趙小龍,董建國,伊西鋒,盧雅蘭,李 明
(中石化勝利油田分公司,山東 東營 257000)
水平井分段壓裂技術(shù)是低滲透油藏改造的重要技術(shù)[1-3],國外目前關(guān)于固井開關(guān)滑套多級(jí)分段壓裂完井工藝技術(shù)的文獻(xiàn)較少,水平井固井多級(jí)分段壓裂完井工藝技術(shù)主要以泵送橋塞射孔分段壓裂聯(lián)作技術(shù)和斯倫貝謝公司的TAP無限級(jí)高效套管壓裂技術(shù)為主[4-5]。針對(duì)勝利油田地質(zhì)儲(chǔ)層的復(fù)雜性和特殊性,圍繞預(yù)制式可開關(guān)滑套、液控開關(guān)工具等進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)和室內(nèi)實(shí)驗(yàn),研發(fā)了套管固井開關(guān)滑套多級(jí)分段壓裂完井工藝管柱。固井開關(guān)滑套多級(jí)分段壓裂完井工藝分段級(jí)數(shù)不受限制,壓裂規(guī)模大、施工排量大,對(duì)井眼質(zhì)量要求比較低,而且不用射孔、不用鉆塞,因此預(yù)置滑套固井多級(jí)分段壓裂完井有較大的發(fā)展趨勢(shì),對(duì)勝利油田低孔、低滲、低豐度油藏高效開采有重要意義[6-11]。
固井開關(guān)滑套多級(jí)分段壓裂完井技術(shù)是針對(duì)勝利油田灘壩砂薄互層低滲致密儲(chǔ)層以及頁巖油等非常規(guī)油氣資源而開發(fā)的一項(xiàng)新技術(shù)。固井開關(guān)滑套多級(jí)分段壓裂完井工藝管柱主要包括完井工藝管柱和開關(guān)管柱2個(gè)部分,完井工藝管柱用于支撐井壁,實(shí)現(xiàn)套管固井完井,開關(guān)滑套作為后期壓裂通道。
固井開關(guān)滑套多級(jí)分段壓裂完井工藝管柱主要由套管、開關(guān)滑套、液壓扶正器、工作筒、浮箍、浮鞋等組成(圖1)。
圖1 管串結(jié)構(gòu)示意圖
1.1.1 工作原理
將固井可開關(guān)滑套完井管串下入井中,采用套管固井完井方式完井,根據(jù)壓裂儲(chǔ)層分段設(shè)計(jì)要求下入相應(yīng)級(jí)數(shù)的可開關(guān)滑套,通過固井水泥環(huán)封隔油層進(jìn)行分段,同時(shí)下入液壓扶正器提高工具位置的固井質(zhì)量,使儲(chǔ)層分隔更可靠,壓裂施工時(shí)利用連續(xù)油管將液控開關(guān)工具下入套管內(nèi),利用液控開關(guān)工具打開、關(guān)閉滑套,實(shí)現(xiàn)任意段壓裂完井。
1.1.2 主要技術(shù)參數(shù)
套管外徑為139.7 mm;滑套長度為1 200 mm;滑套最大外徑為180 mm;滑套最小通徑為121 mm;工作溫度為150°;耐壓為70 MPa;施工排量不小于10 m3/min;適用于直井、斜井和水平井。
液壓開關(guān)工具是固井開關(guān)滑套多級(jí)分段壓裂完井的重要組成部分,是決定滑套啟閉壓裂成敗的關(guān)鍵,其主要結(jié)構(gòu)由上接頭、外筒、擋板、卡塊、活塞、彈簧和下接頭組成(圖2)。
1.2.1 工作原理
圖2 液壓開關(guān)工具示意圖
采用液壓機(jī)構(gòu)和彈簧配合控制啟閉工作,在壓裂施工前,利用連續(xù)油管將液控開關(guān)工具下入到開關(guān)滑套位置,向連續(xù)油管內(nèi)打壓,使卡塊撐出,并卡在滑套中心管處,此時(shí)上提連續(xù)油管可打開滑套,進(jìn)行壓裂作業(yè),壓裂結(jié)束后下放連續(xù)油管可關(guān)閉滑套。
1.2.2 主要技術(shù)參數(shù)
液控開關(guān)工具外徑為110 mm;工作壓力為5 MPa,耐溫為 150°。
(1)采用固井方式完井,對(duì)井眼質(zhì)量要求低,能夠滿足泥沙交互薄互層、頁巖等儲(chǔ)層鉆井難度大,井眼質(zhì)量難以保證的復(fù)雜井況要求。
(2)根據(jù)分段壓裂優(yōu)化要求可設(shè)計(jì)安置多個(gè)開關(guān)滑套,分段級(jí)數(shù)不受限制。
(3)采用套管壓裂方式,其壓裂規(guī)模大、施工排量大(10~15 m3/min),滿足灘壩砂薄互層油藏多層改造以及頁巖油網(wǎng)縫壓裂的需要。
(4)不用射孔,無需鉆塞,施工周期短,安全可靠,節(jié)省施工費(fèi)用。
