分簇射孔
—復(fù)合橋塞聯(lián)作分段壓裂技術(shù)

■ 慕光華　成隨牛　馮　濱

分簇射孔
—復(fù)合橋塞聯(lián)作分段壓裂技術(shù)

■ 慕光華成隨牛馮濱

隨著國(guó)內(nèi)頁巖氣、致密油氣的開發(fā)，在水平井施工中，分簇射孔—復(fù)合橋塞聯(lián)作的分段壓裂開發(fā)模式得到廣泛應(yīng)用。與其他開發(fā)模式相比，它具有可實(shí)現(xiàn)大排量注入、分簇射孔、分段體積壓裂和作業(yè)效率高等優(yōu)點(diǎn)。

分簇射孔—復(fù)合橋塞的分段壓裂的核心技術(shù)為水力泵送工藝技術(shù)、多級(jí)點(diǎn)火分簇射孔技術(shù)、快鉆復(fù)合橋塞技術(shù)、滑溜水多段體積壓裂技術(shù)。前三項(xiàng)技術(shù)由射孔施工隊(duì)伍承擔(dān)完成。

分簇射孔—復(fù)合橋塞分段壓裂示意圖

將水平井段分成若干段（一段的控制距離為100～150m），第一段采用油管、連續(xù)油管及電纜爬行器進(jìn)行射孔后壓裂，其他段采用分簇射孔-復(fù)合橋塞聯(lián)作工藝技術(shù)施工。用電纜將聯(lián)作儀器串下入井內(nèi)，在大斜度及水平井段用水力泵送的方式推進(jìn)，即水力泵送工藝技術(shù)。首先用復(fù)合橋塞封堵前一段，再對(duì)本段進(jìn)行分簇射孔，起出聯(lián)作儀器串，再對(duì)該段進(jìn)行體積壓裂施工。

聯(lián)作儀器串示意圖

多級(jí)點(diǎn)火分簇射孔技術(shù)是將串接的電纜射孔器和橋塞座封工具下放到預(yù)定射孔位置后，從底部逐級(jí)進(jìn)行分層點(diǎn)火。主要通過兩種方式來實(shí)現(xiàn)：

一是采用壓力機(jī)械開關(guān)裝置，由下部射孔槍起爆后，產(chǎn)生的爆炸壓力推動(dòng)機(jī)械開關(guān)閉合，接通上部射孔槍雷管的原理，實(shí)現(xiàn)電纜分級(jí)射孔。如果某級(jí)壓力開關(guān)未閉合，則本級(jí)和后級(jí)射孔器無法點(diǎn)火起爆。

二是利用可編碼的電子開關(guān)技術(shù)，通過地面儀器控制可編碼電子開關(guān)，有選擇地將雷管與電纜纜芯導(dǎo)通，完成分級(jí)點(diǎn)火。特點(diǎn)是可以串接數(shù)量比較多（10～20級(jí)）的下井射孔器，跳過故障級(jí)對(duì)后一級(jí)進(jìn)行點(diǎn)火，提高分簇射孔的下井一次成率。

多級(jí)點(diǎn)火分簇射孔還具有以下特點(diǎn)：電纜傳輸+液體推送+座封橋塞+分級(jí)起爆多根射孔槍，每級(jí)分2～6 簇射孔，每簇長(zhǎng)度0.46～0.77m，簇間距20～30m。

多級(jí)點(diǎn)火分簇射孔示意圖

快鉆復(fù)合橋塞是從常規(guī)鑄鐵橋塞發(fā)展而來，通常采用連續(xù)油管或電纜水力泵入下入方式。技術(shù)特點(diǎn)是采用分級(jí)點(diǎn)火聯(lián)作施工，先坐封復(fù)合橋塞，后進(jìn)行分簇射孔。因?yàn)橹黧w為復(fù)合材料，易鉆、易排出（小于60min鉆掉，常規(guī)鑄鐵大于4h），適用于套管井壓裂。

投球式復(fù)合橋塞

快鉆復(fù)合橋塞有投球封堵、籠式球封堵和絲堵封堵3種形式，耐壓70MPa，耐溫分別為125℃、150℃和175℃。

體積壓裂就是指在水力壓裂過程中，使天然裂縫不斷擴(kuò)張和脆性巖石產(chǎn)生剪切滑移，形成天然裂縫與人工裂縫相互交錯(cuò)的裂縫網(wǎng)絡(luò)，從而增加改造體積，提高初始產(chǎn)量和最終采收率。通過壓裂的方式將可以進(jìn)行滲流的有效儲(chǔ)集體“打碎”，形成網(wǎng)絡(luò)裂縫，使裂縫壁面與儲(chǔ)層基質(zhì)的接觸面積最大，使得油氣從任意方向的基質(zhì)向裂縫的滲流距離最短，極大地提高儲(chǔ)層整體滲透率，實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)層在長(zhǎng)、寬、高三維方向的“立體改造”。

體積壓裂顛覆了經(jīng)典壓裂理論，體積改造形成的已經(jīng)不再是對(duì)稱裂縫，而是復(fù)雜的網(wǎng)狀裂縫系統(tǒng)。裂縫的起裂與擴(kuò)展再是不簡(jiǎn)單的裂縫的張性破壞，而且還存在著剪切、滑移、錯(cuò)段等復(fù)雜的力學(xué)行為。

體積壓裂示意圖

大型滑溜水體積壓裂技術(shù)的特點(diǎn)為大排量、大液量、大砂量、小粒徑、低砂比。主要施工參數(shù)為：排量10m3/ min以上；每段壓裂液量1000～1500m3；每段支撐劑量100～200m3。

泵送電纜分簇射孔+復(fù)合橋塞分段體積壓裂施工的流程為：

①第一段采用油管或連續(xù)油管傳輸射孔，提出射孔槍；

②進(jìn)行第一段壓裂；

③沖洗井筒；

④水力泵送復(fù)合橋塞+分簇射孔聯(lián)作儀器串入井；

⑤點(diǎn)火座封橋塞，射孔槍與橋塞分離；

⑥電纜拖動(dòng)射孔槍在預(yù)定位置進(jìn)行分簇射孔，起出電纜；

⑦壓裂第二層，重復(fù)步驟④～⑦，實(shí)現(xiàn)多層分段體積壓裂。

2013年，中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司在長(zhǎng)慶油田安平XX井水平井中完成了7段復(fù)合橋塞封堵和31簇分級(jí)射孔施工作業(yè)。目前，長(zhǎng)慶、吐哈和華北等事業(yè)部在油田均開展此項(xiàng)施工作業(yè)，共施工230口井。隨著油田對(duì)頁巖氣和致密油氣開發(fā)力度的加大，分簇射孔—復(fù)合橋塞聯(lián)作分段壓裂技術(shù)將得到廣泛的應(yīng)用，成為中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司的工藝技術(shù)亮點(diǎn)和效益增長(zhǎng)點(diǎn)。