易鉆橋塞射孔聯(lián)作技術(shù)在水平井分段壓裂中的實踐

任 勇 葉登勝 李劍秋 蔣 海

（川慶鉆探工程有限公司井下作業(yè)公司，四川成都 610051）

四川盆地中部侏羅系沙溪廟組儲層是原油勘探開發(fā)的重要區(qū)域，其儲層主要為粉、細—中砂巖，孔隙度1%～6%，平均3.4%；平均滲透率0.23 mD。受工藝水平限制，儲層改造僅以直井小型酸化解堵、小規(guī)模加砂為主，加砂壓裂成功率低，增產(chǎn)效果差，作業(yè)時效低。近年來，在水平井分段加砂壓裂已經(jīng)成為致密油氣藏獲得工業(yè)油氣流重要儲層改造手段的背景下［1-6］，利用水平井分段壓裂技術(shù)來高效開發(fā)沙溪廟組儲層顯得尤為重要。因此，為了達到整體壓裂、精細改造、提高時效的目的，在侏羅系沙溪廟組儲層采用了易鉆橋塞分段射孔加砂壓裂技術(shù)。

易鉆式橋塞分段射孔加砂壓裂技術(shù)是目前北美地區(qū)頁巖氣水平井分段壓裂的主流技術(shù)，適用于套管井，其主要特點是多段分簇射孔、易鉆式橋塞封隔。橋塞可以通過電纜下入或連續(xù)油管下入并坐放，然后進行射孔、壓裂，重復(fù)這一過程直到完成所有層段的壓裂。施工結(jié)束后使用連續(xù)油管鉆磨掉所有橋塞，進行測試、生產(chǎn)。結(jié)合分簇射孔措施，該技術(shù)可在水平段形成多條裂縫，壓裂后形成的縫網(wǎng)更加復(fù)雜，有效改造體積更大，從而獲得更好的增產(chǎn)效果。

1 壓裂工藝選擇依據(jù)及難點

G16H 井采用三開三完方式，目的層采用?114.3 mm 套管，下深3 556.0 m。改造目的層段為J2s1， 2 555.0～3 542.8 m，儲層以灰色細砂巖、深灰色泥質(zhì)粉砂巖為主，孔隙度4%～11%，測井共解釋儲層8 段，油氣層1 段、差油層7 段，累計厚度573.1 m，壓裂前未中測，預(yù)測地層壓力25.3 MPa。

1.1 壓裂改造工藝選擇依據(jù)

（1）改造目的層屬于低孔低滲儲層，處于有利于砂體發(fā)育的沉積相中，要求水力壓裂能夠擴大有效改造體積，這就需要采用大規(guī)模壓裂及精細壓裂，采用易鉆式橋塞分段射孔加砂壓裂則具有較低的施工摩阻、準確的壓裂分段、無限制的分段級數(shù)等優(yōu)勢。

（2）相比水平井封隔器坐封，打開滑套壓裂，易鉆式橋塞分段射孔加砂壓裂后可以迅速鉆磨，保證井筒的全通徑，利于后期作業(yè)的實施。相比噴砂射孔壓裂技術(shù)，則易鉆式橋塞分段射孔壓裂的改造強度和力度要更大，更適用于低滲透儲層的改造。

（3）易鉆式橋塞分段射孔壓裂由于采用射孔、壓裂聯(lián)作，比常規(guī)先射孔，再下管柱壓裂的方法能大幅提高作業(yè)時效。

1.2 施工難點

（1）該技術(shù)關(guān)鍵是電纜下入橋塞、射孔聯(lián)作，如果前面橋塞不能坐封或是射孔不能完成，勢必會造成不能實施壓裂改造。

（2）儲層屬深層致密砂巖氣藏，地層發(fā)育有一定低角度的天然裂縫，鄰井G36 井由于采用的常規(guī)壓裂技術(shù)手段，沒有控制好施工排量與砂濃度的關(guān)系，在壓裂過程中發(fā)生了砂堵。

