張道鵬，謝 明，李 斌，張毅超，鄒先雄，潘 勇

(中國(guó)石油川慶鉆探工程有限公司井下作業(yè)公司)

目前水平井裸眼完井分段壓裂技術(shù)已在致密油氣藏開發(fā)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，取得了較好效果。這種技術(shù)主要采用裸眼封隔器加投球滑套逐級(jí)投球打開滑套分段作業(yè)，分段級(jí)數(shù)有限。由于滑套球座內(nèi)徑尺寸影響，在后期產(chǎn)量下降后需要修井時(shí)，需要鉆磨球座，費(fèi)用高，風(fēng)險(xiǎn)大，給二次增產(chǎn)改造帶來(lái)困難。

無(wú)限級(jí)套管滑套分段壓裂技術(shù)是近幾年發(fā)展起來(lái)的一種新型多級(jí)壓裂技術(shù)，該技術(shù)是在鉆井作業(yè)完成后，按儲(chǔ)層地質(zhì)分層(段)要求下入固井滑套。壓裂施工前通過(guò)連續(xù)油管帶滑套開啟工具下入井底，校深定位后，封隔工具坐在滑套上，環(huán)空打壓推開滑套，然后環(huán)空壓裂。如果滑套打開不成功，可利用工具管柱自帶噴射工具噴砂射孔后進(jìn)行壓裂作業(yè)。當(dāng)?shù)谝粚?段)施工結(jié)束后，上提連續(xù)油管解封封隔器，再次定位找準(zhǔn)第二個(gè)滑套(施工層段)，并將封隔器坐在這個(gè)滑套上，并打開滑套，同時(shí)對(duì)前一層進(jìn)行封隔，開始進(jìn)行第二層(段)的施工。以此步驟完成所有層(段)施工[1]。這項(xiàng)技術(shù)成功的關(guān)鍵是與套管等通徑的無(wú)限級(jí)滑套及其配套的開啟工具管柱組合。

一、工具管柱結(jié)構(gòu)及原理

1.完井管柱結(jié)構(gòu)及原理

套管滑套分層(段)完井管柱結(jié)構(gòu)(自下而上)：浮鞋+浮箍+套管+固井滑套1+套管+固井滑套2+套管+固井滑套3+套管+套管掛到井口[2]。見圖1。

圖1 套管固井滑套分層(段)壓裂完井管柱結(jié)構(gòu)示意圖

無(wú)限級(jí)滑套是完井管柱的關(guān)鍵部件，其結(jié)構(gòu)部件主要有上接頭、止鎖套、壓裂套、剪釘、連接外套、內(nèi)滑套、下接頭等，見圖2。其工作原理是通過(guò)滑套內(nèi)滑套的移動(dòng)控制壓裂端口的開啟或關(guān)閉。主要技術(shù)指標(biāo)參數(shù)：外徑185 mm；內(nèi)徑121.3 mm；密封壓力70 MPa；開啟壓力10～16 MPa。

圖2 無(wú)限級(jí)滑套結(jié)構(gòu)示意圖

2.壓裂施工管柱結(jié)構(gòu)及原理

滑套開啟及壓裂施工主要采用連續(xù)油管帶開啟工具作業(yè)。工具管柱組成(自上而下)：連續(xù)油管+卡瓦接頭+丟手接頭+上扶正器+噴射工具+壓力平衡閥+卡瓦封隔器+滑套定位器+下扶正器+定壓泄流筒(帶引鞋)。見圖3。

圖3 壓裂施工管柱結(jié)構(gòu)示意圖

壓裂管柱主要工具作用原理及技術(shù)指標(biāo)參數(shù):

(1)卡瓦封隔器。其作用是將封隔器坐封卡在滑套內(nèi)套上，通過(guò)打壓打開滑套，同時(shí)實(shí)現(xiàn)壓裂層段與已壓裂層段間的層間封隔，防止層間干擾。工作原理是，通過(guò)連續(xù)油管下壓載荷坐封、上提解封來(lái)實(shí)現(xiàn)多次重復(fù)坐封、解封和分層段壓裂改造作業(yè)。主要技術(shù)參數(shù)：封隔壓差70 MPa，外徑117 mm。

(2)滑套定位器。該工具是接在卡瓦封隔器下的機(jī)械拉力定位裝置,工作原理是利用定位器經(jīng)過(guò)滑套內(nèi)的定位機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的連續(xù)油管拉力的變化，以此確定工具串的深度。通過(guò)與完井套管串中滑套深度進(jìn)行比對(duì)修正，進(jìn)而準(zhǔn)確找準(zhǔn)滑套位置。主要技術(shù)參數(shù)：本體外徑104 mm，內(nèi)徑40 mm。

