易钻桥塞射孔联作技术在水平井分段压裂中的实践

2013-12-23叶登胜李剑秋

石油钻采工艺 2013年2期

任勇叶登胜李剑秋蒋海

（川庆钻探工程有限公司井下作业公司，四川成都 610051）

四川盆地中部侏罗系沙溪庙组储层是原油勘探开发的重要区域，其储层主要为粉、细—中砂岩，孔隙度1%～6%，平均3.4%；平均渗透率0.23 mD。受工艺水平限制，储层改造仅以直井小型酸化解堵、小规模加砂为主，加砂压裂成功率低，增产效果差，作业时效低。近年来，在水平井分段加砂压裂已经成为致密油气藏获得工业油气流重要储层改造手段的背景下［1-6］，利用水平井分段压裂技术来高效开发沙溪庙组储层显得尤为重要。因此，为了达到整体压裂、精细改造、提高时效的目的，在侏罗系沙溪庙组储层采用了易钻桥塞分段射孔加砂压裂技术。

易钻式桥塞分段射孔加砂压裂技术是目前北美地区页岩气水平井分段压裂的主流技术，适用于套管井，其主要特点是多段分簇射孔、易钻式桥塞封隔。桥塞可以通过电缆下入或连续油管下入并坐放，然后进行射孔、压裂，重复这一过程直到完成所有层段的压裂。施工结束后使用连续油管钻磨掉所有桥塞，进行测试、生产。结合分簇射孔措施，该技术可在水平段形成多条裂缝，压裂后形成的缝网更加复杂，有效改造体积更大，从而获得更好的增产效果。

1 压裂工艺选择依据及难点

G16H 井采用三开三完方式，目的层采用Ø114.3 mm 套管，下深3 556.0 m。改造目的层段为J2s1， 2 555.0～3 542.8 m，储层以灰色细砂岩、深灰色泥质粉砂岩为主，孔隙度4%～11%，测井共解释储层8 段，油气层1 段、差油层7 段，累计厚度573.1 m，压裂前未中测，预测地层压力25.3 MPa。

1.1 压裂改造工艺选择依据

（1）改造目的层属于低孔低渗储层，处于有利于砂体发育的沉积相中，要求水力压裂能够扩大有效改造体积，这就需要采用大规模压裂及精细压裂，采用易钻式桥塞分段射孔加砂压裂则具有较低的施工摩阻、准确的压裂分段、无限制的分段级数等优势。

（2）相比水平井封隔器坐封，打开滑套压裂，易钻式桥塞分段射孔加砂压裂后可以迅速钻磨，保证井筒的全通径，利于后期作业的实施。相比喷砂射孔压裂技术，则易钻式桥塞分段射孔压裂的改造强度和力度要更大，更适用于低渗透储层的改造。

（3）易钻式桥塞分段射孔压裂由于采用射孔、压裂联作，比常规先射孔，再下管柱压裂的方法能大幅提高作业时效。

1.2 施工难点

（1）该技术关键是电缆下入桥塞、射孔联作，如果前面桥塞不能坐封或是射孔不能完成，势必会造成不能实施压裂改造。

（2）储层属深层致密砂岩气藏，地层发育有一定低角度的天然裂缝，邻井G36 井由于采用的常规压裂技术手段，没有控制好施工排量与砂浓度的关系，在压裂过程中发生了砂堵。

（3）无论是在下桥塞过程还是后期钻磨桥塞，都需要套管具有较高的完整性。因此压裂施工中必须控制好压力，使其在能顺利压开地层的情况下不使套管变形。

（4）大规模施工，大液量、大砂量，施工周期长，给地面压裂设备、高压管线、井口等提出了更高的长时间耐压及稳定性的要求。

2 针对性措施

（1）该井水平段长达1 003 m，采用空心复合易钻式桥塞分段、逐层压裂的方式进行12 段压裂改造，提高储层动用程度，在邻井采用井下微地震技术实时监测裂缝的形成和延伸情况。

（2）采用滑溜水+低伤害胍胶体系作为工作液体系，要求压裂液具有良好的防乳破乳能力、摩阻低。

（3）加砂主体采用20/40 目的陶粒，前期注入一定量的100 目粉砂，以期起到封堵微裂缝的作用，后期尾追20%的覆膜陶粒以减轻支撑剂回流，加砂规模采用“水平段两端加砂规模大，中间段砂量适度”的改造模式。

（4）在施工工艺上，为了降低孔眼摩阻及早期砂堵风险，采用小粒径陶粒段塞技术。施工中采用小台阶下的逐级提升砂浓度模式，实现近线性加砂，确保泵注过程中支撑剂在裂缝中的浓度能够平稳增加，降低施工风险。

