù)進行了2口井6層和7層的薄層加砂壓裂。在連續(xù)油管定位后,通過噴砂射孔射開套管,環(huán)空進行大排量加砂壓裂。2口井均施工順利,主壓裂施工中封隔器坐封穩(wěn)定可靠,解封轉(zhuǎn)層快速,壓裂后實現(xiàn)了快速返排。這一技術(shù)的成功實施為我國致密砂巖儲層、頁巖氣儲層的多級壓裂和薄層分層壓裂提供了行之有效的手段。
1 工藝技術(shù)特點
1.1 工藝原理v
    該工藝在套管主壓裂之前首先通過噴砂射孔射開套管,噴砂射孔是利用貝努利原理,通過噴嘴的節(jié)流,將高壓射孔液轉(zhuǎn)化為高速射孔液對套管進行噴射沖蝕[3~4]。施工過程中,壓裂車泵送高壓液體經(jīng)過混砂車,石英砂通過混砂車與射孔液混合注入地層,屬于后混式磨料混合機理。本工藝僅以射開套管為噴砂射孔的目的,套管沖蝕屬于柔性材料切割機理。根據(jù)目前國內(nèi)外實驗結(jié)果,噴砂射孔形成的孔道直徑一般在25mm以上[1]。射開套管后,套管進行主壓裂,壓裂液通過套管射開的孔道進入地層,現(xiàn)場實施的2口井均為Φ139.7mm套管,主壓裂施工排量在3~3.5m3/min。該工藝采用的封隔器可以承受50MPa的工作壓力,但在連續(xù)油管射孔過程中可能會出現(xiàn)射開地層壓力超過封隔器上部壓力的情況,因此需嚴格控制地面回壓,防止地層壓力過高使得封隔器自動解封[5~6]
1.2 工藝流程
    工藝流程為:①連續(xù)油管帶機械式套管節(jié)箍定位器進行定位;②通過連續(xù)油管循環(huán)射孔液,達到一定排量后開始加入石英砂進行噴砂射孔;③射開套管后,進行反循環(huán)洗井,此時平衡閥打開,將射孔液和石英砂洗出井口;④進行該層的主壓裂施工;⑤施工后,上提連續(xù)油管解封封隔器,再次定位進入下一層后,下放坐封封隔器,開始進行第二層施工。以此步驟完成所有層段施工后,上提連續(xù)油管出井口。
1.3 工具特點
    工具結(jié)構(gòu)包括連續(xù)油管接頭或丟手部分(發(fā)生特殊情況可進行丟手),扶正器(扶正工具)、水力噴射工具(進行噴砂射孔)、平衡閥/反循環(huán)接頭(進行反循環(huán))、封隔器膠皮(起封隔作用)、封隔器錨定裝置、機械式節(jié)箍定位器(圖1)。工具在整個施工過程中有入井、坐封和解封狀態(tài)。噴砂射孔和主壓裂過程工具處于坐封狀態(tài);連續(xù)油管定位和轉(zhuǎn)層過程中工具處于解封狀態(tài)(圖2)。
 

 

2 現(xiàn)場應(yīng)用情況及分析
2.1 HC-A井基本情況
    井型為大斜度井,完鉆斜深為2515.00m,垂深為2225.90m,地層壓力為32MPa,地層溫度為67℃,井斜最大處井深為1925m,井斜50°,油層套管固井質(zhì)量好,儲層巖性為灰白色細砂巖,孔隙裂縫型儲層[7]。各小層的基本情況如表1所示。

2.2 注入方式
    噴砂射孔:Φ44.5mm連續(xù)油管帶噴射工具。加砂壓裂:Φ44.5mm連續(xù)油管和Φ139.7mm套管環(huán)空注入。
2.3 施工管串
    Φ44.5mm連續(xù)油管+連續(xù)油管接頭+丟手工具+扶正器+水力噴射工具+平衡閥+反循環(huán)接頭+封隔和錨定裝置+機械式套管接箍定位器。
2.4 噴砂射孔參數(shù)
    使用100目石英砂,120kg/m3砂濃度;采用3孔,4mm孔徑噴嘴組合;噴砂射孔排量平均為0.48m3/min。
2.5 主壓裂參數(shù)
    排量介于3.0~3.5m3/min,共計注入壓裂液966m3、20/40目支撐劑118.27t,平均砂濃度308kg/m3,最高砂濃度580kg/m3。
2.6 施工曲線計算分析