(3)壓力平衡閥。壓力平衡閥主要用于卡瓦封隔器解封時(shí)，釋放封隔器膠筒上下的壓力差。也可在封隔器坐封及施工作業(yè)時(shí)，實(shí)現(xiàn)油套環(huán)空的反洗井沖砂。其工作原理為：壓力平衡閥緊接封隔器上端，封隔器在下壓坐封時(shí)，壓力平衡閥能保證封隔器膠筒上下作業(yè)層間的封隔密封。某層作業(yè)完成需解封封隔器時(shí)，上提連續(xù)油管，啟動(dòng)壓力平衡閥，使封隔器膠筒上、下層的壓力差快速釋放，達(dá)到平衡，使膠筒便于回縮，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)安全快速解封[3]。主要技術(shù)參數(shù)：密封承壓(上)70 MPa，外徑85 mm。

(4)水力噴射工具。該工具連接在壓力平衡閥上端，其作用是當(dāng)滑套開啟不成功時(shí)，可以采用水力噴砂射孔，射開儲(chǔ)層段進(jìn)行壓裂，提高壓裂施工成功率。主要技術(shù)參數(shù)：本體外徑94 mm，噴嘴?4.5 mm×4。

(5)定壓泄流筒。該工具放在封隔器下部，與扶正器連接。其主要作用是提高首段滑套開啟成功率，避免出現(xiàn)異常高壓。工作原理是:當(dāng)封隔器坐封于首層套管滑套內(nèi)時(shí)，需要從上打壓推動(dòng)滑套內(nèi)套下移打開?；變?nèi)套的下移勢(shì)必造成滑套下部壓力增高，不利于滑套的打開。當(dāng)下部壓力增高到設(shè)定壓力時(shí)，泄流筒打開，隨即在滑套上下形成壓差，當(dāng)達(dá)到滑套開啟壓差后，滑套壓裂端口打開。主要技術(shù)參數(shù)：?jiǎn)?dòng)壓力50 MPa。

二、地面試驗(yàn)

無(wú)限級(jí)滑套工具主要進(jìn)行了滑套開啟動(dòng)作性能試驗(yàn)、密封承壓性能試驗(yàn)；開啟工具的膠筒性能試驗(yàn)、坐封動(dòng)作、坐封力、密封承壓試驗(yàn)；滑套定位感應(yīng)力試驗(yàn)等,累計(jì)試驗(yàn)32套(件)次。試驗(yàn)結(jié)果達(dá)到了設(shè)計(jì)要求,試驗(yàn)項(xiàng)目及試驗(yàn)過(guò)程結(jié)果見表1。

表1 主要工具動(dòng)作性能試驗(yàn)情況簡(jiǎn)表

三、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)應(yīng)用

1.蘇5-X井基本情況

該井是鄂爾多斯伊陜斜坡構(gòu)造的一口開發(fā)井,目的層為盒8、山1段,采用二開井身結(jié)構(gòu)固井滑套+套管完井。完鉆井深3 700 m，最大井斜16.32°，井底位移488.50 m, 井身結(jié)構(gòu)見表2。根據(jù)該井綜合測(cè)井解釋成果，確定對(duì)蘇5-X井分3段進(jìn)行無(wú)限級(jí)套管滑套完井作業(yè)及分層改造。套管固井滑套位置和級(jí)數(shù)對(duì)照見表3。

表2 蘇5-X井井身結(jié)構(gòu)表

表3 套管滑套管柱主要工具設(shè)計(jì)參數(shù)表

2.施工流程

2.1 井眼準(zhǔn)備

(1)原鉆頭通井。用?215.9 mm鉆頭通井至井底，通井管串結(jié)構(gòu)：?215.9 mm PDC鉆頭+雙母鉆桿變扣接頭+?127 mm加重鉆桿3柱+?127 mm斜坡鉆桿+?127 mm加重鉆桿5柱+?127 mm斜坡鉆桿。

(2)單銑柱通井。管柱組合：?215.9 mm PDC鉆頭+雙母變扣+回壓閥+?208 mm銑柱+鉆桿串。通井到井底，無(wú)阻卡。

(3)雙銑柱通井。管柱組合：?215.9 mm PDC鉆頭+雙母變扣+回壓閥+?208 mm銑柱+鉆桿1根+?208 mm銑柱+鉆桿串。通井到井底，無(wú)阻卡。

2.2 滑套入井及固井施工

(1)管柱結(jié)構(gòu)(自下而上)：引鞋+套管2根+浮箍+套管若干根+滑套1+套管若干根+滑套2+套管若干根+滑套3+套管2根+定位校深套管短節(jié)+套管若干根+調(diào)深套管+雙公短節(jié)+懸掛頭+套補(bǔ)距。

(2)電測(cè)校深：當(dāng)套管柱下到離井底較近位置時(shí)，采用測(cè)井儀，對(duì)滑套位置進(jìn)行校深，使滑套噴砂口對(duì)準(zhǔn)作業(yè)產(chǎn)層的中下部。校深完成后加配調(diào)深短套管，坐懸掛頭，接方鉆桿循環(huán)。

