謝韓娜

（大慶油田有限責任公司試油試采分公司，黑龍江大慶 163000）

以往大慶油田深層氣井套管內壓裂施工工藝單一，一趟壓裂管柱施工只能壓裂單層，無法一趟管柱壓裂多層施工，單井多層壓裂需要通過壓井作業(yè)后起出原壓裂管柱，經(jīng)橋塞封層后上返更換壓裂管柱來完成下層施工，而且完井時不易全井投產(chǎn)。該方法不僅增加了施工工序，降低了施工效率，同時壓井作業(yè)次數(shù)多，增加了完井液用量，造成壓井液進入地層，造成儲層污染，產(chǎn)能下降，同時增加了井控風險。開展對深層氣井多層壓裂、完井一體化技術研究不僅能實現(xiàn)一趟管柱壓裂多層，利于多層同時投產(chǎn)，還能縮短施工工期，降低完井液用量，減少對地層的污染，同時降低作業(yè)成本，降低井控風險水平。

1 大慶油田深層氣井特點及對壓裂—完井一體化管柱需求

1.1 大慶油田深層氣井特點

大慶油田深層氣藏具有多樣巖性類型、巖性復雜、巖性巖相變化快、物性差、非均質、氣藏發(fā)育邊、底水、氣井自然產(chǎn)能低，且地面條件復雜等特點。與常規(guī)油井相比具有以下特點：

（1）地層深度深（3000～5500m），地溫梯度為3.8℃～4.1℃/100m，產(chǎn)層流體以天然氣為主，并辦有CO2氣體；

（2）巖石密度高、孔隙度低、滲透性差，壓裂改造規(guī)模大，施工壓力高，對井下壓裂工具的承壓、耐溫、耐磨要求高；

（3）儲層致密，反復壓井作業(yè)容易將天然氣流通的孔道堵塞，造成對儲層的傷害；

（4）作業(yè)風險高，壓后產(chǎn)氣量高，井控風險大；

（5）作業(yè)強度大，起、下井下工具需要的時間比較長。

1.2 壓裂—完井一體化管柱需求

為實現(xiàn)壓裂—完井一體化施工的要求，最大化地減少壓井狀態(tài)下的起、下管柱作業(yè)施工工序，實現(xiàn)一趟管柱完成多種工序作業(yè)，降低完井液壓井作業(yè)對儲層的污染，壓裂完井一體化管柱應該具有以下特點：

（1）工具能承受高溫高壓，在壓裂及完井過程中能夠長期密封油、套環(huán)形空間；

（2）內部進行抗打磨處理，保證壓裂加砂的過程中，工具安全可靠；

（3）具有鎖緊機構，防止油、套壓差過大封隔器失封；

（4）可有效分層、封層，實現(xiàn)多層逐級壓裂施工，壓后和排液求產(chǎn)。

2 壓裂—完井一體化管柱設計

2.1 油管選擇

大慶油田氣藏投入開發(fā)的主要是砂礫巖和火山巖兩種儲層，產(chǎn)出氣中普遍伴有CO2氣體，試氣時含量在0.5%～2.6%之間，隨著生產(chǎn)時間的延長部分井CO2含量升高。CO2溶于水形成碳酸后引起電化學腐蝕，普通的低碳鋼油管不能適應惡劣的腐蝕環(huán)境，油管使用壽命不能達到氣井的設計要求，油管腐蝕嚴重（如圖1所示）。

圖1 油管腐蝕圖

油管腐蝕主要受溫度、CO2分壓及pH值的影響：在60℃～110℃溫度區(qū)間內，局部腐蝕嚴重；CO2分壓增加，腐蝕速率呈增大趨勢；pH值增大可降低腐蝕速度。為防止氣井在生產(chǎn)后期油管腐蝕影響開采，降低開采風險，延長井下管柱壽命提高效益，壓裂—完井一體化管柱所用油管采用13Cr材質氣密封防腐油管，該油管具有耐高壓、抗腐蝕、氣密封性能好的特點。

2.2 工具選擇

根據(jù)氣井特點及管柱需求，結合壓裂改造規(guī)模，優(yōu)選了完井生產(chǎn)封隔器+Y241+Y341的工具組合。需要一次性下入多層壓裂封隔器和生產(chǎn)完井封隔器組合，實現(xiàn)壓裂期間的分層密封和壓裂后的完井生產(chǎn)封隔器的長期密封可靠。

2.2.1 壓裂、生產(chǎn)封隔器

SHP封隔器是一種一趟管柱作業(yè)的液壓封隔器，主要用于一趟管柱作業(yè)射孔和完井系統(tǒng)，利用壓差使井下工具坐封，具有三級膠筒、雙向卡瓦的特點，可承受上部及下部的壓力、載荷。

