水平井水力噴射分段改造工藝在靖邊氣田的應用

摘 要

摘要：靖邊氣田從2006年開始廣泛采用水平井，到2011年3月已完鉆水平井20口，其儲層的改造方式以籠統酸壓為主，通常采用水平段連續(xù)油管拖動布酸+油管酸壓，該工藝對短水平段水平井效果
摘要：靖邊氣田從2006年開始廣泛采用水平井，到2011年3月已完鉆水平井20口，其儲層的改造方式以籠統酸壓為主，通常采用水平段連續(xù)油管拖動布酸+油管酸壓，該工藝對短水平段水平井效果較好，但對長水平段水平井的儲層改造針對性不強，其水平段中物性相對較差儲層得不到有效改造。為此，針對長水平段水平井開展了水力噴射分段改造施工，該工藝是一種利用水射流獨特性質的儲層改造技術，結合了水力射孔和水力壓裂技術，能夠沿著水平井橫向在多個位置獨立連續(xù)改造而不使用任何機械密封裝置。2010年靖邊氣田在5口水平井上進行了試驗施工，以儲層的深度改造為目的，Φ114.3mm篩管內完成7段分段壓裂，Φ139.7mm裸眼井段中10段分段壓裂，大大縮短了作業(yè)周期，減輕了勞動強度?，F場應用結果表明，水力噴射分段改造施工在靖邊氣田具有較強的適應性，單井產量均得到大幅度提高，可大規(guī)模推廣使用。
關鍵詞：鄂爾多斯盆地；靖邊氣田；水平井；儲集層；分段改造；水力噴射；水力壓裂；應用
1 靖邊氣田水平井改造工藝現狀
鄂爾多斯盆地靖邊氣田從水平井開發(fā)至今，其儲層的改造方式以籠統酸壓為主，通常采用水平段連續(xù)油管拖動布酸+油管酸壓的改造方式，該種工藝針對短水平段水平井效果較好，但對長水平段水平井其儲層改造針對性不強，水平段中物性相對較差儲層得不到有效改造。為充分挖掘儲層增產能力，2010年開始應用多級水力噴射工具，對儲層物性相對較差的水平段進行水力噴射改造，以進一步提高單井產量。
2 水力噴射分段改造工藝原理及特點
水力噴射分段改造技術從20世紀90年代末發(fā)展起來，可以在裸眼、篩管完井的水平井中進行改造施工，也可以在套管井上進行，施工安全性高，可以用一趟管柱在水平井中快速、準確地壓開多條裂縫，水力噴射工具可以與常規(guī)油管相連接入井，也可以與大直徑連續(xù)油管(Φ60.3mm)相結合，使施工更快捷[1]。
2.1 技術原理
水力噴射壓裂技術是結合了水力射孔和水力壓裂的一種增產工藝，該技術原理基于伯努利方程[2]。利用動能和壓能的轉換原理，采用噴射原理形成噴孔并壓開地層。流體束的速度變化引起壓力反向變化，噴嘴出口處速度最高壓力最低，隨著流體不斷深入孔道速度逐漸減小，壓力不斷升高，到孔道端處速度達到最低而壓力最高。安裝在施工管柱上的水力噴射工具，產生高速射流沖擊(或切割)套管和巖石，在地層形成一個(或多個)噴射孔道，完成水力射孔；同時噴射流體在孔道內動能轉換為壓能，利用噴射滯止壓力破巖，在孔道端部產生微裂縫；射流繼續(xù)作用在噴射通道中形成增壓，同時向環(huán)空中泵入流體增加環(huán)空壓力，環(huán)空流體在高速射流的帶動下進入射孔通道和裂縫中，使裂縫得以充分擴展，能夠得到較大的裂縫。在裂縫形成后，依靠射流效應，將泵注的流體導入裂縫，噴嘴出口周圍流體速度最高、壓力最低，流體會自動泵入裂縫而不會流到其他地方，環(huán)空的流體也會在壓差作用下進入射流區(qū)被吸入地層，實現水力噴射改造[3～4](圖1)。

2.2 工藝特點
    1)可實現自動封隔，施工風險小，不需機械坐封，可應用于裸眼、套管不固井完井等多種完井方式。
    2) 采用不同大小的球控制滑套開關，一次管柱可進行多段壓裂，縮短施工周期，有利于降低儲層傷害。
    3) 可進行準確造縫，實現了水平井裂縫的定位控制，提高儲層改造的針對性。
    4) 噴射壓裂可以有效降低地層破裂壓力，保證高破裂壓力地層的壓開和壓裂施工[5]。
    5) 實現射孔、壓裂一次完成，比常規(guī)壓裂工藝節(jié)省了作業(yè)工序。
3 現場施工情況及效果分析
    2010年共進行了5口井32層次的水力噴射施工(表1)，其中4口井為水力噴射酸壓施工，1口井為水力噴射壓裂施工，施工順利，均一次成功。
 