（3）無論是在下橋塞過程還是后期鉆磨橋塞，都需要套管具有較高的完整性。因此壓裂施工中必須控制好壓力，使其在能順利壓開地層的情況下不使套管變形。

（4）大規(guī)模施工，大液量、大砂量，施工周期長，給地面壓裂設(shè)備、高壓管線、井口等提出了更高的長時間耐壓及穩(wěn)定性的要求。

2 針對性措施

（1）該井水平段長達1 003 m，采用空心復(fù)合易鉆式橋塞分段、逐層壓裂的方式進行12 段壓裂改造，提高儲層動用程度，在鄰井采用井下微地震技術(shù)實時監(jiān)測裂縫的形成和延伸情況。

（2）采用滑溜水+低傷害胍膠體系作為工作液體系，要求壓裂液具有良好的防乳破乳能力、摩阻低。

（3）加砂主體采用20/40 目的陶粒，前期注入一定量的100 目粉砂，以期起到封堵微裂縫的作用，后期尾追20%的覆膜陶粒以減輕支撐劑回流，加砂規(guī)模采用“水平段兩端加砂規(guī)模大，中間段砂量適度”的改造模式。

（4）在施工工藝上，為了降低孔眼摩阻及早期砂堵風(fēng)險，采用小粒徑陶粒段塞技術(shù)。施工中采用小臺階下的逐級提升砂濃度模式，實現(xiàn)近線性加砂，確保泵注過程中支撐劑在裂縫中的濃度能夠平穩(wěn)增加，降低施工風(fēng)險。

（5）結(jié)合套管抗內(nèi)壓強度，計算裂縫延伸壓力、液體摩阻等參數(shù)，采取控制井底壓力施工技術(shù)進行壓裂作業(yè)。

（6）采用分簇射孔工藝以擴大壓裂改造體積，射孔孔密為16 孔/m，前6 段分4 簇射孔，后6 段分3簇射孔。

3 施工步驟

3.1 下橋塞

橋塞是靠?8 mm 電纜下放和壓裂車泵送的方式輸送到預(yù)定的坐封位置。直井段以不超過50 m/min的速度下放，水平段開動壓裂車泵送，泵送排量控制在保持電纜張力在3～5 kN、速度30 m/min 左右。該型橋塞采用高強度復(fù)合材料制成，空心投球式，可適用不同剛級套管，承受壓差70 MPa，耐溫達200 ℃。入井管串為：電纜繩帽+CCL+快換接頭+射孔槍+隔離短節(jié)+滾輪短節(jié)+坐封工具+推筒+橋塞，如圖1 所示。

圖1 易鉆式橋塞及射孔工具串組合

3.2 坐封橋塞并丟手

橋塞下到坐封位置后根據(jù)套管短節(jié)進行校深，確定深度無誤后點火坐封橋塞。點火成功后，電纜張力會有1 kN 左右的變化，井口監(jiān)控人員可明顯感覺電纜有震動，說明橋塞已坐封并丟手，點火3 min后可上提電纜。G16H 井共計坐封9 個橋塞，全部一次坐封成功，設(shè)計坐封位置與實際坐封位置的誤差基本都在0.25 m 以內(nèi)。

3.3 射孔

上提73 型射孔槍至第一簇射孔位置（注意上提不能超過射孔位置），并與藍圖對比校正，確認無誤后點火，射孔第一簇，繼續(xù)上提電纜，完成后續(xù)射孔，全部完成后上提出井下工具串。該井實際共計射孔35 簇，射孔孔密為16 孔/m，孔徑8.12 mm，相位角為60°，射孔成功率100%，射孔誤差大都在0.22 m 以內(nèi)（見表1）。

表1 G16H 井坐封橋塞及射孔情況統(tǒng)計

3.4 加砂壓裂

壓裂前投球封堵空心橋塞，然后按照施工設(shè)計的參數(shù)進行加砂壓裂，壓裂完一段再重復(fù)1～4 步。G16H 井于2012 年5 月12 日開始施工，前5 段壓裂后鉆磨橋塞，進行放噴測試。通過井下微地震實時分析后將壓裂井段調(diào)整為10 段，8 天時間完成10 段施工，最高砂濃度、砂量等施工參數(shù)都創(chuàng)下了該區(qū)塊新的記錄（見表2）。微地震監(jiān)測表明，總體壓裂體積達到了34.6×106m3，總體壓裂產(chǎn)生裂縫高度約為230 m，長度約為1 550 m（沿井筒方向），寬度約為500 m（垂直于井筒方向），取得了顯著的壓裂效果（見圖2）。

