PnD射孔投球分段多簇壓裂在超低滲 油藏的開發應用

李超 佘亞軍 曹亮 楊馬慶(川慶鉆探工程有限公司長慶井下技術作業公司 陜西 西安 710000)

X X井是長慶油田采油六廠部署在武卯子的一口試驗水平井，以長7為目的層，完鉆井深3455.0 m，水平段：603.1 m。主要為灰黑色致密砂巖,針對長7儲層物性差、裂縫發育等特征，通過大排量壓裂，開啟天然裂縫，形成相互對稱的復雜網絡裂縫；試驗p n d分段多簇壓裂技術，通過多級點火實現分簇射孔、投可溶性球實現封隔、光套管壓裂實現大排量注入，提高壓裂施工效率和復雜裂縫。施工排量8-10方/min，注入總液量7880方，加入支撐劑471.9方。這是此項技術首次在國內開展試驗，試驗成功為國內致密油氣有效開發提供了新的技術方向，所取得的經驗和教訓可供今后國內水平井分段大型體積壓裂實施參考借鑒。

一、PnD射孔投球分段多簇壓裂技術

水力泵送速鉆橋塞分段壓裂的改進版本——PnD射孔投球壓裂技術是當今國外致密油氣水平井體積壓裂技術發展的一個新方向,近年來在國外致密油氣藏開發中得到廣泛應用。X X井壓裂采用了斯倫貝謝公司的技術，這也是此項技術首次在國內開展試驗。

工藝過程

1.固井時下入爆裂閥（第一段）和5級PnD閥（其它5段）。

2.第一段套管內加壓，打開爆裂閥形成通道，然后光套管壓裂改造。

3.帶壓水力泵送多級射孔槍至第二段，多級點火射孔，激活PnD閥，使c環形成o環，起出電纜、投球封隔第一段，光套管壓裂作業（壓后不放噴）。

4.用同樣的方式，根據分壓段數要求，依次下人射孔槍、射孔、投球壓裂。

5.各段壓裂完成后，進行排液、求產。

技術特點

1.特別適合大排量、大液量特點的體積壓裂,通過簇式射孔實現定點、多點起裂，裂縫位置精準,易形成更多的縫網改造體積。

2.射孔+投球+壓裂聯作，帶壓作業，施工快捷，井筒隔離可靠性高。

3.壓后井筒完善程度高。金屬球由復合材料制成，密度較小，壓后可自動消融,為后續作業和生產留下全通徑井筒,壓裂后不需要鉆磨即可保持全通徑投產，具有壓裂作業效率高、成本低的特點。

施工難點

1.該技術關鍵是電纜下入射孔聯作，如果前面C環不能順利打開或是射孔不能完成，勢必會造成不能實施壓裂改造。

2.無論是在泵送射孔槍還是泵送金屬球，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。

3.大規模施工，大液量、大砂量，大排量施工給地面壓裂設備、高壓管線、井口等提出了更高的長時間耐壓及穩定性的要求。

二、壓裂方案要點論證

裂縫參數優化

X X井區長7水平井部署采用直井注水-水平井采油、水平段垂直于裂縫方向的七點井網形式，井距500 m，排距200 m。

圖1 井網示意圖

1.以數值模擬手段、同時以油藏改造體積為依據優化裂縫參數；

2.根據前期礦場試驗及井下微地震測試結果，優化段間距為30-50 m；

3.從形成復雜裂縫出發，單段設計4-5簇；

4.紡錘形中間裂縫半縫長240 m；

5.紡錘形兩端裂縫由于距離注水井連線近，優化裂縫半長為180 m。

分段和射孔位置優化

根據水平段的物性及分布、與注水井的距離、油藏模擬結果、地應力分布狀態等，進行了分段方案和射孔位置選擇，選擇原則為：

1.各段的射孔簇應處于其最小主應力位置，便于裂縫的開啟和延伸；

2.各段的射孔簇應處于物性相對較好的位置；

3.避開固井質量差的層段和套管節箍（在測固井質量和校深后調整）；

4.考慮注水井的布井位置，使得注水效果最優，并且避免出現水淹；

5.考慮經濟效益，裂縫段數和工藝參數優化以NPV最大化為目標；

6.射孔相位90度，射孔密度16孔/米，首段采取爆裂閥使井筒與地層溝通。

初步將整個水平段分為6段，每段4-5個射孔簇。

裂縫優化模擬結果

壓裂軟件模擬結果如下：

圖二 水平井模擬裂縫形態3D視圖

三、壓裂液

工藝需要的壓裂液需要具備以下性能：

較好的粘度以保持液體攜砂性能穩定；與儲層巖石和流體配伍；較低摩阻；控制液體濾失；抗剪切；易于準備和泵注具備快速破膠和返排能力。

根據以上要求，選用“滑溜水+基液+交聯液”的混合設計方式，整體減小液體粘度，降低壓裂液傷害。施工中采用小臺階下的逐級提升砂濃度模式，實現近線性加砂，確保泵注過程中支撐劑在裂縫中的濃度能夠平穩增加，降低施工風險。

