王 棟，賴(lài)學(xué)明，唐 慶，周俊杰

（中國(guó)石油大港油田分公司采油工藝研究院，天津 300280）

我國(guó)頁(yè)巖油資源豐富，中高成熟度頁(yè)巖油地質(zhì)資源量約132.0×108t，其中滄東凹陷孔二段頁(yè)巖油資源量達(dá)6.8×108t[1-2]。滄東凹陷孔二段頁(yè)巖油儲(chǔ)層埋深3 000.00～5 000.00 m，孔隙度2%～5%，滲透率0.56 mD，屬于特低孔、特低滲儲(chǔ)層，平均黏土含量16.4%[3]。因泥質(zhì)含量較高，作業(yè)過(guò)程中一旦有壓井液等外來(lái)流體侵入，就會(huì)污染油層，影響產(chǎn)能的釋放。滄東凹陷新鉆頁(yè)巖油井均采用大規(guī)模體積壓裂方式開(kāi)發(fā)[4]，壓后放噴排液周期較長(zhǎng)，放噴后期產(chǎn)量貢獻(xiàn)能力逐漸降低，為了提高開(kāi)發(fā)效果，需要在完全停噴之前帶壓下泵，而目前國(guó)內(nèi)外以壓井下泵作業(yè)為主，投產(chǎn)時(shí)間較長(zhǎng)，加之壓井液易污染儲(chǔ)層，無(wú)法滿足頁(yè)巖油高效建產(chǎn)要求。

不壓井作業(yè)技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于注水井、高壓注水井和欠平衡鉆井，但應(yīng)用于頁(yè)巖油井的情況未見(jiàn)報(bào)道。分析認(rèn)為，不壓井作業(yè)技術(shù)應(yīng)用于頁(yè)巖油井時(shí)還存在許多技術(shù)難點(diǎn)，如：有桿泵井不壓井作業(yè)時(shí)，常規(guī)內(nèi)堵塞器無(wú)法有效堵塞內(nèi)襯油管；電動(dòng)潛油泵井不壓井作業(yè)時(shí)，電纜等形狀不規(guī)則部件帶壓下入困難。為此，筆者針對(duì)頁(yè)巖油常規(guī)壓井作業(yè)易導(dǎo)致油層污染的問(wèn)題，根據(jù)有桿泵和電動(dòng)潛油泵舉升工藝帶壓作業(yè)的技術(shù)難點(diǎn)，研究形成了由預(yù)制內(nèi)防噴工具不壓井作業(yè)技術(shù)、可控橋塞暫閉井筒完井技術(shù)和敷纜連續(xù)油管帶壓下泵技術(shù)等組成的滄東凹陷頁(yè)巖油水平井不壓井作業(yè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了下泵作業(yè)儲(chǔ)層零污染和頁(yè)巖油快速建產(chǎn)。

1 頁(yè)巖油水平井帶壓作業(yè)技術(shù)難點(diǎn)

1.1 常規(guī)壓井作業(yè)易導(dǎo)致油層污染

滄東凹陷頁(yè)巖油儲(chǔ)層以長(zhǎng)英質(zhì)頁(yè)巖、灰云質(zhì)頁(yè)巖及混合質(zhì)頁(yè)巖為主，長(zhǎng)英質(zhì)頁(yè)巖占58.4%（黏土含量6.07%），灰云質(zhì)頁(yè)巖占23.2%（黏土含量8.12%），混合質(zhì)頁(yè)巖占18.4%（黏土含量9.11%）[4]。由于頁(yè)巖油儲(chǔ)層泥質(zhì)含量較高，孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，滲透性差，下泵作業(yè)過(guò)程中極易因壓井液等外來(lái)流體侵入儲(chǔ)層而產(chǎn)生水鎖損害儲(chǔ)層。儲(chǔ)層一旦受到損害將難以恢復(fù)，水鎖損害率一般為70%～90%[5]。

