库车山前大斜度井桥射联作密切割分段压裂现场试验与认识

2022-11-04苏洲彭永洪徐强王甲昌徐扬

石油工业技术监督 2022年10期

苏洲，彭永洪，徐强，王甲昌，徐扬

1.中国石油塔里木油田分公司监督中心（新疆库尔勒 841000）2.中国石油塔里木油田分公司勘探事业部（新疆库尔勒 841000）

库车山前作为塔里木油田天然气勘探开发主战场，勘探面积广，石油天然气资源丰富，包括克拉苏构造带、秋里塔格构造带和库车北部构造带[1]。经过多年勘探评价，克拉苏构造带和秋里塔格构造带均已实现规模增储上产，而库车北部构造带虽取得了油气突破，但仍未实现规模发现。迪北气藏为库车北部构造带的重要勘探区块，表现尤为突出。该气藏属于常温高压致密砂岩凝析气藏，构造挤压强烈，断裂较发育，甜点区油气富集主要受控于高陡裂缝，储层厚度大，沉积结构复杂，连续性差[2-3]。该区块前期已进行20余井次储层改造，改造效果差异较大，主体改造工艺技术尚未定型，亟需探索其他储层改造方式。为此，以迪北气藏迪探X井为例，借鉴国内外非常规油气提产理念[4-8]，探索了桥射联作密切割分段压裂工艺，为库车山前高效勘探开发提供新思路。

1 迪探X井基本概况

迪探X井是库车坳陷北部构造带迪北斜坡带上的一口大斜度井，完钻井深为5 926 m，完钻层位为侏罗系阿合组，最大井斜78°，目的层段斜厚813 m、垂厚218 m，采用Φ139.7 mmP140套管完井，目的层钻井期间采用1.87 g/cm3的泥浆钻进未发生漏失，气测显示93 m/44层，最高总烃含量由0.58%上升至6.29%，气测显示偏弱。

2 储层特点及改造难点

2.1 储层特点

迪北气藏主力层系为侏罗系阿合组，气水关系复杂，无统一油气水界面，基质渗透率0.002×10-3～0.99×10-3μm2，基质孔隙度4%～8%，气藏中部温度144℃，气藏中部压力82.54 MPa，地层压力系数1.7～1.82，水平最小主应力为2.10 MPa/100 m左右，水平最大主应力为2.65～2.85 MPa/100 m左右，水平应力差25～37 MPa，延伸压力梯度2.3～3.1 MPa/100 m，天然裂缝发育差异较大。

2.2 改造难点

1）本井为大斜度井，改造井段为5 039.5～5 839.5 m，改造井段跨度大，其中一类储层占比24%，二类储层占比18%，三类储层占比3%，四类储层占比40%，泥岩占比15%，储层物性差、非均质性强。成像测井资料解释高角度裂缝15条，仅11条为有效裂缝，且主要位于致密的四类储层和泥岩层中，裂缝有效性差，实现均匀改造难度大。

2）地质预测井眼轨迹附近纵向上在下部阿二段底部发育有裂缝带，天然裂缝发育带距离井眼轨迹底部10～60 m，但改造段纵向上被4个高应力段隔开，井眼轨迹下部应力比上部应力高14 MPa左右，水力裂缝向下延伸沟通天然裂缝难度较大。

3）目的层地应力高（水平最小主应力为2.10 MPa/100 m左右，水平最大主应力为2.65～2.85 MPa/100 m左右），应力差大（25～37 MPa），裂缝延伸压力梯度大（2.3～3.1 MPa/100 m），天然裂缝以高角度裂缝为主且倾角变化大，天然裂缝开启井底净压力高，水力裂缝延伸及天然裂缝沟通难度大。