四、支撐劑優選

安72長7油藏埋深2190 m，儲層閉合應力30.6 Mpa，針對長7裂縫發育儲層，為形成縫網系統，主要采用較小粒徑的支撐劑支撐天然裂縫及小支縫，采用較大粒徑的支撐劑支撐主裂縫。經室內試驗評價，優選40-70目與20-40目低密度陶粒組合應用。為確保后續各段橋射作業順利，各段尾追16/30目固結砂，防止支撐劑回流。

五、壓裂施工準備

整個施工由多家專業施工隊伍協同進行，壓裂七隊負責壓裂作業，斯倫貝謝公司提供射孔器材、防噴盒、電纜封井器、吊車，負責射孔+投球壓裂聯作并提供壓裂液化學添加劑。壓裂與監測試驗由油氣院與項目組共同組織協調；根據裂縫實時監測結果由油氣院對單段改造參數進行調整。

1.管柱

根據鄰井資料統計7，水平井水力噴砂壓裂時油管破壓平均為45.0 Mpa，N 80鋼級2/8"油管限壓65Mpa滿足1壓力要求；采取光套7管壓裂，套管要求限壓45 Mpa，P 110鋼級5/2"套管和N 80鋼級2/8"油管可滿足壓力要求。

2.井口

井口需承壓65 Mpa，同時必須滿足117 mm金屬球可通過。

3.壓裂設備

動用了10臺2000型壓裂車等各類主輔設備15臺套。

六、異常情況的處理

1.工具下入過程中遇卡

補救措施:下入過程中P n D工具可以進行旋轉，推壓，提拉等常規解卡作業。工具本體強度和套管相當或更高，并且沒有暴露在套管外的控制管線等，因此不會限制相關作業。

2.P N D閥未被激活

補救措施:如果第一次射孔激活未成功，則進行第二次射孔。如果仍未成功，則需要下入橋塞座封。作業流程同水力橋塞作業。

3.射孔槍入井過程中遇卡

補救措施:停泵和停電纜絞車，拉到最大安全拉力，用1/6允許的最大泵速洗井。不要讓井內壓力下降到上一級停泵后壓力，與返排操作員保持聯系，以便能快速關閉返排閥門，避免儀器串反向移動超過電纜。

4.射孔后遇卡

補救措施：拉到電纜的最大安全拉力等待幾分鐘，如果返排允許，返排很短時間，逐漸增加返排泵速，與返排操作員保持溝通，以便解卡后及時停泵。一旦射孔槍開始移動，開動絞車上提電纜。如果嘗試失敗，通過絞車電纜張力變化點驗證卡點深度，停住絞車，逐漸增加泵速到1/6,2/6和3/6全速。松動絞車釋放5 ft電纜，然后收緊并拉到最大安全張力，緩慢操作以免損傷電纜，建議重復操作少于5次。如果不能解卡。客戶做最終決定是否拉斷工具弱點將射孔槍留在井內。

5.射孔槍點火失敗

補救措施：如果射孔槍點火失敗，提出井口，檢查并更換點火設備和射孔槍彈。重新泵入射孔槍進行射孔作業。如果球座已經形成并且只有1槍未點火，可以和客戶討論是否需要重新泵入射孔槍補孔。

6.砂堵或壓力異常升高

補救措施：如果在壓裂施工過程中出現壓力異常升高，則立即停砂并觀察壓力反應，頂替至少1個井筒容積后考慮繼續加砂。如果在施工中出現提前砂堵，則可以先采取快速排液清砂措施，若無法排液則下入油管清砂。所以要求井架車在井口待命。

