大庆油田徐深气田分层压裂与测试一体化技术

刘 淼 卢澍韬 翟庆红 李俊亮 王长根 安志波 李 楠

（1.大庆油田有限责任公司采油工程研究院，黑龙江 大庆 163453；2.黑龙江省油气藏增产增注重点实验室，黑龙江 大庆 163453）

0 引言

松辽盆地北部深层构造单元徐家围子断陷徐中构造带上火山岩徐深气田深层天然气藏储量较大，但埋藏深、岩石致密，表现为低孔低渗的特点，纵向上发育多套薄差储层，储量极难动用，一般采用压裂后多层合采来提高气井单井产量［1-11］。传统的笼统压裂后合采的工艺，由于层间干扰矛盾突出，无法满足徐深气田开发要求。后期逐步形成坐压多层等分段压裂工艺，该工艺采用向管柱内依次投入由小到大的可溶压裂球，逐级打开喷砂滑套实施分层压裂，压后不更换管柱直接投产，但由于受到滑套球座内径的限制，整个管柱无法实现全通径，后期分层测试无法开展，不同产层贡献率无法准确获知［12］。

1 分层压裂与测试一体化工艺原理

通过不断的试验攻关，徐深气田分层压裂与测试一体化工艺由技术初期的仅压裂球均可溶，发展为压裂球与压裂球座可溶，分层压裂后可实现井筒全通径。

实施工艺管柱由Y444压裂完井封隔器、Y341外导压平衡封隔器、多功能喷砂器带可溶球座、压力滑套和坐封球座组成（图1）。管柱下入后投可溶球，当球落入坐封球座后，先打压使封隔器坐封，然后继续打压开启压力滑套实施第一层压裂，随后依次投入相应尺寸的可溶球打开多功能喷砂器进行逐层压裂。

图1 分层压裂与测试一体化工艺管柱图

压裂施工结束后，多功能喷砂器内部的可溶球座及压裂球经过4-5 d即可完全溶解，实现分层压裂，多层合采。后期通过钢丝投送带井下压力计的测压堵塞器，将其坐落于管柱最上层多功能喷砂器上进行最上层压力测量，相应的产量通过井口流量计读取，再经解释分析就能获得最上层的产气能力；自上而下第二层投入第二级测压堵塞器，即可获得自上而下第二层地层压力，第二层产气量等于地面流量计测得的产气量减去第一层产气量，通过解释分析就能获得第二层的产气能力；自上而下第三层投入第三级测压堵塞器，即可获得自上而下第三层地层压力，通过产量递减法获得第三层产气量，解释可得第三层产气能力；再通过产量递减法获得第四层的产气量，该工艺最多可实现四层分层压力产量测试（图2）。

图2 分层试气原理图

2 井下核心配套工具

2.1 Y341外导压平衡封隔器

工具串中最重要的工具，通过封隔器坐封实现产层间封隔，满足分段压裂施工及分层测试需求。

液体由Y341封隔器中心管通道进入坐封活塞，液压推动活塞上行压缩胶筒实现坐封。在胶筒上部设计导压通道，当目的层压裂时，目的层环空压力通过该通道导压至胶筒下部的平衡活塞，导压对胶筒产生向上的推力用于平衡胶筒上方的环空压力，这样封隔器始终处于坐封状态，保证压裂层位是当前层段。通过上提管柱产生对胶筒向下的摩擦力来剪断解封销钉实现封隔器解封（图3）。

图3 Y341外导压平衡封隔器结构图

2.2 球座可溶式多功能喷砂器

球座可溶式多功能喷砂器集压裂、测压功能于一体，是分层压裂与测试一体化管柱中的核心工具，每级多功能砂器内置一个可溶球座，每级球座存在3 mm级差。压裂施工过程中通过从井口投入可溶压裂球打开滑套，实施逐层压裂。

多功能砂器内部设计了定位机构，用于后期测压堵塞器的定位密封，压裂施工结束后，可溶球座在井底温度下约4～5 d即可完全溶解，后期投入测压堵塞器坐落于多功能喷砂器内部，实现分层测试或封堵等目的（图4）。

图4 多功能喷砂器结构图

注：1.定位接头；2.可溶球座；3.滑套；4.剪切销钉；5.喷砂体

多功能喷砂器的技术核心在于可溶球座材质以及耐磨涂层的选择［13-15］。通过开展可溶镁铝合金材料模拟井下环境的溶解实验，改变可溶镁铝合金所处的溶解液环境，改变溶解液的温度、Cl-浓度等因素，最终确定可溶球座用金属成分配比如下：

室内试验评价表明，模拟实际徐深气田天然气井压裂工况下，环境温度范围在50～98℃时，可溶球座在压裂液体系中溶解时速低于3 mg/cm2，表明在压裂施工过程中可溶球座有较好的抗溶解性；当KCl溶液浓度为0.5%时，50℃初始溶解时速达到9.1 mg/cm2，98℃时初始溶解时速提升至18.6 mg/cm2，12 h可溶球座直径扩大近2 mm，且随着时间延长可溶球座溶解速度加快，体现了可溶球座材质上的优越性。压裂施工结束后，当井筒温度升高能够加快实现溶解速度，提高后续测试及生产效率。

2.3 测压堵塞器

测压堵塞器内置耐高温压力计，通过钢丝作业投送至对应多功能喷砂器中，用于目的层位的井下压力、温度数据测量。当测压堵塞器坐落在多功能喷砂器中，其上下两组V型密封机构，将喷砂口进行密封，进而实现各产层封隔。两组密封之间设计有侧壁测压通道，实现当前层位地层压力测量；同时，侧壁通道可内置死嘴子或不同嘴径嘴子，满足封堵或产气量调控需求（图5）。

图5 测压堵塞器结构图

3 工艺效果评价

徐深气田X井位于松辽盆地东南断陷区徐家围子断陷徐西斜坡带，2020年3月开钻，5月完钻，完钻井深为3 745 m，采用P110-13Cr生产套管完井。该区域气藏原始地层压力为36.80 MPa，压力系数为1.08，属正常值；统计实测地层温度资料，地层温度为155℃。

2020年底，利用分段压裂及测试一体化工艺对该井开展试气作业，并列出压裂试气层位（表1）。

表1 压裂试气层位数据表

该井压裂施工过程压力平稳，全井累计泵入气井的压裂液为1 920 m3，加入石英砂为120 m3，最高施工压力为64 MPa，最高施工排量为7 m3/min（图6）。压裂施工结束后，仅4 d时间可溶球座即实现完全溶解，为后续投送测压堵塞器实施试气作业提供了井筒通径。

图6 压裂施工曲线图

该施工作业的成功实施，表明配套井下核心工具Y341外导压平衡压裂封隔器、多功能喷砂器及可溶球座能够满足深井井下温压条件及大规模加砂施工的要求，验证了分段压裂及测试一体化工艺的可靠性，完全满足徐深气田深层气井分层改造及试气要求。

4 结论与建议

1）分层压裂及测试一体化工艺可实现一趟管柱具有压裂、完井、测试功能，该工艺满足井深大于3 000 m气井2～4层的分层压裂、分层测试；

2）可溶球座材料经过多次室内实验评价优选，表面经特殊处理，耐冲蚀防腐蚀性能强，满足压裂施工过程中不溶解，而压后快速溶解要求；

3）压裂及测试一体化工艺的成功应用，解决了多层同采产层贡献率认识不清的问题，缩短了作业周期，降低了施工风险和成本，成为实现徐深气田高效开发的一项可靠技术手段。