蘇里格氣田直井細(xì)分層壓裂工藝管柱研究

于開斌

（中石油長(zhǎng)城鉆探工程公司 蘇里格氣田項(xiàng)目部，遼寧 盤錦124010）①

蘇里格氣田地質(zhì)構(gòu)造屬于鄂爾多斯盆地陜北斜坡北部中帶，是低滲、低壓、低豐度、大面積分布的巖性氣藏［1－3］。自2005年參與開發(fā)蘇里格氣田以來，長(zhǎng)城鉆探公司在其所屬的蘇10、蘇11、蘇53區(qū)塊共開發(fā)直井、定向井約600口。所有氣井自然產(chǎn)能低，都需要進(jìn)行儲(chǔ)層壓裂改造，才能達(dá)到開采能力。

蘇里格氣田主要采用K344型壓裂管柱（管柱中的封隔器為K344型，下同）進(jìn)行直井壓裂，大多數(shù)分2層壓裂，最多分3層［4－5］。直井壓后天然氣產(chǎn)量為（1～4）×104m3／d，但對(duì)比同區(qū)塊的水平井，其壓后日產(chǎn)量可達(dá)105m3。因此，對(duì)直井進(jìn)行細(xì)分層壓裂，提高天然氣泄流面積是必要的。為此，改進(jìn)K344型壓裂工藝管柱，設(shè)計(jì)Y241型壓裂工藝管柱，研制專用的Y342型壓裂工藝管柱，以提高蘇里格地區(qū)的直井分層壓裂實(shí)施效果。

1 壓裂管柱結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案

1.1 K344型壓裂工藝管柱

該類管柱中使用K344型封隔器，層間密封效果差，壓裂過程中易產(chǎn)生串層，儲(chǔ)層污染嚴(yán)重，只能實(shí)施3層或2層壓裂工藝。在以前的作業(yè)中分3層的壓裂效果沒有分2層的壓裂效果好，主要原因是其管柱結(jié)構(gòu)和配套工具性能造成的［6］：

1） 用于層間密封的K344型封隔器依靠滑套節(jié)流壓力實(shí)現(xiàn)坐封，密封強(qiáng)度低，無法實(shí)現(xiàn)可靠的層間密封，壓裂時(shí)出現(xiàn)串層現(xiàn)象，造成先壓開層或滲透性好的儲(chǔ)層被多次污染，分層越多污染越嚴(yán)重。

2） 從壓裂工藝分析，滑套節(jié)流使壓裂液效率降低，無法形成理想裂縫，達(dá)不到設(shè)計(jì)砂比，造成壓裂開發(fā)綜合效果差。

基于以上問題，在K344型封隔器原有結(jié)構(gòu)中加入驅(qū)動(dòng)液缸，實(shí)現(xiàn)小壓力轉(zhuǎn)換為對(duì)膠筒較大擴(kuò)張力，提高膠筒封隔強(qiáng)度；同時(shí)，優(yōu)化滑套節(jié)流壓差，在保證壓裂液效率前提下，產(chǎn)生合理的節(jié)流壓力，且壓裂后能實(shí)現(xiàn)自行解封，便于后期管柱起出。由于K344封隔器的結(jié)構(gòu)特征，在壓裂時(shí)膠筒反復(fù)壓縮，從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施效果分析，該工藝管柱能穩(wěn)定實(shí)施5層以內(nèi)的壓裂工藝。改進(jìn)的K344型壓裂工藝管柱結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1 改進(jìn)的K344型壓裂工藝管柱（2層示意）

1.2 Y241型壓裂工藝管柱

Y241型封隔器是一種單向卡瓦懸掛支撐、液壓實(shí)現(xiàn)坐封、上提實(shí)現(xiàn)解封的封隔器［7－9］。選配該封隔器設(shè)計(jì)了Y241型壓裂工藝管柱，結(jié)構(gòu)如圖2。其優(yōu)點(diǎn)是液壓坐封，層間密封強(qiáng)度高，管柱錨定性能好，滿足分層壓裂工藝要求。但是，Y241型封隔器帶有卡瓦，分層越多，管柱解封時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)就會(huì)越大。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施效果，只能實(shí)現(xiàn)分5層壓裂。

圖2 Y241型壓裂工藝管柱（3層示意）

1.3 Y342型壓裂工藝管柱

針對(duì)K344型壓裂工藝管柱反復(fù)坐封、Y241型壓裂工藝管柱細(xì)分層壓裂后解卡困難的問題，研制了基于Y342型封隔器的Y342型壓裂工藝管柱。Y342型封隔器采取的是無卡瓦支撐、液壓坐封方式，并鎖定密封。該工藝管柱最多可實(shí)現(xiàn)分12層的壓裂施工。

1.3.1 工藝管柱結(jié)構(gòu)

Y342型壓裂工藝管柱結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 Y342型壓裂工藝管柱（4層示意）

1）管柱坐封及壓裂 施工時(shí)，將該管柱按設(shè)計(jì)下到指定位置，壓重使Y211型封隔器錨定在套管壁上。投坐封樹脂球，到位后加壓使Y342型封隔器、Y211型封隔器坐封、壓差滑套開啟，可進(jìn)行第1層壓裂。逐層投球打開對(duì)應(yīng)投球滑套，完成剩余層的壓裂。

2） 管柱解封 壓裂完成后需要解封時(shí)，由于解封剪釘在坐封時(shí)就已經(jīng)剪斷，只是懸掛機(jī)構(gòu)的作用沒有解封，此時(shí)正向旋轉(zhuǎn)管柱并上提30～50kN力，最上端第1個(gè)Y342型封隔器就會(huì)解封。繼續(xù)正向旋轉(zhuǎn)管柱，并上提30～50kN力，Y342型封隔器依次解封，所有封隔器膠筒收回，整個(gè)管柱完全解封。

