连续油管技术在页岩气水平井射孔与钻塞中的应用

2015-04-13文小娟曹红海卢可佳王先平

江汉石油职工大学学报 2015年6期

关键词：泵压桥塞射孔

文小娟，曹红海，卢可佳，王先平

（1.中石化江汉石油工程有限公司测录井公司，湖北潜江433123；2.新疆大学地质与矿业工程学院，新疆乌鲁木齐830047）

连续油管（简称CT，Coiled－Tubing）技术解决了许多常规作业技术和方式难以解决的问题。它在压裂、酸化、钻磨、切割、喷射和钻井等领域都得到较好的应用，预计未来10年，在页岩气开发中应用将更加广泛。点是保护油层，冲砂效果较好。

图1 负压冲砂井下工具系统

1 技术特点及国外发展现状

连续油管技术和配套作业装置在国外已经历了50多年的发展历程。在水平井中利用连续油管进行冲砂洗井、酸化、压裂、打捞、钻塞、分层注采等作业，应用效果良好。

1.1 技术与装备的特点

1）技术优势。①成本低，高效安全，用途广泛；②可进行不放喷、不压井作业，防止地层污染，保护油气层；③在水平井、大斜度井中，连续油管作业更具优势；④特别适用于海上平台钻井和过油管钻井作业。

2）地面设备主要结构。地面设备主要由滚筒、注入头、操作室、动力组、井控装置等组成。

1.2 国外发展现状

经过几十年的应用和改进，连续油管技术更加系列化、专业化、成熟化。

1）装备器材系列化。地面设备－－注入头研制已基本实现系列化。不同型号注入头通过更换连续油管夹持块来实现与不同口径尺寸的连续油管配接。连续油管可选范围为Φ22.23mm～Φ168.28mm，其材质从碳钢发展到合金钢、钛合金及复合材料；常用的有70、80、90、100、110、120六种钢级，钢级越高，连续油管抗拉、抗扭、抗压性能越好。

2）工具专业化。井下工具逐渐成为作业工艺的代名词。负压冲砂井下工具系统（图1）主要由喉部节流装置、滤砂装置、单向阀、连接器、喷射装置等组成，其特

3）工艺成熟化。随着水力模拟技术的发展，冲洗、酸化增产措施、氮气气举这3项连续油管主体作业工艺技术更加优化。

4）发展趋势。连续油管技术与装备的发展趋势主要体现在：①改善井下工具；②改善作业效果；③增产作业；④在直井、斜井和水平井中，连续油管钻井作业安全有效。

2 国内应用现状

目前，全国约有30多套连续油管作业设备，主要用于逐层压裂、拖动酸化、传输射孔、喷射酸化和磨铣解堵、气举、钻塞等作业。

1）连续油管传输射孔。可在大斜度井甚至水平井进行射孔作业，连续油管作业设备可无接箍连接，可进行不压井作业，避免使用压井液，保护油气层，从而有效沟通油气层。

采用连续油管传送负压射孔经济可行，其技术关键是采用井下安全阀（此阀与地表间距起防喷管的作用），既保证长射孔枪得以使用，又无需在收枪时压井。

2）连续油管水平井拖动酸化。可用于水平井段酸化作业、连续油管注酸作业，实现了水平井段的均匀布酸，增产效果显著。

3）连续油管喷砂射孔逐层压裂。适用于薄层交互的储层，起下一趟管柱可完成多层段作业，各储层互不影响，从而使得各储层获得最佳导流裂缝，获得最大产能。

总体而言，连续油管技术及装备在国内的应用较少，其主要原因是：①国内适合连续油管作业的油气井少；②配套工具缺乏，作业工艺种类少；③单井作业成本高；④各油田连续油管工艺发展不均衡。

3 应用探索

江汉测录井公司于2013年应用连续油管输送射孔与连续油管钻塞技术，在国内大型商业开发页岩气田－－涪陵页岩气田进行了应用尝试。

3.1 涪陵页岩气田焦页A井

A井是在川东南地区焦石坝背斜带部署的一口页岩气水平井，完钻井深3 800.0m，垂深2 465.9m，最大井斜88.5°，水平段长1 031.0m，工程设计分15段进行压裂改造（表1，2）。

表1 A井射孔层位数据表

表2 A井桥塞座封深度数据表

3.1.1 连续油管输送射孔

第1段（3 766.5～3 765.0m，3 744.5～3 743.0m）采用连续油管输送射孔工艺：采用Φ89mm射孔枪，孔密16孔／m，相位60°，起爆器2套（压力开孔起爆器＋压力起爆装置）。

施工过程：①到达井场后，模拟射孔枪串通井。②模拟射孔枪起出井口，模拟枪正常。③现场装配射孔枪。④井口联接射孔枪，使用连续油管输送射孔枪串入井，下至人工井底。⑤上提连续油管，到达第一簇射孔井段，环空打压至设计压力值P1，压力突降至P2时，连续油管抖动明显，判断下部射孔器起爆。⑥上提连续油管，到达第二簇射孔井段，连续油管内打压至设计压力值P3，压力突降至P4时，连续油管抖动明显，判断上部射孔器起爆。

3.1.2 连续油管钻磨复合桥塞

采用2"连续油管，钻磨过程中为确保塞面的碎屑尽量被循环至井口和降低磨鞋温度，钻磨工具串上提速度控制在（10.0～15.0）m／min，泵车排量控制在（400.0～430.0）L／min，然后继续下放钻磨工具串至塞面完成每一个桥塞的钻磨。钻磨工具串（图2）：连续油管＋转换接头＋马达总成（单流阀＋液压丢手＋双循环法）＋震击器＋螺杆钻＋磨鞋。

图2 钻磨工具串部分构件

钻磨过程：①观察泵压。②密切观察负载和泵压的变化，如果泵压有急速上升的趋势时立即停泵，同时开泵压保持原来的排量循环，然后继续下放至塞面，让塞面的负载保持在固定范围，且泵压稳定。③观察面板负载及泵压，钻磨一段时间发现负载和泵压逐渐降低说明钻磨正常。每次上提循环下放时，逐步增加塞面的负载，直至面板上的负载减少至负值，再以合适的速度下放观察负载不变或继续减少，说明桥塞已磨通。④如果在钻磨中发现负载急剧增加而泵压基本保持不变，这很有可能是磨鞋磨胶筒或磨被推至下一个塞面的剩余桥塞，如果加负载泵压不变时，在可控制排量的范围内增加泵车排量。⑤在整个磨塞的过程中，主要观察的是塞面的负载和泵压的变化，参考井口压力、反排量判断井底的情况从而决定磨塞时的负载和泵压。⑥每磨掉3个桥塞探至下一个塞面时上提循环，同时要确保塞面的碎屑尽量被循环至井口和降低磨鞋的温度，然后继续下放至塞面完成下一个塞的钻磨。⑦如此循环至全部桥塞钻磨结束。

A井施工除第1段采用连续油管输送射孔、套管压裂，其余14段均采用泵送桥塞射孔连作施工，依次完成所有层段的射孔、压裂施工后，再采用连续油管钻磨复合桥塞。射孔均一次成功，穿孔率100%。经钻塞、返排试气获后A井获得高产12.0×104m3／d工业气流。