水鎖損害的本質(zhì)是，水滴運(yùn)移至孔喉處時(shí)其界面發(fā)生變形，前后端彎曲液面的曲率出現(xiàn)差別，毛細(xì)管壓力會(huì)產(chǎn)生一個(gè)附加表皮壓降，導(dǎo)致水相滲透率升高、油相滲透率降低[6-8]。而頁(yè)巖油藏與常規(guī)油藏的不同之處在于，流體流動(dòng)時(shí)需要啟動(dòng)壓力，但由于污染后滲透率急劇下降，污染區(qū)的啟動(dòng)壓力要遠(yuǎn)大于未污染區(qū)的啟動(dòng)壓力[9]。因此，儲(chǔ)層滲透率越低、孔隙度越小、泥質(zhì)含量越高，污染越嚴(yán)重，滲透率傷害越大，啟動(dòng)壓力梯度就越大，油井產(chǎn)能也就越小。

滄東凹陷早期部分頁(yè)巖油預(yù)探井采用了常規(guī)壓井下泵作業(yè)，但由于壓井液對(duì)頁(yè)巖儲(chǔ)層造成了污染，作業(yè)后含水率較高、產(chǎn)油量較低、產(chǎn)量恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)，影響了開(kāi)發(fā)效果。

1.2 常規(guī)不壓井作業(yè)時(shí)內(nèi)襯油管無(wú)法有效堵塞

常規(guī)不壓井作業(yè)時(shí)，首先用內(nèi)堵塞器密封油管內(nèi)壓力，然后在井口安裝整套帶壓作業(yè)裝置，用環(huán)形防噴器密封油管和套管環(huán)空。內(nèi)襯油管由高密度聚乙烯（PE）襯管插入普通油管內(nèi)制成。

現(xiàn)有堵塞器為掛壁式，通過(guò)金屬爪抓住油管內(nèi)壁，通過(guò)加壓壓縮橡膠件實(shí)現(xiàn)密封。而內(nèi)襯油管的內(nèi)壁為PE 材料而非金屬材質(zhì)，金屬爪無(wú)法抓牢，而且加壓過(guò)程中易導(dǎo)致PE 襯管脫落，故無(wú)法實(shí)現(xiàn)內(nèi)襯油管的有效堵塞。這會(huì)導(dǎo)致地層壓力通過(guò)油管釋放，易發(fā)生溢流或井噴等井控事故。即使作業(yè)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)了油管內(nèi)堵塞，由于金屬爪易使油管內(nèi)壁PE 材料損壞，會(huì)縮短油管使用壽命，導(dǎo)致油井檢修周期變短。

1.3 常規(guī)不壓井作業(yè)時(shí)電動(dòng)潛油泵帶壓下入困難

滄東凹陷頁(yè)巖油井多以水平井配合大規(guī)模體積壓裂的方式進(jìn)行開(kāi)發(fā)，儲(chǔ)層埋藏深、單井液量大，有帶壓下入電動(dòng)潛油泵的需求。由于地層壓力高于油管內(nèi)液柱壓力，下電動(dòng)潛油泵的作業(yè)過(guò)程中地層流體會(huì)推動(dòng)電動(dòng)潛油泵葉導(dǎo)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而進(jìn)入油管并噴出井口。帶壓作業(yè)過(guò)程中，整套帶壓作業(yè)裝置安裝完畢后，防噴器一直處于密封狀態(tài)。采用動(dòng)密封方式下入油管，期間可以用環(huán)形防噴器交替導(dǎo)出油管接箍，也可以用環(huán)形防噴器直接過(guò)接箍。但是，電動(dòng)潛油泵油管外有電纜，電纜為柔性材料，通過(guò)電纜卡子固定在油管外壁，在環(huán)形防噴器密封時(shí)，無(wú)法通過(guò)動(dòng)密封方式正常下入。若強(qiáng)行下入，則會(huì)出現(xiàn)電纜堆積或斷裂等故障，導(dǎo)致電動(dòng)潛油泵帶壓下入失敗。

2 不壓井作業(yè)關(guān)鍵技術(shù)

