连续油管喷砂射孔分段压裂新技术的应用.doc

1、1译自：IADC/SPE 155594连续油管喷砂射孔分段压裂新技术的应用Xiude Lu, Dengsheng Ye, Juhui Zhu, Dan Song, Congbin Yin, Bin Guan, and Guigang Wang川庆钻探工程有限公司井下作业公司摘要 随着我国逐步对致密气藏、 页岩气藏等非常规油气藏实施勘探开发,压裂增产技术也逐步呈现大规模、多段分段压裂的趋势。连续油管带封隔器套管分级压裂技术是目前国外较新研发的一种既能实现大规模改造,又能达到分层压裂、精细压 裂的一种新型分 级压裂技术。 这一技术通 过连续油管结合带封隔器的喷射工具,利用封隔器的多次上提下放坐封解

2、封达到不限次数多级压裂的目的;通过连续油管喷砂射孔、套管 进行主压裂,可实现较大规模改造;通过连续油管的精确定位,可对储层纵向上的多个薄互层进行灵活分层,进而达到精细压裂的目的。为此,详细阐述了连续油管带封隔器环空分级压裂的工艺技术特点以及这一技术在国内四川盆地 HC 井区首次现场应用情况,并对 HC 井区 7 口油井施工过程进行了计算和分析。事实证明 ,连续油管带封隔器环空分级压裂、作业周期短、分 层灵活精细、封隔可靠且施工后井筒清洁,可直接多层测试投产的新型压裂技术。为我国致密气藏、页岩气藏的多 级分段改造提供了新的且行之有效的解决手段。关键词：连续油管 封隔器 分段压裂 支撑剂随着四川盆

3、地低渗透油藏石油和天然气的勘探和开发，应用新型压裂技术实现多层增产变得越来越重要。常规的压裂如产层压裂、混合压裂，封隔器压裂均采用一次性压开多个油层的方法 1。利用这种压裂方法可能会出现两个问题：（1）不能有针对性的压开目油层；（2）压裂处理后的参数优化问题。常规的压裂方法花费较高且费时，增产效果不明显，因此，新型带底部的环形封隔器连续油管多级分段压裂技术得到了发展和应用。通过连续油管喷砂射孔套管进行主压裂, 可实现精确定位, 对储层纵向上的多个薄互层进行灵活分层, 进而达到精细压裂的目的。因此，将连续油管起出井口后即具备生产条件,可实现多层直接测试投产,且井筒清洁,便于后期修井作业。连续油管

4、多级分段压裂技术具有工作性能稳定、运行参数优化，连续油管与钻井液摩擦小的特点，这一技术的成功实施为我国致密砂岩储层、页岩气储层的多级压裂和薄层分层压裂提供了行之有效的解决手段。1 工艺技术特点21.1 工艺原理此工艺使用外径为 114.3 毫米，127 毫米和 139.7 毫米的生产套管。通过连续油管精确定位油气层，喷砂射孔技术伯努利原理2，通过喷嘴的节流，油管内的的高压射孔液变换成高速射流将套管和储层岩石射穿3。施工过程中，压裂车泵送高压液体经过混砂车，石英砂通过混砂车与射孔液混合注入地层。根据目前实验结果,喷砂射孔形成的孔道直径一般在 25mm 以上。射开套管后,套管进行主压裂,压裂液通过

5、套管射开的孔道进入地层。压裂施工后，上提连续油管解封封隔器，再次定位下一个层位，下方坐封封隔器，以此步骤完成所有层段的压裂。1.2 技术优点现场应用此技术具有以下优点：（1）利用封隔器的多次上提下放坐封解封达到不限次数压裂的目的；（2）无 需单独清洗井底积砂；（3）可以有选择的压开预定层位；（4）将连续油管起出井口既具备生产条件；（5）施工快速、高效；（6）转层时间短；（7）可通过油管串实时监测井底压力。1.3 井下作业工具连续油管分段压裂井下工具组件的结构复杂，由安全阀、水力喷射工具，封隔器和机械套管接箍定位器组成（图 1） 。为保证井下工具组件能射穿套管，安全阀一般靠手动操作（特殊情况下可

6、进行紧急手动操作） ，喷嘴的数目和尺寸则由连续油管和套管的尺寸来确定。该工艺采用的封隔器可以承受 50MPa 的工作压力,但在连续油管射孔过程中可能会出现射开地层压力超过封隔器上部压力的情况,因此需严格控制面回压,防止地层压力过高使得封隔器自动解封。连续油管深度测量仪测量的深度往往不准确，为此在连续油管的底部安装了套管接箍定位器，其机制是在套管接箍处载荷增加，从而确定套管接箍的位置，对深度测量仪的数据进行校正。1.4 井口装置为满足压裂作业过程中增压泵正常工作的需要，选择适当的井口装置非常重要。首先，根据设计的最大泵压确定井口压力，其次，根据生产套管和水流喷射组件确定井口内径。在整个压裂作业工