（1）SHP封隔器結構、特點：①設計可承受1000PSI壓差；

②特殊材料可承受325°F（163℃）工作溫度；

③多個膠筒串聯(lián)可以保障坐封后密封穩(wěn)定性；

④獨有的棘輪鎖環(huán)結構保持鎖緊坐封力，使坐封力持久有效；

⑤雙向卡瓦能承受來自上、下方向的壓力差；

⑥有效錨定于套管的任意部位；

⑦上提解封，操作簡便；

⑧內通徑大。

（2）工作原理。SHP封隔器與配套的液壓坐封工具連接，將工具管串送入井內。下到預定位置后，向坐封工具內投入坐封球，通過油管打壓，坐封工具活塞運動，產(chǎn)生推力，坐封封隔器卡瓦和膠筒。坐封工具獨有的機構保證傳遞給封隔器足夠的坐封力的同時，確保有效丟手。丟手后，封隔器上端鎖環(huán)能夠持續(xù)保持坐封力，保證環(huán)空密封。解封時，下入專用解封工具，錨定于封隔器上方，上提管柱，可以釋放解封環(huán)，繼續(xù)上提解封封隔器，回收管柱。

SHP封隔器(如圖2所示)應用在一體化聯(lián)作管柱中時可以通過堵塞封隔器下部油管內通道，逐級加壓坐封封隔器，實現(xiàn)有效密封封隔油套環(huán)形空間。

圖2 SHP封隔器示意圖

主要技術參數(shù)：外徑：114.6mm；內徑：71mm；長度：1893.14mm；抗內外壓差：70MPa；耐溫：150℃；上下扣型：2-7/8″UPTBG/3-1/2″/BGT-1(可按需求)。

2.2.2 Y241封隔器的組成

Y241封隔器由錨體、蝶簧、水力錨塊、膠筒、內芯管、鎖套、卡瓦、活塞、解封套、連接頭、下接頭等組成（如圖3所示）。

圖3 Y241封隔器示意圖

主要技術參數(shù)：外徑：115mm；內徑：60mm；長度：1750mm；抗內外壓差：50MPa；耐溫：150℃；上下扣型：2-7/8″UPTBG。

2.2.3 Y341封隔器的組成

Y341裝置由上接頭、解封剪釘、外芯管頭、膠筒、防中途座封剪釘、外芯管、鎖套、卡瓦、調節(jié)套、內芯管、活塞、連接頭、下接頭組成（如圖4所示）。

圖4 Y341封隔器示意圖

主要技術參數(shù)：外徑：115mm；內徑：60mm；長度：1170mm；抗內外壓差：50MPa；耐溫：150℃；上下扣型：上3″UPTBG、下2-7/8”UPTBG。

該工具組合具有以下特點：

（1）采用液壓坐封方式，一次逐級打壓坐封全井多個封隔器，膠筒膨脹均勻、充分，保證了封隔器的密封；

（2）限位槽設計，防止膠筒過度擠壓；

（3）機械鎖緊設計，保證一定油、套壓差下的封隔可靠性；（4）水力錨設計，防止壓裂過程中管柱發(fā)生蠕動；（5）高溫膠筒保護裝置，膠筒在高溫高壓容易發(fā)生肩凸，為防止發(fā)生肩凸，需采取相應措施；

（6）高溫橡膠，需滿足井內溫度不大于170℃的井況下長期密封；

（7）耐磨鋼級，保證封隔器在大排量加砂的情況下，不會被拉斷也不會被沖刷。

2.3 深層氣井壓裂完井一體化管柱結構

為滿足深層氣井多層壓裂及完井一體化施工的需求，滿足壓裂施工排量需求以及環(huán)保、高效施工的需求，設計多層壓裂完井一體化管柱。管柱示意圖如圖5所示。

圖5 壓裂—完井一體化管柱示意圖

管柱結構特點：

（1）一趟管柱實現(xiàn)多層壓裂、試氣、完井工藝，實現(xiàn)多種作業(yè)聯(lián)合施工，無需起下作業(yè)更換管柱；

（2）減少壓井作業(yè)次數(shù)，避免壓井液倒灌地層，降低儲層污染；

（3）降低了施工井控風險及勞動強度，縮短了施工周期，提高了勞動效率；

（4）使用耐腐蝕氣密封油管完井，降低CO2腐蝕油管風險，降低了后期維護成本。

3 現(xiàn)場應用

深層氣井多層壓裂完井一體化管柱在FS4-1井進行了應用，成功進行不動管柱壓裂三層施工，及后續(xù)的試氣、完井工序施工。

3.1 井筒準備

為了使壓裂完井一體化管柱能夠下得去、坐得住、封得嚴，需進行井筒處理準備。

（1）射 孔 后 下 入 底 部 帶?116mm×1200mm通井規(guī)+GX-T140刮削器的通井刮削管柱，下入?88.9mmEUE油管306根，落實井筒通徑情況；