不壓井作業(yè)是指在井筒內(nèi)有壓力存在的情況下，利用專(zhuān)門(mén)的管柱起下設(shè)備，配合使用油管內(nèi)堵塞器和不壓井作業(yè)設(shè)備，克服井筒內(nèi)液柱的上頂壓力，完成生產(chǎn)或作業(yè)管柱的帶壓起出或下入的一種作業(yè)方法[9]。不壓井作業(yè)可以解決修井作業(yè)中由于壓井工序帶來(lái)的油層污染及產(chǎn)量下降等問(wèn)題[10]，是一種適用于頁(yè)巖油藏下泵的作業(yè)工藝。針對(duì)頁(yè)巖油水平井帶壓作業(yè)技術(shù)難點(diǎn)，開(kāi)展了技術(shù)攻關(guān)，研究形成了由預(yù)制內(nèi)防噴工具不壓井作業(yè)技術(shù)、可控橋塞暫閉井筒完井技術(shù)和敷纜連續(xù)油管帶壓下泵技術(shù)等組成的滄東凹陷頁(yè)巖油水平井不壓井作業(yè)技術(shù)。

2.1 預(yù)制內(nèi)防噴工具不壓井作業(yè)技術(shù)

國(guó)外的油井管柱底部大都安裝有循環(huán)開(kāi)關(guān)閥，因此帶壓下泵作業(yè)時(shí)不需要下入堵塞器堵塞油管，只需加壓關(guān)閉油管柱底部的循環(huán)開(kāi)關(guān)閥[11]，下泵完成后，再加壓將循環(huán)開(kāi)關(guān)閥打開(kāi)，即可以開(kāi)井正常生產(chǎn)。目前國(guó)內(nèi)油田尚無(wú)此類(lèi)循環(huán)開(kāi)關(guān)閥，頁(yè)巖油井常用的內(nèi)襯油管無(wú)法實(shí)現(xiàn)有效的油管內(nèi)堵塞，成為制約國(guó)內(nèi)帶壓作業(yè)技術(shù)發(fā)展的瓶頸[12-13]。為此，設(shè)計(jì)了一種預(yù)制內(nèi)防噴工具。該工具為機(jī)械式開(kāi)關(guān)裝置，依靠換向滑套開(kāi)啟或關(guān)閉地層與油管內(nèi)部的連通通道（見(jiàn)圖1）；下入、換向操作之前和起出時(shí)，該裝置均處于關(guān)閉狀態(tài)，起到保護(hù)油層的作用。

圖1 預(yù)制內(nèi)防噴工具開(kāi)啟和關(guān)閉狀態(tài)示意Fig.1 Opening and closing status of prefabricated internal blowout preventers

預(yù)制內(nèi)防噴工具不壓井作業(yè)管柱由內(nèi)襯油管、抽油泵、內(nèi)防噴工具、篩管和絲堵構(gòu)成，如圖2 所示。其中，篩管和絲堵的作用是阻擋壓裂砂，防止返吐壓裂砂進(jìn)泵。內(nèi)防噴工具安裝在泵下面，位于管柱底部，入井時(shí)處于關(guān)閉狀態(tài)，起到油管內(nèi)防噴的作用。下至預(yù)定位置后，完成井口安裝，向油管內(nèi)加壓，當(dāng)油管內(nèi)外壓力差超過(guò)1 MPa 時(shí)內(nèi)防噴工具打開(kāi)，實(shí)現(xiàn)正常的生產(chǎn)。需要檢泵作業(yè)時(shí)，再向油管內(nèi)加壓，內(nèi)外壓力差超過(guò)1 MPa 時(shí)內(nèi)防噴工具關(guān)閉，封堵油管內(nèi)部空間。這樣就解決了常規(guī)不壓井作業(yè)時(shí)內(nèi)襯油管無(wú)法有效堵塞的問(wèn)題，可以實(shí)現(xiàn)不壓井作業(yè)，有效保護(hù)頁(yè)巖油儲(chǔ)層。

圖2 預(yù)制內(nèi)防噴工具不壓井作業(yè)管柱Fig.2 Pipe string of a prefabricated inner blowout preventer for snubbing services

2.2 可控橋塞暫閉井筒完井技術(shù)