3 储层改造工艺优化

3.1 工艺优选

该井储层岩石类型为致密砂岩，裂缝发育差、气测显示弱，提产主控因素不明，区块内改造工艺尚未定型。借鉴国内外非常规油气储层改造理念，结合本井储层地质特征，优选了桥射联作密切割分段压裂工艺。由于压裂首段没有流体泵注通道，第一压裂段采用连续油管输送射孔后压裂，后续压裂段采用电缆泵送桥塞+多簇射孔联作后实施密切割分段压裂[9-10]。

3.2 分段优化

由于该井改造井段较长，按照工程地质一体化设计原则，综合考虑地质甜点、天然裂缝发育情况、地应力大小、固井质量等因素，优选出5个“工程甜点”，将改造井段优化为5段20簇，平均段长41.94 m，平均簇间距14.43 m。其中，第1段由于使用连续油管输送分簇射孔，只能通过环空和管内分别打压射孔一次，因此第一段分两簇射孔；第2～5段采用电缆泵送桥塞-射孔联作，依次分为3、4、5、6簇射孔，集中优势改造主力产层。

3.3 设计优化

成像测井及地质预测资料显示，井周天然裂缝发育特征差异较大，为了使储层改造体积最大化，在深化井周天然裂缝认识的基础上，对不同改造井段差异化设计压裂工艺参数。压裂模拟结果表明，在相同施工规模和施工排量下，冻胶相比滑溜水更有利于裂缝在缝高方向上的延伸。因此，对于沟通射孔段下部天然裂缝几率大的井段，采用全程冻胶压裂，提高裂缝向下延伸距离；对于沟通射孔段下部天然裂缝几率小的井段，采用滑溜水+冻胶压裂，打碎近井储层，同时利用冻胶尽可能沟通天然裂缝。本井第1段距离天然裂缝较远（＞50 m），第4段无天然裂缝发育，采用滑溜水+冻胶压裂，而第2段、第3段和第5段距离天然裂缝较近（＜30 m），采用全程冻胶压裂。

3.4 施工优化

针对地层破裂压力高的问题，设计每段压裂施工前泵注10 m3酸液溶蚀近井储层岩石，降低地层破裂压力及井口施工压力[11]。针对大斜度井近井裂缝弯曲且易形成多裂缝的问题，在前置液阶段设计多级段塞进行打磨处理，降低砂堵风险[12]。针对地层非均质强、射孔分簇多、均匀起裂难等问题，优选了在库车山前应用效果较好的1～5 mm+5～10 mm暂堵颗粒进行暂堵转向，根据改造井现场经验，将1～5 mm与5～10 mm暂堵颗粒比例按照1∶1设计，对第4段和第5段进行暂堵转向压裂，促使各簇裂缝均匀起裂，降解性能见表1，转向升压统计如图1所示。

表1 暂堵剂降解性能参数

图1 库车山前8口井1～5 mm+5～10 mm颗粒暂堵升压统计

4 桥射联作工艺优化

4.1 电缆优选

优选采用进口Φ8.2 mm高强度单芯电缆，其最大破断力达71.2 kN，相比常规Φ8 mm电缆破断力提高了30%，大幅提升深井超深井中桥射联作提升能力及复杂处置能力。

4.2 射孔弹优选

大斜度井射孔时，射孔枪在重力作用下将贴在套管内壁一侧，导致射孔枪在套管内无法居中，采用常规射孔弹射孔时将在套管各个方向上形成孔径大小不等的射孔孔眼，增大了射孔孔眼摩阻，进而影响压裂施工[13-14]。为此，优选了等孔径射孔弹进行射孔，孔径标准偏差＜5%，确保大斜度井中射孔孔眼大小基本一致，降低压裂过程中孔眼摩阻，有利于提高压裂施工排量。

4.3 弱点设计

为了确保桥射联作工具串在井下遇卡时能够安全丢手，综合考虑井口压力、井深、井斜、斜井段长及井口注脂控制头对电缆的摩擦阻力等因素，对电缆头弱点设置为18 kN，确保了大斜度井桥射联作泵送、上提及解卡安全可靠。