(3)固井施工：嚴(yán)格按照固井設(shè)計(jì)進(jìn)行固井作業(yè)施工,要求碰壓不漏,泄壓候凝48 h后進(jìn)行測(cè)井及試壓，檢測(cè)固井質(zhì)量。

2.3 連續(xù)油管及壓裂施工

(1)連續(xù)油管通洗井。管柱結(jié)構(gòu)：梨型銑錐×0.3 m+馬達(dá)×3.92 m+扶正器×1.2 m+馬達(dá)頭總成×1.03 m+連接頭×0.23 m+?50.8 mm連續(xù)油管。洗井排量0.4-0.6 m3/min。

(2)下滑套開啟工具管柱。管柱結(jié)構(gòu)(自下而上)：引鞋×0.25 m+滑套定位器×0.36m+封隔器×1.24 m+壓力平衡閥×0.78 m++噴射工具×0.37 m+安全丟手×0.51 m+連續(xù)油管接頭×0.6 m+連續(xù)油管至井口。

(3)連續(xù)油管帶開啟工具下到第一個(gè)滑套位置以下,上提工具，依次通過(guò)三個(gè)滑套位置，根據(jù)定位感應(yīng)力的顯示，初步確定三個(gè)滑套深度。

(4)下放到第一個(gè)滑套位置以下，上提連續(xù)油管工具串，根據(jù)定位感應(yīng)力的顯示，找準(zhǔn)第一級(jí)滑套位置，坐封封隔器，油管打壓，打開第一級(jí)套管滑套。

(5)試擠驗(yàn)證滑套是否正常打開，正替基液，第一層壓裂施工。

(6)上提連續(xù)油管解封封隔器。繼續(xù)上提到第二級(jí)滑套位置附近，根據(jù)定位感應(yīng)力的顯示，找準(zhǔn)第二級(jí)滑套位置，坐封封隔器，油管打壓，打開第二級(jí)套管滑套。

(7)試擠驗(yàn)證滑套是否正常打開，第二層壓裂施工。

(8)重復(fù)(6)、(7)步驟完成第三層施工。

(9)起出連續(xù)油管進(jìn)行完井投產(chǎn)。

3.施工情況及效果

該井套管滑套管柱入井順利，固井碰壓正常，井筒試壓合格。連續(xù)油管帶工具一次入井順利完成三層分層壓裂。施工中，滑套定位準(zhǔn)確明顯，打開靈活可靠，封隔器層間密封穩(wěn)定，轉(zhuǎn)層快速。累計(jì)注入地層總液量833.9 m3，平均單層入井液量278 m3，累計(jì)加砂量100 m3，單層最大施工排量6.0 m3/min，單層最大加砂量40 m3?；锥ㄎ粫r(shí)，連續(xù)油管懸重由158 kN↑178 kN↓160 kN。滑套打開時(shí)，連續(xù)油管壓縮狀態(tài)懸重由40 kN↑60 kN?；状蜷_壓力25～33 MPa。壓裂施工壓力(套壓)27～39 MPa，油壓25～50 MPa,最快施工轉(zhuǎn)層時(shí)間13 min(如圖4所示。)。壓裂后測(cè)試產(chǎn)量1.47×104 m3/d。

圖4 蘇5-X井第二級(jí)滑套打開及加砂壓裂施工曲線圖

四、結(jié)論與認(rèn)識(shí)

(1)無(wú)限級(jí)套管滑套分段壓裂工具在蘇里格的試驗(yàn)應(yīng)用表明,滑套完井管柱入井順利，滑套定位準(zhǔn)確明顯，開啟靈活，封隔工具坐封牢固，密封可靠，作業(yè)效率高，滿足了蘇里格致密砂巖氣藏分層(段)作業(yè)改造需要。該工具的自主研制成功為致密砂巖氣等非常規(guī)氣藏提供了一 種新的有效改造手段。

(2)該工具技術(shù)的成功實(shí)施主要體現(xiàn)在以下方面:①前期評(píng)層選井，地質(zhì)工程設(shè)計(jì)，井眼質(zhì)量控制是基礎(chǔ)；②固井作業(yè)中滑套順利入井、測(cè)井校深定位產(chǎn)層、固井施工準(zhǔn)確碰壓是前提；③壓裂施工前，嚴(yán)格的通洗井作業(yè)是保障；④壓裂施工中，連續(xù)油管帶工具找準(zhǔn)滑套位置、坐封可靠、打開滑套是關(guān)鍵。

(3)該工具及施工工藝技術(shù)具有壓裂改造針對(duì)性強(qiáng)，壓裂級(jí)數(shù)不受限制，作業(yè)后井通全通徑，方便后期作業(yè)的特點(diǎn)[4-5]。盡管該工藝需連續(xù)油管配合作業(yè)，但也能實(shí)現(xiàn)較大排量和規(guī)模的壓裂改造。建議下步提高無(wú)限級(jí)套管滑套的壓力等級(jí)，在中淺層頁(yè)巖氣井中試驗(yàn)應(yīng)用。