（5）结合套管抗内压强度，计算裂缝延伸压力、液体摩阻等参数，采取控制井底压力施工技术进行压裂作业。

（6）采用分簇射孔工艺以扩大压裂改造体积，射孔孔密为16 孔/m，前6 段分4 簇射孔，后6 段分3簇射孔。

3 施工步骤

3.1 下桥塞

桥塞是靠Ø8 mm 电缆下放和压裂车泵送的方式输送到预定的坐封位置。直井段以不超过50 m/min的速度下放，水平段开动压裂车泵送，泵送排量控制在保持电缆张力在3～5 kN、速度30 m/min 左右。该型桥塞采用高强度复合材料制成，空心投球式，可适用不同刚级套管，承受压差70 MPa，耐温达200 ℃。入井管串为：电缆绳帽+CCL+快换接头+射孔枪+隔离短节+滚轮短节+坐封工具+推筒+桥塞，如图1 所示。

图1 易钻式桥塞及射孔工具串组合

3.2 坐封桥塞并丢手

桥塞下到坐封位置后根据套管短节进行校深，确定深度无误后点火坐封桥塞。点火成功后，电缆张力会有1 kN 左右的变化，井口监控人员可明显感觉电缆有震动，说明桥塞已坐封并丢手，点火3 min后可上提电缆。G16H 井共计坐封9 个桥塞，全部一次坐封成功，设计坐封位置与实际坐封位置的误差基本都在0.25 m 以内。

3.3 射孔

上提73 型射孔枪至第一簇射孔位置（注意上提不能超过射孔位置），并与蓝图对比校正，确认无误后点火，射孔第一簇，继续上提电缆，完成后续射孔，全部完成后上提出井下工具串。该井实际共计射孔35 簇，射孔孔密为16 孔/m，孔径8.12 mm，相位角为60°，射孔成功率100%，射孔误差大都在0.22 m 以内（见表1）。

表1 G16H 井坐封桥塞及射孔情况统计

3.4 加砂压裂

压裂前投球封堵空心桥塞，然后按照施工设计的参数进行加砂压裂，压裂完一段再重复1～4 步。G16H 井于2012 年5 月12 日开始施工，前5 段压裂后钻磨桥塞，进行放喷测试。通过井下微地震实时分析后将压裂井段调整为10 段，8 天时间完成10 段施工，最高砂浓度、砂量等施工参数都创下了该区块新的记录（见表2）。微地震监测表明，总体压裂体积达到了34.6×106m3，总体压裂产生裂缝高度约为230 m，长度约为1 550 m（沿井筒方向），宽度约为500 m（垂直于井筒方向），取得了显著的压裂效果（见图2）。

表2 G16H 井施工参数及时效统计

图2 G16H 井裂缝监测示意图

3.5 钻磨桥塞

在全部施工段完成压裂后，用连续油管下入磨鞋，常用的工具包括磨鞋、马达、震击器、循环阀、丢手、单流阀等（见图3）。将全部桥塞钻完后全水平井段放喷测试，也可在施工完若干段后阶段性钻磨桥塞，分几次放喷求产。在实际磨铣过程中，尽量缓慢钻进，保证钻屑细小，便于循环，防止卡钻。

图3 连续油管钻磨桥塞工具串组合

钻磨桥塞过程中的回压控制显得非常重要。因为水平段携砂流速要求高，即需要大排量，而螺杆马达的排量是定值，所以要从便于携砂角度考虑选择油嘴；另一方面，如果回压过小，地层出砂也是需要注意的问题。油嘴的选择利用下式计算

式中，Δp 油嘴节流压降，MPa；Q 为泵注排量，m3/min；ρ 为流体密度，103kg/m3；C 为孔眼系数，无量纲；A为油嘴节流面积，m2。

在钻磨桥塞的连续油管选择方面，根据该井的井深条件及水平段长度，充分考虑最大提升力、前端推力等因素，计算出连续油管摩阻、前端推力、扭矩等关键参数，最终选择采用Ø50.8 mm 连续油管来钻磨桥塞（表3）。

表3 不同管径连续油管性能参数

本井钻塞过程采用Ø92 mm 磨鞋，控制循环压力38～45 MPa，循环排量350～420 L/min，配合Ø50.8 mm 连续油管（悬重变化10～30 kN）成功钻磨Ø114.3 mm 套管用易钻式桥塞9 只，钻磨完单只桥塞平均用时仅60 min 左右。通过自行研制的捕屑器，有效地捕获了桥塞碎屑、胶皮，避免返出物堵塞地面流程（图4）。