表2 G16H 井施工參數(shù)及時效統(tǒng)計

圖2 G16H 井裂縫監(jiān)測示意圖

3.5 鉆磨橋塞

在全部施工段完成壓裂后，用連續(xù)油管下入磨鞋，常用的工具包括磨鞋、馬達、震擊器、循環(huán)閥、丟手、單流閥等（見圖3）。將全部橋塞鉆完后全水平井段放噴測試，也可在施工完若干段后階段性鉆磨橋塞，分幾次放噴求產(chǎn)。在實際磨銑過程中，盡量緩慢鉆進，保證鉆屑細小，便于循環(huán)，防止卡鉆。

圖3 連續(xù)油管鉆磨橋塞工具串組合

鉆磨橋塞過程中的回壓控制顯得非常重要。因為水平段攜砂流速要求高，即需要大排量，而螺桿馬達的排量是定值，所以要從便于攜砂角度考慮選擇油嘴；另一方面，如果回壓過小，地層出砂也是需要注意的問題。油嘴的選擇利用下式計算

式中，Δp 油嘴節(jié)流壓降，MPa；Q 為泵注排量，m3/min；ρ 為流體密度，103kg/m3；C 為孔眼系數(shù)，無量綱；A為油嘴節(jié)流面積，m2。

在鉆磨橋塞的連續(xù)油管選擇方面，根據(jù)該井的井深條件及水平段長度，充分考慮最大提升力、前端推力等因素，計算出連續(xù)油管摩阻、前端推力、扭矩等關(guān)鍵參數(shù)，最終選擇采用?50.8 mm 連續(xù)油管來鉆磨橋塞（表3）。

表3 不同管徑連續(xù)油管性能參數(shù)

本井鉆塞過程采用?92 mm 磨鞋，控制循環(huán)壓力38～45 MPa，循環(huán)排量350～420 L/min，配合?50.8 mm 連續(xù)油管（懸重變化10～30 kN）成功鉆磨?114.3 mm 套管用易鉆式橋塞9 只，鉆磨完單只橋塞平均用時僅60 min 左右。通過自行研制的捕屑器，有效地捕獲了橋塞碎屑、膠皮，避免返出物堵塞地面流程（圖4）。

圖4 捕獲的部分橋塞本體及膠皮

鉆磨完所有橋塞后，G16H 井連續(xù)開井放噴測試，獲油23～25 t/d、氣（0.37～0.51）×104m3/d，已正式投產(chǎn)。該井的試驗成功，標志著侏羅系致密砂巖油氣藏提高單井產(chǎn)量已獲技術(shù)突破，初見成效。

4 結(jié)論

（1）易鉆式橋塞分段射孔加砂壓裂技術(shù)采用橋塞下入和射孔一體化作業(yè)，壓裂后連續(xù)油管快速鉆塞，實現(xiàn)多層合試，具有作業(yè)時間短、效率高、安全可靠的特點。

（2）從壓后裂縫監(jiān)測結(jié)果來看，采用易鉆式橋塞分段壓裂的方式進行壓裂可形成復(fù)雜的體積裂縫，大幅提高儲層改造體積。利用微地震監(jiān)測可在水平井分段壓裂中可實時調(diào)整施工參數(shù)，確保施工順利完成。

（3）捕屑器可有效避免因地面流程堵塞而造成的施工風(fēng)險，同時在輔助判斷鉆磨效果及決定是否起鉆檢查工具方面起到了非常重要的作用。

（4）小管徑的連續(xù)油管，鉆壓較小，效率較低，推進力不足，對長水平段（＞800 m）左右的井進行鉆磨時需采用?50.8 mm 甚至更大管徑的連續(xù)油管。

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