滄東凹陷頁(yè)巖油主要采用水平井大型分段體積壓裂方式開(kāi)發(fā)[14]。生產(chǎn)初期產(chǎn)量高，采用電動(dòng)潛油泵可以最大限度地發(fā)揮儲(chǔ)層能量，實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)。但是電動(dòng)潛油泵具有傳感器、電機(jī)、保護(hù)器等部件，管柱外壁形狀不規(guī)則，并且管壁外附有提供動(dòng)力或者測(cè)試生產(chǎn)參數(shù)[15]的電纜、控制管線等。通常井控難度比較大，在關(guān)閉防噴器的情況下，無(wú)法通過(guò)地面帶壓作業(yè)裝置實(shí)現(xiàn)管柱下入時(shí)的動(dòng)密封。因此，設(shè)計(jì)了一種可控橋塞。該橋塞的關(guān)鍵部件為可開(kāi)關(guān)式滑套，在下泵作業(yè)之前可以暫時(shí)封閉套管，封隔地層壓力，從而進(jìn)行不壓井下電泵作業(yè)，待生產(chǎn)時(shí)再打開(kāi)滑套，進(jìn)行生產(chǎn)。該技術(shù)稱(chēng)為可控橋塞暫閉井筒完井技術(shù)。

可控橋塞完井管柱由電動(dòng)潛油泵（ESP ）生產(chǎn)管柱和可控橋塞暫閉井筒管柱組成，如圖3 所示?？煽貥蛉釉谏a(chǎn)管柱的底部。生產(chǎn)管柱下入后，打開(kāi)可控橋塞的滑套溝通油藏。進(jìn)行修井作業(yè)時(shí)，關(guān)閉滑套通道，隔離油藏，直接上提生產(chǎn)管柱，不需要壓井?？煽貥蛉麜洪]井筒完井技術(shù)對(duì)套管內(nèi)壁光潔度要求較高，若套管內(nèi)壁附著有死油或壓裂砂顆粒時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致橋塞坐封失敗。下入可控橋塞前，應(yīng)進(jìn)行洗井、刮削等井筒預(yù)處理措施，以保障不壓井作業(yè)的成功率。

圖3 可控橋塞完井管柱示意Fig.3 Pipe string with controllable bridge plugs for completion

2.3 敷纜連續(xù)油管帶壓下電泵技術(shù)

電動(dòng)潛油泵的管柱外附有電纜、控制管線等，管壁形狀不規(guī)則，無(wú)法通過(guò)帶壓作業(yè)裝置下入。為解決該問(wèn)題，設(shè)計(jì)了敷纜連續(xù)油管，研究了敷纜連續(xù)油管下入技術(shù)。敷纜連續(xù)油管主要由內(nèi)襯層、纖維增強(qiáng)層、電纜層和外保護(hù)層構(gòu)成（見(jiàn)圖4）。

圖4 敷纜連續(xù)油管的結(jié)構(gòu)Fig.4 Structure of cable-laying coiled tubing

敷纜連續(xù)油管（又稱(chēng)撓性油管）用低碳合金鋼制成，有很好的撓性，一卷連續(xù)油管可長(zhǎng)達(dá)幾千米。該連續(xù)油管還具有抗結(jié)垢結(jié)蠟、保溫性、耐腐蝕和避免電纜磕碰等優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，敷纜連續(xù)油管作業(yè)設(shè)備具有可帶壓連續(xù)起下的特點(diǎn)，設(shè)備體積小，作業(yè)周期短，費(fèi)用低[16]。而且，由于敷纜連續(xù)油管的外壁連續(xù)光滑，在關(guān)閉環(huán)形防噴器的情況下，仍然可通過(guò)動(dòng)密封下入電動(dòng)潛油泵。

敷纜連續(xù)油管需要采用專(zhuān)用的配套作業(yè)裝置下入，其主要由卷盤(pán)及敷纜連續(xù)油管、鵝頸管、注入頭、液壓工作站和電氣控制柜組成，如圖5 所示。

