侧钻水平井分段压裂完井技术在气田的应用

王学正，韩永亮，王海霞，李 妍，秦诗涛

（1.渤海钻探工程技术研究院，天津300280；2.大港油田滩海公司，天津300280）

侧钻水平井分段压裂完井技术在气田的应用

王学正1，韩永亮1，王海霞2，李 妍1，秦诗涛1

（1.渤海钻探工程技术研究院，天津300280；2.大港油田滩海公司，天津300280）

经过多年的开发，苏里格气田部分老井产能逐渐衰减，通过对老井进行小井眼开窗侧钻分段压裂改造，能有效恢复老井的产能。介绍了适合苏里格气田小井眼开窗侧钻水平井分段压裂的完井方式、完井管柱、配套工具及施工程序。现场试验表明，小井眼开窗侧钻水平井裸眼分段压裂完井工艺技术是开采苏里格气田地层剩余储量的有效手段。

小井眼；侧钻；水平井；分段压裂；完井

苏里格气田为低压、低孔、低渗的地层岩性圈闭气藏，采用常规方式开发效果不明显，必须采用压裂技术才能达到气井的有效开发，水平井分段压裂完井工艺技术是实现少井高产、提高气井采收率的重要手段。截止目前，渤海钻探工程技术研究院自主研发的水平井分段压裂完井管柱已在苏里格气田成功应用100余口井，增产效果显著，完井后的产气量是周围常规压裂酸化邻井的5～10倍。苏里格气田经过多年的开发，多数区块已完成井位部署任务，部署新井位较为困难，目前部分老井经过多年的开采产能已逐渐衰减，急需进行后期改造。通过对老井进行小井眼开窗侧钻，不仅可以节约钻井和地面建设的重复投资，而且可以利用原井的上部井眼和地面管网，使一些低效井、关停井恢复生产，提高采收率［1-2］。

1 小井眼开窗侧钻水平井分段压裂完井技术

1.1 完井方式选择

对于小井眼开窗侧钻水平井，其完井方式主要有射孔完井、裸眼完井、割缝筛管完井、砾石充填完井、化学固砂完井等。国内的侧钻井主要采用裸眼完井和筛管完井。目前的侧钻水平井筛管完井工具主要存在以下问题：压裂距离有限；工具一次下入难以完成多段的压裂施工；井下发生复杂事故时起出管柱困难。由于侧钻水平井裸眼段地层分布不均匀，采用筛管完井方式针对性不强，效果不明显。裸眼完井方式不进行三开固井及射孔作业，极大地提高了完井作业时间，并且三开不进行固井作业避免了水平井固井质量差的问题，可以实现对气层进行选择性的分段改造［3-4］。

根据苏里格气田的地质条件以及各种侧钻水平井完井方式的特点，为了满足水平井分段压裂改造的要求，并综合苏里格气田其他区块水平井施工经验，选择完井改造程度高，产能较高且成本低的裸眼完井方式。

1.2 完井管柱设计

小井眼开窗侧钻水平井裸眼分段压裂改造，主要的完井工具包括水力锚（锚定完井管串）、悬挂封隔器（悬挂在老井套管壁上封隔上部地层）、裸眼封隔器（封隔压裂的各层段）、投球滑套（打开地层与油管环空之间的液流通道）、压差滑套（分段压裂第一层液流通道打开工具）以及坐封球座（坐封封隔器）等。例如，分4段压裂施工管柱如图1所示。

图1 分4段压裂施工管柱示意

1.2.1 完井管柱设计原则

1） 封隔器要有较好的坐封位置。物性较差的泥质砂岩段、电性较差的井段、井径变化较小、没有明显扩径的井段、或钻时较长的井段。

2） 尽量增加压裂裂缝的泄流面积。

3） 使水平井段得到最有效的利用。

1.2.2 悬挂封隔器位置设计原则

1） 在侧钻开窗点150 m以上。

2） 在有水泥环的套管段内。

3） 避开套管接箍。

1.2.3 工艺原理

按照设计要求，将分段压裂完井管柱下到预定位置，油管投低密度球，待球落到坐封球座上，油管加压坐封悬挂封隔器和裸眼封隔器。压裂施工过程中，油管加压打开压差滑套，开始对最下层进行加砂压裂。最下层施工结束后投入低密度球，送球至投球滑套内的球座上。油管加压剪断剪钉打开第2段油管环空和地层之间的液流通道进行第2段加砂压裂。按照分段压裂施工设计依次投球打开各级投球滑套逐层进行加砂压裂。整个压裂施工结束后，对气井进行放喷，各层之间相互连通实现合采。