    下面以N井施工為例介紹水平井水力噴射分段改造施工工藝。該井為靖邊氣田2010年1口上古生界水平井，于2010年7月22開鉆，10月19日完鉆，完鉆井深4318m，水平段長1115m，錄井顯示鉆遇氣層804m，鉆遇率達到72.11%。2010年11月20日實施水力噴射分段壓裂改造。
3.1 施工工序
    下通、洗井管柱→替鉆井液、洗井→下水力噴射分段壓裂工具→射孔壓裂第1段→投球打滑套→射孔壓裂第2段→投球打滑套→…→射孔壓裂第7段→放噴和排液→測試求產。
3.2 水力噴射壓裂工具
    噴射工具是水力噴射分段改造工藝中的關鍵工具(圖2)，主體框架兩側裝有多個噴嘴，高壓流體從噴嘴處噴出完成射孔及壓裂作業(yè)[6]。第一級噴射器首先按照設計參數完成第一段壓裂作業(yè)，井口投球打開第二級噴射器滑套，滑套及鋼球下移封堵第一級噴射器液體通道，第二級噴射器開始按照設計參數進行第二段壓裂作業(yè)，由下至上完成多個儲層段壓裂施工。
 

3.3 分段壓裂施工參數優(yōu)化
3.3.1噴射位置優(yōu)化
    根據氣測、鉆完井、電性數據分析，選擇整個水平段物性相對較好、具有相對連續(xù)的氣層段，有效提高改造深度，充分挖掘物性較好儲層的增產潛力。
3.3.2裂縫參數優(yōu)化
    根據鄰井各氣層解釋結果，其有效滲透率主要分布于0.3～0.5mD，通過FracproPT軟件模擬，確定不同滲透率對應的裂縫參數：最優(yōu)裂縫長度為150～200m，最優(yōu)裂縫導流能力為30D·cm(圖3、4)。
 

3.3.3施工參數
根據裂縫長度及導流能力要求，結合鄰井改造情況，對施工參數進行了優(yōu)化，確定各段施工參數如表2所示。
 

3.4 施工過程
3.4.1噴砂射孔
    正循環(huán)低替，利用高壓水射流攜帶壓裂砂套管開孔，排量一般在1.8～2.2m3/min，砂量一般為1.0～2.Om3，射孔過程中打開套管閘門，結束后可關套管閘門，根據壓力上升情況，判斷射孔效果。
3.4.2壓裂
    套管注入系統開泵，按設計注入平衡液體，排量一般為0.6～1.0m3/min，同時正循環(huán)打前置液，按泵注程序加砂直至結束(圖5)。
 

    第一段壓裂完成后，投球，待球坐于滑套球座后，加壓10MPa，剪掉滑套，準備壓裂第二個設計壓裂段，重復上述施工過程，直至完成所有設計壓裂段施工。
3.5 施工數據
    該井7段水力噴射分段壓裂，累計加砂量201.7m3，累計環(huán)空注入液量602.1m3，壓裂注入液量1393.4m3，一點法測得無阻流量21.1187×104m3/d，是鄰井直井無阻流量的3.63倍，改造效果較好。具體施工參數如表3所示。

3.6 5口井水力噴射施工效果
    2010年采用連續(xù)油管拖動布酸+油管酸壓改造施工水平井3口，平均無阻流量是鄰井直井的3.4倍；而采用水力噴射分段酸壓改造施工水平井4口，平均無阻流量是鄰井直井的5.4倍，改造效果突出，其中2口井獲得日產百萬立方米的無阻流量(表4)。
 

4 認識及建議
    1) 水力噴射分段改造工藝實現了水平井的定點壓裂，提高了儲層改造的針對性，增產效果明顯，具有較好的經濟效益。
    2) 靖邊氣田水平井改造方式以連續(xù)油管拖動布酸+油管酸壓為主，但由于靖邊氣田水平井水平段較長(普遍在1000m以上)，連續(xù)油管在水平井中下到一定深度后，連續(xù)油管由于受下推力而彎曲被“鎖”在井筒內，導致部分儲層無法得到有效改造。水平井水力噴射分段改造工藝能夠有效地解決這一現象，是長水平段水平井的有效改造方式之一。
    3) 一次管柱可進行多段壓裂，靖邊氣田目前使用的噴射器工具能夠在Φ114.3mm篩管內完成7段分段壓裂，Φ139.7mm裸眼井段中10段分段壓裂，可大大縮短作業(yè)周期，減輕勞動強度。下步應繼續(xù)優(yōu)化噴射器工具，進一步提高壓裂段數。
    4) 水力噴射分段改造技術的成功應用，為靖邊氣田水平井開發(fā)積累了豐富的經驗，下一步將繼續(xù)優(yōu)化射流水力參數，為提高單井產量做好技術保障。
參考文獻
[1] 陳作，王振鐸，曾華國.水平井分段壓裂工藝技術現狀及展望[J].天然氣]_業(yè)，2007，27(9)：78-80.
[2] 馬發(fā)明.不動管柱水力噴射逐層壓裂技術[J].天然氣工業(yè)，2010，30(8)：25-28.
[3] 曾雨辰，孫敏，邢希春，等.中原油田水平井水力噴射壓裂技術的試驗應用[C]∥國際壓裂酸化論文集.西安：西安華線網絡信息服務有限公司，2010.
[4] 曲海，李根生，黃中偉，等.水力噴射壓裂孔內壓力分布研究[J].西南石油大學學報：自然科學版，2011，33(4)：85-88.
[5] 劉永亮，王振鐸。胥云，等.水平井儲層改造新方法水力噴射壓裂技術[J].鉆采工藝，2008，31(1)：71-73.
[6] 潘建華.水力噴射壓裂技術在篩管完井水平井上的應用[J].石油地質與工程，2010，24(3)：104-105.
 
(本文作者：任發(fā)俊 賈浩民 張耀剛 曹成壽 王亞玲 劉蕾 中國石油長慶油田公司第一采氣廠)