    1) 圖3中列出了第1層施工中連續(xù)油管帶封隔器噴砂射孔、套管加砂壓裂的各個工藝流程情況。在噴砂射孔并反洗井后,為了降低地層破裂應(yīng)力,7層施工過程中封隔器坐封穩(wěn)定可靠,按設(shè)計順利完成施工。
   2) 7層停泵后記壓降5min,僅第5層在5min之內(nèi)裂縫閉合,表明該層具有多裂縫延伸的特征。
   3) 從破裂壓力、瞬時停泵壓力、停泵后的壓降梯度來看,該井須四段儲層性質(zhì)明顯差于須二段儲層。
   4) 第1層打入1個段塞后壓力有明顯降低,因此2~7層采取了2個段塞。7個層位的近井筒扭曲摩阻較大,這與射孔方位與裂縫延伸方位不一致而導致的高近井扭曲摩阻有很大關(guān)系。
   5) 在主壓裂開始的套管泵注之前,連續(xù)油管先保持小排量注入。主壓裂完畢之前,套管先停泵,以保持CT內(nèi)外壓差平衡。
2.7 連續(xù)油管轉(zhuǎn)層時間統(tǒng)計分析
    1) 該工藝平均每層施工時間在130min之內(nèi)。2~7層從平均時間統(tǒng)計結(jié)果來看,主壓裂前各個環(huán)節(jié)占泵注時間的50%以上。綜合來看,射孔和反洗井與主壓裂施工時間相當。
    2) 從2~7層的連續(xù)油管上提解封封隔器一拖動至下一施工段一連續(xù)油管定位一封隔器坐封的時間來看,隨著施工層數(shù)的增加,操作逐漸熟練,轉(zhuǎn)層所需要的時間逐漸減少。最少轉(zhuǎn)層時間僅15min,平均為24.4min,這表明該工藝具有快速轉(zhuǎn)層的能力(圖4)。
 

2.8 返排測試情況
    截至2010年9月14日,用Φ10mm油嘴放噴排液,套壓5.4MPa,出口股狀水,點火燃,焰高3~4m,累計排放894.0m3,應(yīng)排放1011.49m3。測試產(chǎn)量為4.7×104m3/d。
3 結(jié)論和建議
    1) HC-A井現(xiàn)場實施證實了連續(xù)油管帶封隔器環(huán)空分段壓裂技術(shù)的先進性和有效性。該技術(shù)通過連續(xù)油管帶噴射工具和定位器進行定點噴砂射孔實現(xiàn)了薄層精細壓裂;通過噴射工具下的封隔器進行坐封后套管主壓裂實現(xiàn)了較大排量注入;通過上提下放坐封解封的封隔器實現(xiàn)了多級壓裂。
    2) 將連續(xù)油管起出井口后即具備生產(chǎn)條件,可實現(xiàn)多層直接測試投產(chǎn),且井筒清潔,便于后期修井作業(yè)。
    3) 通過連續(xù)油管的精確定位和定點噴砂射孔,該工藝對于薄互層的分層壓裂改造極具優(yōu)勢,HC-A井最薄的層位僅2.8m。
    4) 噴砂射孔形成的套管孔眼孔道直徑較大,孔眼摩阻較小。且在封隔器坐封后采用環(huán)空進行主壓裂,可實現(xiàn)較大排量和較大規(guī)模的改造。因此,對頁巖氣儲層也具有實用性。
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(本文作者:錢斌 朱炬輝 李建忠 李國慶 向蘭英 川慶鉆探工程有限公司井下作業(yè)公司)