1.3 配套工具

渤海钻探工程技术研究院根据小井眼开窗侧钻水平井特殊的井身结构自主研发了小井眼分段压裂完井配套工具，包括裸眼封隔器、投球滑套、压差滑套以及坐封球座等。

1.3.1 裸眼封隔器

结构组成如图2。

图2 裸眼封隔器

1） 技术参数

2） 结构特点

①双封设计，保证了整体结构的密封性。

②锁块结构设计，保证下井过程中不会提前坐封。

③马牙环锁紧机构设计，保证加压坐封可靠。

1.3.2 投球滑套

结构组成如图3。

1） 技术参数

2） 结构特点

①投球滑套采用剪钉固定并用硫化O型圈密封，保证整体结构的密封性和安全性。

②设计了不同尺寸的投球球座并与相应的低密度球配合，可以满足多级分段压裂要求。

③设计了锁紧装置，以保证内滑套下行到位后不会回弹，影响低密度球的顺利返排以及后续生产。

图3 投球滑套

1.3.3 压差滑套

结构组成如图4。

1） 技术参数

2） 结构特点

①解决了投球滑套不能用于侧钻水平井最下层的难题。

②平衡气孔的设计，使油管与环空之间的压力差必须达到一定值才能打开，降低了压差滑套在坐封、丢手过程中提前打开的风险。

③设计了锁紧装置，以保证内滑套下行到位后不会回弹，影响低密度球的顺利返排以及后续生产。

图4 压差滑套

1.3.4 坐封球座

结构组成如图5。

1） 技术参数

2） 结构特点

①坐封前依靠内部通道进行循环顶替泥浆作业。

②投球坐封后，依靠整体结构实现管柱自封。

③锁紧装置的设计保证内滑套锁紧的可靠性。

图5 坐封球座

1.4 施工程序

1） 通井规、刮削器刮套管。钻具组合为：ø139.7 mm（5⅟²英寸）套管刮削器＋ø115 mm通井规通井刮削到套管开窗点以上约10 m位置。

2） 单铣柱模拟通井。钻具组合：ø118 mm钻头＋ø73 mm斜坡钻杆1根＋ø115 mm铣柱1个＋ø73 mm斜坡钻杆＋ø73 mm加重钻杆＋ø73 mm斜坡钻杆。

3） 修整开窗窗口。钻具组合：引鞋＋ø73 mm斜坡钻杆1根＋修窗口铣柱1个＋ø73 mm斜坡钻杆＋ø73 mm加重钻杆＋ø73 mm斜坡钻杆。

4） 双铣柱模拟通井。钻具组合：ø118 mm钻头＋ø73 mm斜坡钻杆1根＋ø115 mm铣柱1个＋ø73 mm斜坡钻杆1根＋ø115 mm铣柱1个＋ø73 mm斜坡钻杆＋ø73 mm加重钻杆＋ø73 mm斜坡钻杆。

5） 用钻杆送完井管柱到预定位置。管柱结构：分段压裂完井管柱＋ø73 mm斜坡钻杆＋ø73 mm加重钻杆＋ø73 mm斜坡钻杆。

6） 用2%KCl水溶液顶替井筒内泥浆。

7） 坐封悬挂封隔器和裸眼封隔器并丢手。

8） 下回接压裂管柱。管柱结构：回接插入密封＋ø73 mm油管1根＋水力锚＋ø73 mm油管1根＋套压阀＋ø73 mm油管。

9） 压裂施工。

2 现场应用情况

苏A井是苏里格气田的1口小井眼开窗侧钻水平井，该井是通过在ø139.7 mm套管内开窗侧钻，采用裸眼方式完井，井眼尺寸ø118 mm，完钻井深3 748 m，侧钻点井深2 905 m，狗腿度10～15°，水平段长度463.3 m，分4段进行压裂改造。在整个加砂压裂施工过程中，封隔器坐封可靠，各级滑套打开顺利。

试验表明，采用该技术可以将小井眼开窗侧钻水平井技术与裸眼分段压裂完井技术有机地结合起来，使一些低效井、关停井恢复生产，经济和社会效益好，并且有利于环境保护。该技术的推广在未来具有广阔的发展前景。

3 结论

1） 对小井眼开窗侧钻水平井进行了完井方式选择，确定了适合苏里格气田的裸眼完井方式。

2） 确定了小井眼开窗侧钻水平井完井管柱，管柱结构简单，操作方便，施工成功率高。

3） 自主研制了适用于小井眼开窗侧钻水平井分段压裂完井配套工具，包括裸眼封隔器、投球滑套、压差滑套以及坐封球座等。

4） 确定了小井眼开窗侧钻水平井分段压裂完井施工程序。

5） 现场试验表明，小井眼开窗侧钻水平井裸眼分段压裂完井技术是开采苏里格气田地层剩余储量的有效手段。

［1］ 张鹏，程智远，刘志斌，等.水平井分段压裂坐封球座的研制与应用［J］.石油钻采工艺，2011，33（2）：131-133.

［2］ 朱正喜，李永革.水平井裸眼完井分段压裂技术研究［J］.石油矿场机械，2011，40（11）：44-47.

［3］ 高立军，王广新，郭福祥，等.大庆油田小井眼开窗侧钻水平井钻井技术［J］.断块油气田，2008，15（4）：94-96.

［4］ 白俊成.ø139.7 mm套管开窗侧钻技术［J］.江汉石油学院学报，2004，26（增刊）：293-295.

Application of Multi-Stage Fracture Completion Techniques of Horizontal Well with Slim Hole Oriented Window and Sidetracking in Gas Field

WANG Xue-zheng1，HAN Yong-liang1，WANG Hai-xia2，LI Yan1，QING Shi-tao1
（1.Engineering Technology Research Institute，BHDC，CNPC，Tianjin 300280，China；2.Dagang Oilfield Shallow Water Development Company，CNPC，Tianjin 300280，China）

slim hole；sidetracking；horizontal well；multi-stage fracture；completion

TE925.307

B

10.3969／j.issn.1001-3482.2014.12.011

1001-3482（2014）12-0044-04

2014-06-09

王学正（1985-），男，天津宁河人，工程师，2009年毕业于大庆石油学院应用物理专业，现从事采油技术研究工作，E-mail：wang.xuezheng＠163.com。

Abstract：In the Sulige gas field，after years of development the gas yield of part in old well gradually decay.Through the slim hole Sidetracking and Multi-Stage Fracture Completion can effectively improve the production capacity of old well.This paper introduces completion method，completion pipe string，supporting tool and construction procedure of horizontal well with slim hole oriented window and sidetracking at Sulige gas field.Site test shows that multi-stage fracture completion techniques of open-hole horizontal well with slim hole oriented window and sidetracking is effective to develop remaining reserve at Sulige gas field.