苏里格气田直井细分层压裂工艺管柱研究

于开斌

（中石油长城钻探工程公司 苏里格气田项目部，辽宁 盘锦124010）①

苏里格气田地质构造属于鄂尔多斯盆地陕北斜坡北部中带，是低渗、低压、低丰度、大面积分布的岩性气藏［1－3］。自2005年参与开发苏里格气田以来，长城钻探公司在其所属的苏10、苏11、苏53区块共开发直井、定向井约600口。所有气井自然产能低，都需要进行储层压裂改造，才能达到开采能力。

苏里格气田主要采用K344型压裂管柱（管柱中的封隔器为K344型，下同）进行直井压裂，大多数分2层压裂，最多分3层［4－5］。直井压后天然气产量为（1～4）×104m3／d，但对比同区块的水平井，其压后日产量可达105m3。因此，对直井进行细分层压裂，提高天然气泄流面积是必要的。为此，改进K344型压裂工艺管柱，设计Y241型压裂工艺管柱，研制专用的Y342型压裂工艺管柱，以提高苏里格地区的直井分层压裂实施效果。

1 压裂管柱结构改进方案

1.1 K344型压裂工艺管柱

该类管柱中使用K344型封隔器，层间密封效果差，压裂过程中易产生串层，储层污染严重，只能实施3层或2层压裂工艺。在以前的作业中分3层的压裂效果没有分2层的压裂效果好，主要原因是其管柱结构和配套工具性能造成的［6］：

1） 用于层间密封的K344型封隔器依靠滑套节流压力实现坐封，密封强度低，无法实现可靠的层间密封，压裂时出现串层现象，造成先压开层或渗透性好的储层被多次污染，分层越多污染越严重。

2） 从压裂工艺分析，滑套节流使压裂液效率降低，无法形成理想裂缝，达不到设计砂比，造成压裂开发综合效果差。

基于以上问题，在K344型封隔器原有结构中加入驱动液缸，实现小压力转换为对胶筒较大扩张力，提高胶筒封隔强度；同时，优化滑套节流压差，在保证压裂液效率前提下，产生合理的节流压力，且压裂后能实现自行解封，便于后期管柱起出。由于K344封隔器的结构特征，在压裂时胶筒反复压缩，从现场实施效果分析，该工艺管柱能稳定实施5层以内的压裂工艺。改进的K344型压裂工艺管柱结构如图1。

图1 改进的K344型压裂工艺管柱（2层示意）

1.2 Y241型压裂工艺管柱

Y241型封隔器是一种单向卡瓦悬挂支撑、液压实现坐封、上提实现解封的封隔器［7－9］。选配该封隔器设计了Y241型压裂工艺管柱，结构如图2。其优点是液压坐封，层间密封强度高，管柱锚定性能好，满足分层压裂工艺要求。但是，Y241型封隔器带有卡瓦，分层越多，管柱解封时的风险就会越大。根据现场实施效果，只能实现分5层压裂。

图2 Y241型压裂工艺管柱（3层示意）

1.3 Y342型压裂工艺管柱

针对K344型压裂工艺管柱反复坐封、Y241型压裂工艺管柱细分层压裂后解卡困难的问题，研制了基于Y342型封隔器的Y342型压裂工艺管柱。Y342型封隔器采取的是无卡瓦支撑、液压坐封方式，并锁定密封。该工艺管柱最多可实现分12层的压裂施工。

1.3.1 工艺管柱结构

Y342型压裂工艺管柱结构如图3所示。

图3 Y342型压裂工艺管柱（4层示意）

1）管柱坐封及压裂 施工时，将该管柱按设计下到指定位置，压重使Y211型封隔器锚定在套管壁上。投坐封树脂球，到位后加压使Y342型封隔器、Y211型封隔器坐封、压差滑套开启，可进行第1层压裂。逐层投球打开对应投球滑套，完成剩余层的压裂。