7、程中均要保证井口压力维持在正常水平4。1.5 地面管线3与常规压裂地面管线相比，带底部的环形封隔器连续油管多级分段压裂技术具有特殊的的连接配置，低压注入流体、高压注入流体和液体回流线均能通过该管线。（1）低压力流体供应系统：该系统具有三条低压流体供应系统，以确保压裂作业过程中压裂液能压入连续油管和油套环空（2）高压流体电源线：在射孔作业时向连续油管内低速泵入含支撑剂的压裂液，保持井筒动态压力的平衡和监测井底压力。（3）回流管线：该装置具有两套独立的返排线系统，这两套系统既能满足液体流出连续油管,又能保证液体能顺利进入污水池或回收罐。其主要功能是合理控制下一个阶段之前回压和循环洗井，确保压裂作业

8、的安全。1.6 工艺流程所有压裂作业必须是连续的。在制定工作计划时,应具有整体风险识，并针对每一项可能出现的风险作出相应的应对措施，以确保现场压裂作业成功，主要的工艺流程如下：（1）装配连续油管井口设备；（2）利用连续油管接箍定位器确定要压裂的层位；（3）清除井筒废液；（4）安装并测试封隔器的承压能力；（5）通过连续套管射孔液；（6）反循环，将射孔液和石英砂洗出井口；（7）在油套环空内注入支撑剂进行主压裂施工；（8）施工后,上提连续油管解封封隔器,再次定位进入下一层后,下放坐封封隔器,开始进行第二层施工；（9）完成压裂作业后，上提连续油管至井口；（10）油井产能测试。2 现场应用情况及分析四川

9、油气田 HC 区域中 JZ 结构带的勘探证明 X2 和 X4 油层的属于低渗透砂岩储层，储层厚，具有广阔的油气勘探前景 5。其中一种增产方案是利用常规压裂方法，将压裂液注入产层，延伸产层的裂缝长度，提高单井产量。另一种增产方案是利用油层产水量、压力和流体性质，再进一步确定压裂方案。第三种增产方案是在 HC 区的 X2 和 X4 油层利用连续油管水力喷射射技术，对薄产层实施压裂。4在对四川盆地的 HC 区块利用这一技术进行了 7 个油井 46 个薄层加沙压裂，OD HC 区已完成。现场压裂的 7 口井均使用 139.7 毫米的生产套管，主压裂施工排量在 3.0 至 3.5 立方米/分，最薄仅 1

10、.2 米（表 1） 。三口井应用了新型压裂液，井筒清洁，增产效果显著。压裂后，多个产层可同时产油或气，作业周期短，分层精细灵活，经筒清洁。钻井和完井前要合理地制定增产方案，优化设计参数，选择适当的井口装置以确保压裂作业的成功。7 口的生产套管的强度要求能在泵压 50 兆帕，泵排量为 3.5m3/min 条件下正常工作。7 口井使用相同的井口装置，其他主要部件包括两个靠液压控制的 180 毫米内径的闸阀、六项压头、油雾器、防喷器、汽提塔，连续油管和接头（图 2） 。2.1 深度校正在所有完成压裂的 7 口井中，有 5 口井在固井前在油层上部安装了短套管和套管接箍定位器，以便对工程测井测量的深度值

11、进行校正（图 3） 。另外 2 口井未安装短套管，而是利用自然伽玛射线光谱的工具对工程测井测得的深度值进行校正（图 4A，B，C） 。2.2 喷砂射孔 后封隔器被设置，压裂和泵送压裂液和研磨材料，里面 CT。设计了压裂作业时，计算蹦蹦跳跳的水力喷射射孔压力，用清水进行刺激，它能够减少内 CT沿流体压力损失，提高水力喷射射孔效率。根据刺激的计算结果，表面泵送压力，估计约 48MPa 时，CT 水力喷射射孔率 0.5m3/min。产品规格的水力喷射射孔潜艇的在这些工作都是一样的，所有的穿孔，有效地完成设计的时间内（表2） 。的第一阶段，背压 XCEPT 被严格控制，以防止过压在针对每个作业的下压紧

12、。2.3 支撑剂压裂 安装好封隔器后，在连续油管内注入带支撑剂的压裂液，压裂液要求要尽量减少水锁伤害，最大限度的提高经济效益。根据 HC 区域压裂效果的分析，我们选择了 20/40 目中等强度的陶瓷做支撑剂，以满足所需的压裂液的导电性，优化的无量纲生产力指数和无因次裂缝导流能力的操作工作。压裂初期向连续油管内注入带支撑剂的压裂液将井筒内的废液排出井口，进入污水池。就地操作参数对设计方案经行优化调整，以防止作业期间出现砂堵。在主压裂开始的套管泵住前，连续油管先保持小排量的注入，同时根据井口压力随时监控井底压力的大小。记录停泵后压降的时间。为确保油井工作正常，压裂施工结束后要进行压力测试。考虑到压

