蘇里格氣田直井細分層壓裂工藝管柱研究

于開斌

（中石油長城鉆探工程公司 蘇里格氣田項目部，遼寧 盤錦124010）①

蘇里格氣田地質構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年參與開發蘇里格氣田以來，長城鉆探公司在其所屬的蘇10、蘇11、蘇53區塊共開發直井、定向井約600口。所有氣井自然產能低，都需要進行儲層壓裂改造，才能達到開采能力。

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）進行直井壓裂，大多數分2層壓裂，最多分3層［4－5］。直井壓后天然氣產量為（1～4）×104m3／d，但對比同區塊的水平井，其壓后日產量可達105m3。因此，對直井進行細分層壓裂，提高天然氣泄流面積是必要的。為此，改進K344型壓裂工藝管柱，設計Y241型壓裂工藝管柱，研制專用的Y342型壓裂工藝管柱，以提高蘇里格地區的直井分層壓裂實施效果。

1 壓裂管柱結構改進方案

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，壓裂過程中易產生串層，儲層污染嚴重，只能實施3層或2層壓裂工藝。在以前的作業中分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構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流壓力實現坐封，密封強度低，無法實現可靠的層間密封，壓裂時出現串層現象，造成先壓開層或滲透性好的儲層被多次污染，分層越多污染越嚴重。

2） 從壓裂工藝分析，滑套節流使壓裂液效率降低，無法形成理想裂縫，達不到設計砂比，造成壓裂開發綜合效果差。

基于以上問題，在K344型封隔器原有結構中加入驅動液缸，實現小壓力轉換為對膠筒較大擴張力，提高膠筒封隔強度；同時，優化滑套節流壓差，在保證壓裂液效率前提下，產生合理的節流壓力，且壓裂后能實現自行解封，便于后期管柱起出。由于K344封隔器的結構特征，在壓裂時膠筒反復壓縮，從現場實施效果分析，該工藝管柱能穩定實施5層以內的壓裂工藝。改進的K344型壓裂工藝管柱結構如圖1。

圖1 改進的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、液壓實現坐封、上提實現解封的封隔器［7－9］。選配該封隔器設計了Y241型壓裂工藝管柱，結構如圖2。其優點是液壓坐封，層間密封強度高，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，管柱解封時的風險就會越大。根據現場實施效果，只能實現分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K344型壓裂工藝管柱反復坐封、Y241型壓裂工藝管柱細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現分12層的壓裂施工。

1.3.1 工藝管柱結構

Y342型壓裂工藝管柱結構如圖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，將該管柱按設計下到指定位置，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，可進行第1層壓裂。逐層投球打開對應投球滑套，完成剩余層的壓裂。

2） 管柱解封 壓裂完成后需要解封時，由于解封剪釘在坐封時就已經剪斷，只是懸掛機構的作用沒有解封，此時正向旋轉管柱并上提30～50kN力，最上端第1個Y342型封隔器就會解封。繼續正向旋轉管柱，并上提30～50kN力，Y342型封隔器依次解封，所有封隔器膠筒收回，整個管柱完全解封。

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

1.3.2 配套工具類型及性能指標（如表1）

表1 Y342型壓裂工藝管柱配套工具類型及性能指標

1.3.3 壓裂層數設計

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）級差設計。對于內徑為60mm的注入管柱（2英寸UPTBG油管），最多可分12層壓裂，此時，對應的最大球座內徑為56.9mm。如果分層數＜8，建議選擇6.35mm（0.25英寸）級差，更加安全、可靠。

2 現場實施情況

截至2011－07，在蘇10區塊已實施6口井的老井調層壓裂，在蘇11區塊實施2口井的新井壓裂。數據如表2～3。

表2 老井調層生產數據

表3 新井細分層壓裂生產數據

目前利用改進技術已實施老井調層6口井，其產氣量提高1～3倍，其中蘇10－28－51井先前基本無產量，實施調層后恢復產能，平均日產氣達到1.73×104m3，增產效果明顯。

實施的2口新井，其產量均達到6×104m3／d，與臨井壓裂初期產量相比提高2倍。隨著生產的繼續，天然氣產量持續增加，經濟效益顯著。

據統計，僅長城鉆探公司所屬3個開發區塊需要調層分層壓裂的老井就有300多口，每年鉆新井100多口，應用前景十分廣闊。

3 結論

1） 改進了K344型壓裂工藝管柱，優化了封隔器的節流壓差，能穩定進行5層壓裂施工，提高了分層壓裂實施效果。

2） 設計了Y241型壓裂工藝管柱，豐富了直井分層壓裂工藝，其層間密封強度高，可實現分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構優化，能實現直井分12層的壓裂施工，且施工更加簡便、安全、可靠。

4） 為使蘇里格地區的老井恢復產能，彌補區塊產量遞減，應該加快Y342型壓裂工藝管柱研制步伐，爭取做好單體、整體室內試驗，并根據室內試驗結果做好改進優化工作以及現場試驗，形成穩定成熟的產品，以服務蘇里格地區老井改造和新井增產。

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

［2］楊 健，陶建林，陳 鄲.蘇里格氣田儲層改造工藝分析［J］.天然氣工業，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優化研究［J］.石油化工應用，2006（4）：9－15.

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

［5］李文權，王 瑞.蘇10區塊氣層識別技術及勘探開發潛力分析［J］.特種油氣藏，2006，13（6）：39－41.

［6］李志龍，姜 濤，方旭東，等.K344氣井不動管柱分壓合采工藝技術［J］.油氣井測試，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慶氣田的應用［J］.石油礦場機械，2009，38（10）：78－80.

［8］陳 寧.Y241－114封隔器研究與應用［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］.內蒙古石油化工，2006，32（8）：156.