投球计数滑套分段压裂技术在锦58井区应用实践

2018-08-18王新君申贝贝

石油地质与工程 2018年4期

王新君，申贝贝

王新君，申贝贝

（中国石化华北油气分公司石油工程技术研究院，河南郑州 450006）

锦58井区属典型的低孔、低渗致密砂岩气藏，采用水平井裸眼封隔器分段压裂虽然效果显著，但压后无法实现井筒全通径，制约后期的井筒治理，为此试验了投球计数滑套分段压裂工艺。该工艺将常规的级差式投球滑套改进为投球计数滑套，通过投入同一尺寸的压裂球实现水平段逐级分段压裂改造。投球计数滑套分段压裂工艺具有完井、压裂和生产管柱一体化、压裂级数不受限制、作业速度快、压后井筒大通径等优点。X井现场应用表明，投球计数滑套分段压裂工艺不仅可以实现1d内12段压裂施工，而且水平井增产效果显著，X井平均无阻流量达到同区内直井的8.6倍。

锦58井区；水平井；投球计数滑套；分段压裂

锦58井区位于杭锦旗区块十里加汗区带西部，构造单元位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡北部，主要含气层为上古生界下石盒子组盒1段，储层平均埋深3 080 m，岩性以岩屑砂岩为主，气层分布受砂体展布和物性变化控制。盒1段平均孔隙度9.3%，平均渗透率0.89×10–3μm2，属于典型的低孔、低渗型气藏，气井基本无自然产能，需要进行压裂改造投产。

2015年对锦58井区进行了勘探开发一体化评价，进一步落实了锦58井区储量。多级管外封隔分段压裂工艺具有储层与井筒接触面宽、泄流面积大、建井成本低等特点，在锦58井区的勘探开发过程中改造效果显著（平均单井产气无阻流量10.4×104m3/d），有力地支撑了杭锦旗区块的高效勘探开发。但是压裂井在加砂压裂施工后进行排液测试及采气过程中，常常有支撑剂回流的现象[1]，特别是对于出砂严重的井，需要实施冲砂等修井作业[2]。多级管外封隔分段压裂管柱结构存在投球式级差滑套[3]，导致压后井筒无法实现全通径而影响后期井筒冲砂作业、储层二次改造等作业。为此，在杭锦旗区块锦58井区开展了水平井投球计数滑套分段压裂试验。

1 投球计数滑套分段压裂技术

投球计数滑套分段压裂技术以常规多级管外封隔分段压裂完井管柱和压裂工艺为基础，将级差式投球滑套改进为新型计数式投球压裂滑套，各级滑套使用同一尺寸的压裂球逐级打开，可实现压裂后井筒大通径生产管柱的目的。

1.1 工艺原理

投球计数滑套分段压裂技术工艺原理与常规多级管外封隔分段压裂工艺相似，利用钻杆一次下入分段压裂工具串，投球加压坐封尾管悬挂封隔器和裸眼封隔器，利用裸眼封隔器进行压裂段间的隔离，丢手分压工具串后再回接压裂管柱。工具串第一级采用压力开启阀，压裂时，两个破裂盘在内部套管压力作用下，压力超过设定值时击破破裂盘，打开压裂通道。第一段施工结束后投球打开第二级滑套，进行第二段压裂。依次类推，在不动管柱情况下，依次投入同一尺寸的球，逐级打开各级滑套，可实现水平井分段压裂[4]。此外，在投球计数滑套套管固井完井中，也可以实现用同一尺寸的球打开多个滑套，实现分簇体积压裂。

1.2 投球计数滑套关键技术

投球计数滑套是利用机械旋转计数器依次步进的原理所研发的一种新型投球压裂滑套（图1）。投球计数滑套采用了全机械驱动机构，无需电缆或液压管线控制，只有投球后，在机械计数器的触发机构处依靠节流压差形成推动力，从而推动计数器工作。

同时，在滑套没有打开前，压裂球也可以反方向驱动，精确计数。在压裂时，砂堵后可以通过放喷解堵，操作顺序不会混乱。计数器以5步为一个单元，可以延长叠加，理论上可以实现无限级。

图1 投球计数滑套管柱结构示意　　

投球计数滑套分段压裂工具采用P110钢级，可承受10 000 psi压差和150℃高温环境，适用于4½"和5½"裸眼管外封隔器或套管固井完井，工具参数见表1。所有入井的滑套都用同一尺寸球打开，压后管柱最小内径分别达到89 mm（3.5 in）和106 mm（4.17 in），满足后期（连续）油管冲砂作业等要求。