13、裂作业时储层裂缝孔隙率分解压力的影响，在完成穿孔后，向油5管内注入一定量的酸，通过对 7 口井压裂结果分析，此法已是一种有效的减缓压力下降的方法（图 5）这项工艺成功应用的关键之一是适当选择的流体系统，目前， 越来越高的环保要求迫使科研机关研发新型压裂液，一种新型的可重复使用的压裂液在油田生产中得到广泛使用。HC51 区的三口油井使用了这种新型压裂液（图 6，图7） ，这种压裂液安全、经济、环保，高效。压裂第一层后，上提连续油管解封封隔器，再次定位下一层后，下放坐封封隔器，开始压裂下一个层位，检查曲面流线，根据裂缝闭合压力控制好井口回压。现场要准备尺寸为 6 毫米、8 毫米、10 毫米和 12

14、 毫米的喷嘴，以便随时更换所需喷嘴（图 8） 。四川油气 HC-443 井第一次使用了连续油管喷砂射孔分段压裂技术，转层时间最长的是三个半小时，最短的时间只有 15 分钟。7 口油井的平均转场仅 5 分钟。2.4 测试结果与常规压裂技术相比，连续油管带封隔器环空分段压裂技术更加先进，转层速度更快。通过喷射工具下的封隔器进行坐封后套管压裂实现了较大排量的注入。7 口油井 46 个油层每一层的平均压裂时间为 2 个小时，专层时间缩短，施工层数增加，压裂效率提高（见表 3） 。3 结论（1）现场应用证实了连续油管带封隔器分段压裂技术的先进性和有效性。该技术通过连续油管带喷射工具盒定位器进行定点喷砂射

15、孔，视线里薄层精细压裂；通过喷射工具下的封隔器进行坐封后套管主压裂实现了叫大排量注入；通过上提下放坐封解封的封隔器实现了多级压裂。（2）将连续油管起出井口后即具备生产条件，可实现多层直接测试投产，且井筒清洁，便于后期修井作业。（3）通过连续油管精确定位和定点喷砂射孔，该工艺对于薄互层的分层压裂改造，HC-443 井最薄层位仅 1.2 米。（4）喷砂射孔形成的套管孔眼孔道直径较大，孔眼摩阻较小。且在封隔器坐封后采用环空进行主压裂，可实现较大排量和较大规模的改造。因此，对页岩气储层也具有实用性。（5）多级压裂技术作为一种有针对性的压裂技术成为致密砂岩期藏、页岩气藏增产措施的有效手段。64 致谢本文

16、是在中石油四川油气田相关钻井、修井、试井等工作人员的大力支持下完成的，同时 Hunter J 团队为本文提供了大量帮助，在此一并感谢。参考文献1 Ren Shan, et al, Application of Three-Layer and Multilayer Fracturing Technology in Western Sichuan Gas Field, Drilling & Production Technology, J NO.5, 2007, PP.44-47.2 Tian Shou-ceng et al, Hydrojet-Fracturing Technology with

17、 Coiled Tubing, Natural Gas Industry, J Vol-28, No.8, 2008, PP.61-63.3 Li Gen-sheng et al, Experimental study on mechanisms of hydraulic sand blasting perforation Journal of China University of Petroleum (Edition of Natural Science), J Vol-26, No.2, 2002, PP.31-35.4 Zhou Yi-yong et al, Well Control

18、Technical Regulations of Coiled Tubing Operation Enterprise Standard of CCDC, Issued in April, 2009.5 Zhao Wen-zhi Reservoir-forming mechanism and enrichment conditions of the extensive Xujiahe Formation gas reservoirs, central Sichuan Basin Petroleum Exploration and Development, J Vol.37, No.2, 201

19、0, PP.146-157.7图 1 连续油管 图 2 井口装置8图 3 连续油管重量与井深的关系曲线图 4a 自然伽马测井 图 4b MCCL 测井 图 4c 工程测井图 5 在 HC4145 压裂情况9图 6 新型高效压裂液 图 7 压裂液的抗剪切曲图 8 在 HC414 第二层的压裂曲线表 1 油井情况基本数据表 1 油井情况基本数据10表 2 油井使用的作业工具井编号 生产套管尺寸 喷嘴尺寸 压裂时间 支撑剂尺寸HC-443 12min 100 目HC-414 11minHC-511 14minHC-512 11minHC-513 12minHC-682 15minHC-125外径 80mm,长度 139.7mm，壁厚 9.17mm4.76mm， 3向喷嘴13min20-40 目表 3 压裂参数