圖5 敷纜連續(xù)油管作業(yè)裝置Fig.5 Operation unit of cable-laying coiled tubing

為了便于敷纜連續(xù)油管與井下電動(dòng)潛油泵快速、安全連接，設(shè)計(jì)了一種扣壓式、具備導(dǎo)線穿越功能的井下連接接頭。該連接接頭具有良好的密封性，可以防止井筒流體進(jìn)入插頭內(nèi)部，保障電動(dòng)潛油泵正常生產(chǎn)。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

滄東凹陷頁(yè)巖油水平井不壓井作業(yè)技術(shù)已應(yīng)用16 口井，成功率100%，取得了非常好的效果。作業(yè)最高關(guān)井壓力17 MPa，少用壓井液4 125.9 m3，單井產(chǎn)量恢復(fù)期平均縮短7.12 d，多生產(chǎn)原油5 105 t以上。應(yīng)用證明，不壓井作業(yè)實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)層零污染，作業(yè)后日產(chǎn)液量和日產(chǎn)油量均有了大幅度提升，并且無(wú)產(chǎn)量恢復(fù)期，實(shí)現(xiàn)了在壓裂放噴期下泵，無(wú)需等待放噴結(jié)束之后再下泵，實(shí)現(xiàn)了快速建產(chǎn)。

表1 為5 口應(yīng)用井（GD1701H 井、Y2-1-1H 井、Y2-1-2H 井和Y2-1-3H 井為水平井，G32-62 井為直井）不壓井作業(yè)前后的生產(chǎn)情況。

表1 滄東凹陷5 口井應(yīng)用頁(yè)巖油不壓井作業(yè)技術(shù)前后的生產(chǎn)情況Table 1 Production situation before and after the application of the technologies for snubbing services to five wells in the Cangdong Sag

由表1 可知，4 口水平井應(yīng)用滄東凹陷頁(yè)巖油水平井不壓井作業(yè)技術(shù)后，產(chǎn)油量和產(chǎn)液量都顯著提高，應(yīng)用效果明顯。如典型井GD1701H 井，不壓井作業(yè)后當(dāng)天日產(chǎn)油量提高23.60 t/d，提高幅度278.6%，產(chǎn)量恢復(fù)期為0，實(shí)現(xiàn)了提產(chǎn)提效。直井G32-62 井應(yīng)用該不壓井作業(yè)技術(shù)后，產(chǎn)油量和產(chǎn)液量也有所提高，但增產(chǎn)效果不如水平井。

4 結(jié)論與建議

1）滄東凹陷孔二段頁(yè)巖油儲(chǔ)層的孔隙度和滲透率特低，泥質(zhì)含量較高，作業(yè)過(guò)程中極易因壓井液等外來(lái)流體侵入造成儲(chǔ)層污染，影響產(chǎn)能的釋放。為此，研究形成了可最大程度保護(hù)儲(chǔ)層的滄東凹陷頁(yè)巖油水平井不壓井作業(yè)技術(shù)。

2）滄東凹陷頁(yè)巖油水平井不壓井作業(yè)技術(shù)主要包括預(yù)制內(nèi)防噴工具式不壓井作業(yè)技術(shù)、可控橋塞暫閉井筒完井技術(shù)和敷纜連續(xù)油管帶壓下泵技術(shù)?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，該技術(shù)可以解決內(nèi)襯油管無(wú)法有效密封、電動(dòng)潛油泵無(wú)法帶壓作業(yè)等問(wèn)題，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)停噴之前帶壓下泵，保護(hù)儲(chǔ)層，達(dá)到頁(yè)巖油快速建產(chǎn)的目的。

3）可控橋塞暫閉井筒完井技術(shù)對(duì)套管內(nèi)壁光潔度要求較高，若套管內(nèi)壁附著有雜質(zhì)，存在橋塞坐封失敗的風(fēng)險(xiǎn)，建議作業(yè)前進(jìn)行洗井、刮削等井筒預(yù)處理措施，并持續(xù)加強(qiáng)橋塞坐封工藝優(yōu)化研究，進(jìn)一步提高工藝適應(yīng)性和不壓井作業(yè)效果。