(5)滿足后期選擇性生產(chǎn)控制和重復(fù)壓裂的需要。
2012年9月,固井開關(guān)滑套多級(jí)分段壓裂完井工藝技術(shù)在A-1井進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。該井位于A區(qū)塊北部,處于構(gòu)造較低部位,深水濁積類型儲(chǔ)層,巖性為細(xì)砂巖、粉砂巖,油藏類型為低孔、特低滲構(gòu)造巖性油藏。儲(chǔ)層具特低滲、油層跨度大、層多、層薄的特點(diǎn)。
管柱組合為:(由下至上)浮鞋+浮箍+套管串+液壓扶正器+套管串+1號(hào)可開關(guān)滑套+液壓扶正器+套管短節(jié)+2號(hào)可開關(guān)滑套+套管串+液壓扶正器+套管串+3號(hào)可開關(guān)滑套+套管串+液壓扶正器+套管串+4號(hào)可開關(guān)滑套+套管串+液壓扶正器+套管串+工作筒+套管串。各開關(guān)滑套位置見表1。
表1 開關(guān)滑套深度位置
采用抗高溫塑性水泥漿和低密度高強(qiáng)度水泥漿體系,水泥漿要求返至井口,滿足套管分段壓裂需要。
①完鉆后模擬通井;②配接完井管柱下入井內(nèi);③固井;④碰壓,脹開液壓扶正器;⑤安裝井口及連續(xù)油管設(shè)備、防噴系統(tǒng)及地面管匯;⑥配接液控開關(guān)工具,地面動(dòng)作正常后下入井內(nèi);⑦開啟第1級(jí)可開關(guān)滑套;⑧進(jìn)行第1段壓裂施工;⑨關(guān)閉第1級(jí)可開關(guān)滑套;⑩重復(fù)施工步驟⑦~⑨,逐級(jí)完成每段的壓裂施工;○11壓裂完成后,上提連續(xù)油管,將液控開關(guān)工具起出井內(nèi)。
通井進(jìn)行短起下滑眼處理井筒,調(diào)整泥漿性能,替入固體及液體潤滑劑,完井管柱下入順利。采用套管液壓扶正器提高固井質(zhì)量,固井質(zhì)量評(píng)價(jià)顯示,添加扶正器的井段固井質(zhì)量明顯提高。使用連續(xù)油管輸送液壓開關(guān)工具,對(duì)可開關(guān)滑套進(jìn)行開關(guān)操作顯示正常,滑套打開、關(guān)閉載荷符合配套工具設(shè)計(jì)參數(shù)的要求,滑套與地層連通顯示明顯。
現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)取得了初步效果,但受水泥環(huán)厚度、地層壓力、儲(chǔ)層物性及地應(yīng)力等因素影響,小排量進(jìn)液時(shí),地層很難被壓裂出有效裂縫。提高施工排量,施工壓力升至施工限壓,加砂難度大。
壓裂過程中,井周人工壓裂裂縫的萌生、擴(kuò)展、延伸是井筒、水泥環(huán)、地層之間滲流—應(yīng)力—損傷—破裂多場(chǎng)耦合作用下地層巖石破裂的結(jié)果,因此井周人工壓裂縫的形成及其延伸規(guī)律將會(huì)受水泥環(huán)和完井工具的影響。因此,有必要系統(tǒng)研究水泥環(huán)固結(jié)質(zhì)量、壓裂工具結(jié)構(gòu)形狀(滑套出液口形狀)對(duì)地層破裂壓力的影響,為滑套出液口形狀優(yōu)化、最大限度減小水泥環(huán)對(duì)破裂壓力影響奠定理論基礎(chǔ),為實(shí)現(xiàn)套管固井完井方式下經(jīng)濟(jì)、高效的儲(chǔ)層壓裂改造提供技術(shù)支撐。
(1)固井開關(guān)滑套多級(jí)分段壓裂完井技術(shù),壓裂級(jí)數(shù)不受限制,工藝簡單,節(jié)約施工時(shí)間,具有廣闊的應(yīng)用前景和發(fā)展趨勢(shì)。
(2)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明,工藝管柱有效可靠,采用套管液壓扶正器可提高固井可開關(guān)滑套附近的固井質(zhì)量,應(yīng)用連續(xù)油管輸送液壓開關(guān)工具,對(duì)滑套開關(guān)操作顯示正常。
(3)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中出現(xiàn)地層難以壓裂出有效裂縫的現(xiàn)象,因此研究未射孔水泥環(huán)對(duì)地層破裂壓力的影響將對(duì)該技術(shù)的發(fā)展及推廣應(yīng)用具有重要的意義。
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