3） 壓裂后生產(chǎn) 壓裂后不動(dòng)管柱生產(chǎn)過程中，所有Y342型封隔器均未解封。由于壓裂時(shí)所投樹脂球的密度較小，每一層的生產(chǎn)流體都能將上層樹脂球自動(dòng)頂開，保持生產(chǎn)通道暢通。

1.3.2 配套工具類型及性能指標(biāo)（如表1）

表1 Y342型壓裂工藝管柱配套工具類型及性能指標(biāo)

1.3.3 壓裂層數(shù)設(shè)計(jì)

分層壓裂樹脂球與球座配合按6.35mm（0.25英寸）和3.18mm（0.125英寸）級(jí)差設(shè)計(jì)。對(duì)于內(nèi)徑為60mm的注入管柱（2英寸UPTBG油管），最多可分12層壓裂，此時(shí)，對(duì)應(yīng)的最大球座內(nèi)徑為56.9mm。如果分層數(shù)＜8，建議選擇6.35mm（0.25英寸）級(jí)差，更加安全、可靠。

2 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施情況

截至2011－07，在蘇10區(qū)塊已實(shí)施6口井的老井調(diào)層壓裂，在蘇11區(qū)塊實(shí)施2口井的新井壓裂。數(shù)據(jù)如表2～3。

表2 老井調(diào)層生產(chǎn)數(shù)據(jù)

表3 新井細(xì)分層壓裂生產(chǎn)數(shù)據(jù)

目前利用改進(jìn)技術(shù)已實(shí)施老井調(diào)層6口井，其產(chǎn)氣量提高1～3倍，其中蘇10－28－51井先前基本無產(chǎn)量，實(shí)施調(diào)層后恢復(fù)產(chǎn)能，平均日產(chǎn)氣達(dá)到1.73×104m3，增產(chǎn)效果明顯。

實(shí)施的2口新井，其產(chǎn)量均達(dá)到6×104m3／d，與臨井壓裂初期產(chǎn)量相比提高2倍。隨著生產(chǎn)的繼續(xù)，天然氣產(chǎn)量持續(xù)增加，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，僅長(zhǎng)城鉆探公司所屬3個(gè)開發(fā)區(qū)塊需要調(diào)層分層壓裂的老井就有300多口，每年鉆新井100多口，應(yīng)用前景十分廣闊。

3 結(jié)論

1） 改進(jìn)了K344型壓裂工藝管柱，優(yōu)化了封隔器的節(jié)流壓差，能穩(wěn)定進(jìn)行5層壓裂施工，提高了分層壓裂實(shí)施效果。

2） 設(shè)計(jì)了Y241型壓裂工藝管柱，豐富了直井分層壓裂工藝，其層間密封強(qiáng)度高，可實(shí)現(xiàn)分5層的壓裂施工，但解封困難。

3） 研制了全新的Y342型壓裂工藝管柱，包括Y342型封隔器、無節(jié)流投球滑套、壓差滑套、壓力開啟安全閥、坐封球座等配套工具。通過球與球座配合結(jié)構(gòu)優(yōu)化，能實(shí)現(xiàn)直井分12層的壓裂施工，且施工更加簡(jiǎn)便、安全、可靠。

4） 為使蘇里格地區(qū)的老井恢復(fù)產(chǎn)能，彌補(bǔ)區(qū)塊產(chǎn)量遞減，應(yīng)該加快Y342型壓裂工藝管柱研制步伐，爭(zhēng)取做好單體、整體室內(nèi)試驗(yàn)，并根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果做好改進(jìn)優(yōu)化工作以及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，形成穩(wěn)定成熟的產(chǎn)品，以服務(wù)蘇里格地區(qū)老井改造和新井增產(chǎn)。

［1］田 偉，郭 彬，楊亞聰.蘇里格氣田蘇6井區(qū)老井生產(chǎn)分類研究［J］.石油化工應(yīng)用，2010，29（10）：22－25.

［2］楊 健，陶建林，陳 鄲.蘇里格氣田儲(chǔ)層改造工藝分析［J］.天然氣工業(yè)，2007，27（12）：96－98.

［3］魏克穎，劉 毅，曹彩云.蘇里格氣田壓裂工藝技術(shù)優(yōu)化研究［J］.石油化工應(yīng)用，2006（4）：9－15.

［4］李 爽，李玉城，段憲余.水平井技術(shù)在蘇10區(qū)塊的應(yīng)用［J］.特種油氣藏，2011，18（3）：84－86.

［5］李文權(quán)，王 瑞.蘇10區(qū)塊氣層識(shí)別技術(shù)及勘探開發(fā)潛力分析［J］.特種油氣藏，2006，13（6）：39－41.

［6］李志龍，姜 濤，方旭東，等.K344氣井不動(dòng)管柱分壓合采工藝技術(shù)［J］.油氣井測(cè)試，2010，19（2）：44－47.

［7］趙廣民，王艷華，任 勇，等.Y241型封隔器分壓管柱及在長(zhǎng)慶氣田的應(yīng)用［J］.石油礦場(chǎng)機(jī)械，2009，38（10）：78－80.

［8］陳 寧.Y241－114封隔器研究與應(yīng)用［J］.鉆采工藝，2003，26（1）：50－52.

［9］王建周.水力錨＋Y241－112油套分注工藝［J］.內(nèi)蒙古石油化工，2006，32（8）：156.