连续油管喷砂射孔分段压裂新技术的应用

译自：IADC/SPE 155594

连续油管喷砂射孔分段压裂新技术的应用

Xiude Lu, Dengsheng Ye, Juhui Zhu, Dan Song, Congbin Yin, Bin Guan, and

Guigang Wang

川庆钻探工程有限公司井下作业公司

摘要随着我国逐步对致密气藏、页岩气藏等非常规油气藏实施勘探开发,压裂增产技术也逐步呈现大规模、多段分段压裂的趋势。连续油管带封隔器套管分级压裂技术是目前国外较新研发的一种既能实现大规模改造,又能达到分层压裂、精细压裂的一种新型分级压裂技术。这一技术通过连续油管结合带封隔器的喷射工具,利用封隔器的多次上提下放坐封解封达到不限次数多级压裂的目的;通过连续油管喷砂射孔、套管进行主压裂,可实现较大规模改造;通过连续油管的精确定位,可对储层纵向上的多个薄互层进行灵活分层,进而达到精细压裂的目的。为此,详细阐述了连续油管带封隔器环空分级压裂的工艺技术特点以及这一技术在国内四川盆地HC井区首次现场应用情况,并对HC井区7口油井施工过程进行了计算和分析。事实证明,连续油管带封隔器环空分级压裂、作业周期短、分层灵活精细、封隔可靠且施工后井筒清洁,可直接多层测试投产的新型压裂技术。为我国致密气藏、页岩气藏的多级分段改造提供了新的且行之有效的解决手段。

关键词：连续油管封隔器分段压裂支撑剂

随着四川盆地低渗透油藏石油和天然气的勘探和开发，应用新型压裂技术实现多层增产变得越来越重要。常规的压裂如产层压裂、混合压裂，封隔器压裂均采用一次性压开多个油层的方法 [1]。利用这种压裂方法可能会出现两个问题：（1）不能有针对性的压开目油层；（2）压裂处理后的参数优化问题。常规的压裂方法花费较高且费时，增产效果不明显，因此，新型带底部的环形封隔器连续油管多级分段压裂技术得到了发展和应用。通过连续油管喷砂射孔套管进行主压裂, 可实现精确定位, 对储层纵向上的多个薄互层进行灵活分层, 进而达到精细压裂的目的。因此，将连续油管起出井口后即具备生产条件,可实现多层直接测试投产,且井筒清洁,便于后期修井作业。

连续油管多级分段压裂技术具有工作性能稳定、运行参数优化，连续油管与钻井液摩擦小的特点，这一技术的成功实施为我国致密砂岩储层、页岩气储层的多级压裂和薄层分层压裂提供了行之有效的解决手段。

1 工艺技术特点

1.1 工艺原理

此工艺使用外径为114.3毫米，127毫米和139.7毫米的生产套管。通过连续油管精确定位油气层，喷砂射孔技术伯努利原理[2]，通过喷嘴的节流，油管内的的高压射孔液变换成高速射流将套管和储层岩石射穿[3]。施工过程中，压裂车泵送高压液体经过混砂车，石英砂通过混砂车与射孔液混合注入地层。根据目前实验结果,喷砂射孔形成的孔道直径一般在25mm以上。射开套管后,套管进行主压裂,压裂液通过套管射开的孔道进入地层。压裂施工后，上提连续油管解封封隔器，再次定位下一个层位，下方坐封封隔器，以此步骤完成所有层段的压裂。

1.2 技术优点

现场应用此技术具有以下优点：

（1）利用封隔器的多次上提下放坐封解封达到不限次数压裂的目的；

（2）无需单独清洗井底积砂；

（3）可以有选择的压开预定层位；

（4）将连续油管起出井口既具备生产条件；

（5）施工快速、高效；

（6）转层时间短；

（7）可通过油管串实时监测井底压力。

1.3 井下作业工具

连续油管分段压裂井下工具组件的结构复杂，由安全阀、水力喷射工具，封隔器和机械套管接箍定位器组成（图1）。为保证井下工具组件能射穿套管，安全阀一般靠手动操作（特殊情况下可进行紧急手动操作），喷嘴的数目和尺寸则由连续油管和套管的尺寸来确定。该工艺采用的封隔器可以承受50MPa的工作压力,但在连续油管射孔过程中可能会出现射开地层压力超过封隔器上部压力的情况,因此需严格控制面回压,防止地层压力过高使得封隔器自动解封。连续油管深度测量仪测量的深度往往不准确，为此在连续油管的底部安装了套管接箍定位器，其机制是在套管接箍处载荷增加，从而确定套管接箍的位置，对深度测量仪的数据进行校正。

1.4 井口装置

为满足压裂作业过程中增压泵正常工作的需要，选择适当的井口装置非常重要。首先，根据设计的最大泵压确定井口压力，其次，根据生产套管和水流喷射组件确定井口内径。在整个压裂作业工程中均要保证井口压力维持在正常水平[4]。

1.5 地面管线

与常规压裂地面管线相比，带底部的环形封隔器连续油管多级分段压裂技术具有特殊的的连接配置，低压注入流体、高压注入流体和液体回流线均能通过该管线。

（1）低压力流体供应系统：该系统具有三条低压流体供应系统，以确保压裂作业过程中压裂液能压入连续油管和油套环空

（2）高压流体电源线：在射孔作业时向连续油管内低速泵入含支撑剂的压裂液，保持井筒动态压力的平衡和监测井底压力。

（3）回流管线：该装置具有两套独立的返排线系统，这两套系统既能满足液体流出连续油管,又能保证液体能顺利进入污水池或回收罐。其主要功能是合理控制下一个阶段之前回压和循环洗井，确保压裂作业的安全。

1.6 工艺流程

所有压裂作业必须是连续的。在制定工作计划时,应具有整体风险识，并针对每一项可能出现的风险作出相应的应对措施，以确保现场压裂作业成功，主要的工艺流程如下：

（1）装配连续油管井口设备；

（2）利用连续油管接箍定位器确定要压裂的层位；

（3）清除井筒废液；

（4）安装并测试封隔器的承压能力；

（5）通过连续套管射孔液；

（6）反循环，将射孔液和石英砂洗出井口；

（7）在油套环空内注入支撑剂进行主压裂施工；

（8）施工后,上提连续油管解封封隔器,再次定位进入下一层后,下放坐封封隔器,开始进行第二层施工；

（9）完成压裂作业后，上提连续油管至井口；

（10）油井产能测试。

2 现场应用情况及分析

四川油气田HC区域中JZ结构带的勘探证明X2和X4油层的属于低渗透砂岩储层，储层厚，具有广阔的油气勘探前景 [5]。其中一种增产方案是利用常规压裂方法，将压裂液注入产层，延伸产层的裂缝长度，提高单井产量。另一种增产方案是利用油层产水量、压力和流体性质，再进一步确定压裂方案。第三种增产方案是在HC区的X2和X4油层利用连续油管水力喷射射技术，对薄产层实施压