2） 管柱解封 压裂完成后需要解封时，由于解封剪钉在坐封时就已经剪断，只是悬挂机构的作用没有解封，此时正向旋转管柱并上提30～50kN力，最上端第1个Y342型封隔器就会解封。继续正向旋转管柱，并上提30～50kN力，Y342型封隔器依次解封，所有封隔器胶筒收回，整个管柱完全解封。

3） 压裂后生产 压裂后不动管柱生产过程中，所有Y342型封隔器均未解封。由于压裂时所投树脂球的密度较小，每一层的生产流体都能将上层树脂球自动顶开，保持生产通道畅通。

1.3.2 配套工具类型及性能指标（如表1）

表1 Y342型压裂工艺管柱配套工具类型及性能指标

1.3.3 压裂层数设计

分层压裂树脂球与球座配合按6.35mm（0.25英寸）和3.18mm（0.125英寸）级差设计。对于内径为60mm的注入管柱（2英寸UPTBG油管），最多可分12层压裂，此时，对应的最大球座内径为56.9mm。如果分层数＜8，建议选择6.35mm（0.25英寸）级差，更加安全、可靠。

2 现场实施情况

截至2011－07，在苏10区块已实施6口井的老井调层压裂，在苏11区块实施2口井的新井压裂。数据如表2～3。

表2 老井调层生产数据

表3 新井细分层压裂生产数据

目前利用改进技术已实施老井调层6口井，其产气量提高1～3倍，其中苏10－28－51井先前基本无产量，实施调层后恢复产能，平均日产气达到1.73×104m3，增产效果明显。

实施的2口新井，其产量均达到6×104m3／d，与临井压裂初期产量相比提高2倍。随着生产的继续，天然气产量持续增加，经济效益显著。

据统计，仅长城钻探公司所属3个开发区块需要调层分层压裂的老井就有300多口，每年钻新井100多口，应用前景十分广阔。

3 结论

1） 改进了K344型压裂工艺管柱，优化了封隔器的节流压差，能稳定进行5层压裂施工，提高了分层压裂实施效果。

2） 设计了Y241型压裂工艺管柱，丰富了直井分层压裂工艺，其层间密封强度高，可实现分5层的压裂施工，但解封困难。

3） 研制了全新的Y342型压裂工艺管柱，包括Y342型封隔器、无节流投球滑套、压差滑套、压力开启安全阀、坐封球座等配套工具。通过球与球座配合结构优化，能实现直井分12层的压裂施工，且施工更加简便、安全、可靠。

4） 为使苏里格地区的老井恢复产能，弥补区块产量递减，应该加快Y342型压裂工艺管柱研制步伐，争取做好单体、整体室内试验，并根据室内试验结果做好改进优化工作以及现场试验，形成稳定成熟的产品，以服务苏里格地区老井改造和新井增产。

［1］田 伟，郭 彬，杨亚聪.苏里格气田苏6井区老井生产分类研究［J］.石油化工应用，2010，29（10）：22－25.

［2］杨 健，陶建林，陈 郸.苏里格气田储层改造工艺分析［J］.天然气工业，2007，27（12）：96－98.

［3］魏克颖，刘 毅，曹彩云.苏里格气田压裂工艺技术优化研究［J］.石油化工应用，2006（4）：9－15.

［4］李 爽，李玉城，段宪余.水平井技术在苏10区块的应用［J］.特种油气藏，2011，18（3）：84－86.

［5］李文权，王 瑞.苏10区块气层识别技术及勘探开发潜力分析［J］.特种油气藏，2006，13（6）：39－41.

［6］李志龙，姜 涛，方旭东，等.K344气井不动管柱分压合采工艺技术［J］.油气井测试，2010，19（2）：44－47.

［7］赵广民，王艳华，任 勇，等.Y241型封隔器分压管柱及在长庆气田的应用［J］.石油矿场机械，2009，38（10）：78－80.

［8］陈 宁.Y241－114封隔器研究与应用［J］.钻采工艺，2003，26（1）：50－52.

［9］王建周.水力锚＋Y241－112油套分注工艺［J］.内蒙古石油化工，2006，32（8）：156.