4.4 桥塞选型

优选了以镁基金属复合材料为主体材料的高强度易钻复合桥塞，卡瓦牙采用密集小颗粒增韧陶瓷材料，能够均匀地把咬合力分散到多个受力平面，对套管起到了一定保护作用，且锚定咬合能力较强，适用于140钢级套管，耐温150℃，耐压70 MPa。钻磨测试表明桥塞钻磨时间15～25 min，钻磨碎屑用清水即可循环洗出，满足本井分段改造及后期钻磨投产需求，规格参数见表2。

表2 易钻复合桥塞规格参数

4.5 洗井要求

为了确保桥塞顺利下入及成功坐封，每段压裂结束后，大排量顶替1.5～2个井筒容积，将支撑剂全部顶入地层；因火工品及其他原因导致等停超过8 h，再次大排量洗井1.5～2个井筒容积，保证桥塞坐封位置干净。

4.6 泵送要求

综合考虑泵送活塞力及电缆弱点等因素，电缆输送射孔枪及桥塞至造斜点后，开泵逐级提排量至1.2 m3/min泵送桥塞，根据磁定位曲线与蓝图对比结果，判断桥塞是否到位，桥塞到位后点火坐封桥塞及丢手，再上提射孔枪至各射孔簇逐一进行射孔作业。压裂施工前，投Φ43 mm可溶球，待球在井液中自由下落20 min后，开泵以3 m3/min的排量送球入座，结合泵送总液量及泵压力变化情况，判断可溶球是否到位。

5 现场施工监督管理

1）为解决桥射联作密切割压裂用水量大的问题，现场监督亲自踏勘水源地，对水源水质进行严格把关，根据分段压裂施工进展，制定压裂用水专项拉运计划，全力保障压裂用水需求。

2）按照一二级检查清单，认真检查压裂液、支撑剂、暂堵剂、射孔枪、射孔弹、易钻桥塞、电缆、连续油管等设施设备，确保入井材料及入井工具满足安全施工要求。

3）严抓入井压裂材料现场实验，对暂堵剂的溶解性能、压裂液耐温抗剪流变性及携砂性按照设计要求在现场进行小样、大样实验，从源头确保井筒质量安全可靠。

4）组织压裂队编制应急预案，做好工作安全分析，制定风险削减措施，召集压裂队、地面队及相关方人员召开技术交底会，明确各队伍、各岗位施工职责，将现场风险防控措施细化到关键岗位，落实到具体实施人，全力保障加砂压裂施工安全。

5）加砂压裂过程中，根据工程设计套压控制要求密切关注套压变化情况，同时详细记录关键施工参数，每段施工结束后进行总结分析，并对下一段施工泵注程序进行适当优化调整，确保全井压裂施工顺利实施。

6 应用效果

迪探X井分5段20簇进行桥射联作密切割分段压裂，其中第一段采用连续油管传输射孔后进行密切割压裂，后续压裂段采用桥射联作后进行密切割压裂。主压裂之前进行了测试压裂，排量0.57～8.82 m3/min，泵压29.2～102.2 MPa，泵入压裂液88 m3，停泵测压降5 min，压力从75.1 MPa降至70.7MPa，折算裂缝延伸压力梯度为2.44 MPa/100 m，为主压裂施工参数优化提供科学依据。主压裂阶段，第4段按照1∶1的比例注入1～5 mm暂堵颗粒100 kg+5～10 mm暂堵颗粒100 kg，转向升压4.5 MPa，第5段按照1∶1的比例注入1～5 mm暂堵颗粒140 kg+5～10 mm暂堵颗粒140 kg，转向升压7 MPa，两段暂堵转向升压明显，实现了段内各簇均匀起裂。全井5段改造累计挤入地层总液量8 550 m3，总砂量599.9 m3，最大施工排量16.3 m3/min，最高加砂浓度460 kg/m3，最高施工泵压111.8 MPa，创下了库车山前储层改造挤入地层总液量最多、加砂量最大、施工排量最高等3项记录。