7.儲層無法壓開

補救措施：若施工出現某層無法壓開情況，可先采用震蕩法（加壓然后快速卸壓）；不成功則可以根據現場情況，采用以下兩種方案進行解決：1.如果地層可以吸收一定液體，則嘗試建立低排量注入酸液，直至酸液進入 地層浸泡射孔段10分鐘，再試；具體步驟如下：緩慢起泵，觀察井口壓力，以最低泵速（例如:0.5 m3/min）進行泵注注入酸液，直至將井筒內液體擠入地層，在擠入期間，根據壓力情況可以適當提高排量以壓開地層。如果觀察到地層已經破裂，則可以將排量提高至設計排量進行下一級壓裂。如果一直沒有觀察到地層破裂，可以持續以低排量注入，直至酸液進入射孔段，浸泡射孔段10分鐘，重新起泵再試。2.如果地層無法吸液，則可以下入帶封隔器的油管將井筒中的液體替換出來，泵入酸液，使得酸液浸泡射孔段30分鐘，嘗試壓裂。若還不成功可討論放棄本層壓裂。

七、施工簡況

第一段：套管內加壓打開爆裂閥形成通道，用胍膠液光套管壓裂。

圖3 第一段曲線

第二段：帶壓下入長0.6 m射孔槍6個，槍型S Q Y 89槍，彈型D P 35 R D×29-1 A，孔密10孔/0.6 m。帶壓泵送射孔槍，排量0.5—3.0方/min，壓力6.1—15.3 Mpa，歷時293 min，用液360.0方，射孔3槍，C環未打開。繼續帶壓泵送射孔槍，排量0.5—3.0方/min，壓力5.3-15.6 Mpa，歷時63 min，用液58.0方，射孔1槍，射孔長7:3339.84 m，推動C環形成O環，從井口投入Φ 117 mm可溶性金屬球1個，封堵下層，用胍膠液光套管壓裂。

圖4 第二段曲線

第三段：連續4天射孔激發C環未成，采用閘門控制放噴正常，后用活性水正擠水壓井。采用閘門控制放噴180 min，返出液體65.0方。C環仍未閉合，后改為水力噴射環空加砂。

第4-6段射孔激發C環均一次性閉合，壓裂正常。該井壓后自噴原油百噸以上。

八、存在的問題

1.采用三入口壓裂井口，施工中排量較高，各個高壓管線存在震動、不穩定現象，連接方式有待改進。

2.無特制的投球器，從井口投球影響了施工時間。

3.壓裂第一段時由于大罐極為分散，考慮到管線較長，混砂車打足8方排量不易，采用2套壓裂機組雙混砂車加砂，出現了加砂未能同步的問題。

4.施工中出現了C環連續射孔未激活、C射孔槍未發射等問題，耗費了大量液體、精力及時間，影響了施工周期。

九、認識與建議

1.現有的體積壓裂施工組織模式值得商榷。大型壓裂施工涉及到多個專業服務隊伍的多個專業技術作業，密切配合、通力協作是施工獲得成功的前提和保證。

2.體積壓裂配套高低壓管匯與連續輸砂裝置的研究。體積壓裂一般具有大排量、大液量、大砂量、低砂比的特點，使用多種液體和多種粒徑的支撐劑。施工設備、設施及地面流程配套要適應體積壓裂的這種特點,該井施工由于井場局限，大罐擺放不到位等因素的影響，多次出現加砂不能連續進行的情況，建議開展連續輸砂裝置的研究。

3.如何在井場狹小與施工規模大之間找一平衡點。由于現有政策的影響，井場面積會越來越小，如何有效利用設備，安全平穩施工給我們提出了嚴峻考驗。應用連續混配工藝，簡化了壓裂地面流程，縮短施工準備時間，減少了場地占用，防止了壓裂液浪費，實現了環境保護。

4.壓裂井口應使用專用的多入口壓裂頭，下方安裝和井筒內通徑相同的液壓閥、四通、投球器和總閘門。總閘門處于常開狀態，這種連接方式使得射孔、投球電纜作業十分方便，便于施工連續。

5.X X井的壓裂實踐，對國內致密油氣有效開發勘探開發進行了有益的探索，所取得的經驗和教訓可供今后國內水平井分段大型壓裂施工參考借鑒。

[1]詹鴻運.劉志斌.程智遠.田文江.張鵬.韓永亮水平井分段壓裂裸眼封隔器的研究與應用[期刊論文]-石油鉆采工藝2011,33（1）.

[2]柴國興.劉松.王慧莉.李繼志.新型水平井不動管柱封隔器分段壓裂技術[期刊論文]-中國石油大學學報（自然科學版）2010,34（4）.