1.3 完井管柱结构组合

投球计数滑套管外封隔器完井管柱主要工具包括管外封隔器、压力开启阀、投球计数滑套、悬挂封隔器以及回接筒等。基本的管柱结构示例为：（自下而上）浮鞋 + 浮箍 + 碰压座 + 压力开启阀 + 裸眼封隔器 + 计数滑套 + 裸眼封隔器 + 计数滑套 +…+ 裸眼封隔器+套管 +悬挂器封隔器 + 回接筒 + 回接管柱（含回接插头和回接管柱），见图2。

1.回接管柱；2.回接插头；3.技术套管；4.回接筒；5.尾管悬挂封隔器； 6.套管；7.投球计数滑套；8.管外封隔器；9.压力开启阀；10.浮鞋+浮箍

对于套管固井完井投球计数滑套分段压裂工艺而言，完井管柱结构主要工具包括压力开启阀、投球计数滑套、悬挂封隔器、回接筒等。

此外，投球计数滑套分段压裂也可配合可溶性压裂球压裂施工。可溶解压裂球采用特殊铝镁合金材料材质，可在地层水中自行溶解，从而降低由于压裂球返排较少后在压后返排和生产过程中对流体流动的影响。

1.4 工艺技术特点

（1）压裂施工采用同一尺寸球，压后实现井筒大通径，便于后期井筒作业。

（2）可根据施工要求设置压裂级数和位置，滑套无级数限制。

（3）投球计数滑套工具适用于4½"和5½"裸眼管外封隔器或套管固井完井，在套管固井完井中可以实现同级多簇压裂和定点压裂。

（4）完井工具串与套管同一趟管柱下入，无需增加下入工序，且压裂施工工序简单，无需射孔，施工作业速度快。

（5）投球计数滑套压裂过程中砂堵后，可以通过放喷返排解堵，不影响计数滑套工作和后续压裂施工。

（6）既可用于直井、又可用于水平井，无需特殊作业要求，无需连续油管等设备配合，施工成本低。

2 投球计数滑套分段压裂现场应用

2016年至2017年，计数滑套分段压裂技术在锦58井区共应用水平井5口，设计段数39段，实际压裂37段（其中两段滑套未打开采用连续油管射孔压裂），段施工成功率94.9%。下面以X井压裂情况为例进行介绍。

2.1 X井概况

X井为杭锦旗区块锦58井区一口开发水平井，目的层为下石盒子组盒1段气层，邻井导眼目的层段测试解释盒1段气层砂体厚度为26 m，有效气层厚度为25 m，平均含气饱和度约48.5%，目的层上下均发育较厚的泥岩隔层，遮挡效果较好。X井实钻水平段长1 200 m，钻遇砂岩总长度为1 200 m，钻遇具有全烃显示的砂岩总长度为742 m，水平段加权全烃净增值20.97%。

2.2 X井完井及压裂方案

X井采用三级井身结构，在Φ152.4 mm井眼内下裸眼管外封隔、Φ114.3 mm套管和Φ114.3 mm投球计数滑套等工具组合完井。同时结合水平段测、录井解释和随钻伽马成果综合分析，封隔器座封在井径变化较小、没有明显扩径的井段或钻时较长的泥质砂岩段，计数投球滑套设置于封隔器之间。完井管柱依次进行刮管（刮管器）、通井（单磨鞋和双磨鞋）建立良好的井眼条件后，完井管柱一次顺利完成座封、验封、丢手及回接等工作。

X井设计八段压裂改造，其中第一段采用压力开启阀压裂施工，第二段至第八段采用投球打开计数滑套后压裂施工。基于不稳定渗流原理，应用复位势理论、叠加原理和数值求解方法，并考虑水平井压后裂缝形态和生产过程中油气在裂缝中的渗流机理，建立考虑裂缝干扰的压裂气藏水平井产量预测模型[5–7]，进一步优化裂缝参数及施工参数。设计单段入地液量240～335 m3，单段设计砂量30～45 m3，平均砂比22.8%，最高砂比35%，施工排量4.0 m3/min。同时优选0.42%羟丙基胍胶压裂液和20/40目中密度陶粒支撑剂，并配合全程液氮伴注工艺，降低压裂液滤失，提高压后返排能量和返排速率[8–9]。