（2）對封隔器坐封位置及射孔井段上下30m處反復刮削三次；

（3）在井場要檢查下井封隔器、密封接頭、控制開關等工具扣型，測量工具內外徑及長度。

3.2 施工步驟

3.2.1 下完井管柱

下入壓裂完井一體化管柱，累計下入?73mm BGT1 13Cr-110氣 密 封 油 管294根，1m?73mm BGT1 13Cr-110氣密封短節(jié)1根，2m?73mmEUE油管短節(jié)2根，壓裂工具（生產(chǎn)封隔器及坐落裝置、Y241封隔器1個、Y341封隔器3個、控制開關2個、密封接頭2個、坐封噴砂一體控制器），?73mmEUE油管6根，寶鋼母扣轉變?yōu)橥饧哟蠊鄣淖兛垡粋€。

3.2.2 管柱校深、調整管柱

油管內電纜校深，調整管柱，下入?73mm BGT1 13Cr-110氣密封油管1根，1m?73mm BGT1 13Cr-110氣密封短節(jié)2根，2m?73mm BGT1 13Cr-110氣密封短節(jié)3根，油管掛專用變扣一個，用?59mm通徑規(guī)逐根通徑，并使油管掛座掛在井口。

3.2.3 注環(huán)空保護液、打壓坐封封隔器

（1）環(huán)空注入環(huán)空保護液25m3，替液速度小于0.5m3/min。

（2）鋼絲作業(yè)投入平衡桿坐落裝置封堵油管通道。

（3）上提管柱0.6m，管柱懸重350kN，敞開環(huán)空，千型泵車向油管內逐級打壓13MPa穩(wěn)壓5min、18MPa穩(wěn)壓10min、25MPa穩(wěn)壓10min、33MPa穩(wěn)壓15min。

（4）下放管柱0.6m，管柱懸重降至320kN，SHP壓裂完井封隔器坐封，井口坐油管掛。

（5）鋼絲撬打撈平衡桿，上提10m，環(huán)空打壓15MPa，穩(wěn)壓15min，壓力不降，試壓合格。

（6）鋼絲撬打撈堵塞器。

（7）向油管內投?35mm球，自由降落1h，撬裝泵向油管內逐級平緩打壓8MPa穩(wěn)壓5min、12MPa穩(wěn)壓5min、15MPa穩(wěn)壓5min，繼續(xù)加壓至21MPa，壓力表瞬間下降5MPa，底部開關打開。Y241、Y341分層壓裂封隔器坐封。下放管柱0.6m，管柱懸重降至320kN，封隔器坐封，井口坐油管掛。

3.2.4 安裝壓裂井口、壓裂試氣

（1）拆2FZ18-70防噴器，裝全KQS105/78型采氣樹，井口連接壓裂立管，匯接于地面壓裂管線，試壓合格。

（2）壓裂過程中根據(jù)現(xiàn)場情況，從環(huán)空打背壓；依據(jù)《FS4-1井壓裂施工作業(yè)指導書》壓裂施工，順利完成。

（3）試氣（10mm油嘴，兩相分離器分離、測氣。臨界流量計計量，孔板14mm，油壓7.94MPa，套壓6.78MPa，日產(chǎn)氣30103m3，日產(chǎn)水76.80m3）結束后直接完井。完井管柱結構圖如圖6所示。

圖6 壓裂—完井一體化管柱結構示意圖

3.3 應用效果

（1）一趟管柱完成3層壓裂、試氣、完井施工，減少起、下管柱6趟；

（2）壓裂、試氣期間封隔器工作良好，有效密封油、套環(huán)形空間，保證了壓裂、試氣施工的正常進行；

（3）降低了壓井液使用，防止儲層污染，降低施工成本；

（4）縮短了施工周期4d，減小施工強度，提高了生產(chǎn)效率；降低了井控風險，提高了施工安全性。

4 結論

通過深層氣井壓裂—完井一體化管柱技術在FS4-1井的應用，初步體現(xiàn)了深層氣井一體化管柱技術在深層氣井施工中的優(yōu)勢，形成了一套比較完整的工藝技術。能夠提高生產(chǎn)效率，提升井控安全管理水平，還能縮短施工周期、減少完井液對地層的污染。具有廣闊的應用前景，可應用于地層巖石密度高、孔隙度低、滲透性差，壓裂改造規(guī)模大，施工壓力高的深層氣井。