投球計數滑套分段壓裂技術在錦58井區應用實踐

王新君，申貝貝

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投球計數滑套分段壓裂技術在錦58井區應用實踐

王新君，申貝貝

（中國石化華北油氣分公司石油工程技術研究院，河南鄭州 450006）

錦58井區屬典型的低孔、低滲致密砂巖氣藏，采用水平井裸眼封隔器分段壓裂雖然效果顯著，但壓后無法實現井筒全通徑，制約后期的井筒治理，為此試驗了投球計數滑套分段壓裂工藝。該工藝將常規的級差式投球滑套改進為投球計數滑套，通過投入同一尺寸的壓裂球實現水平段逐級分段壓裂改造。投球計數滑套分段壓裂工藝具有完井、壓裂和生產管柱一體化、壓裂級數不受限制、作業速度快、壓后井筒大通徑等優點。X井現場應用表明，投球計數滑套分段壓裂工藝不僅可以實現1d內12段壓裂施工，而且水平井增產效果顯著，X井平均無阻流量達到同區內直井的8.6倍。

錦58井區；水平井；投球計數滑套；分段壓裂

錦58井區位于杭錦旗區塊十里加汗區帶西部，構造單元位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡北部，主要含氣層為上古生界下石盒子組盒1段，儲層平均埋深3 080 m，巖性以巖屑砂巖為主，氣層分布受砂體展布和物性變化控制。盒1段平均孔隙度9.3%，平均滲透率0.89×10–3μm2，屬于典型的低孔、低滲型氣藏，氣井基本無自然產能，需要進行壓裂改造投產。

2015年對錦58井區進行了勘探開發一體化評價，進一步落實了錦58井區儲量。多級管外封隔分段壓裂工藝具有儲層與井筒接觸面寬、泄流面積大、建井成本低等特點，在錦58井區的勘探開發過程中改造效果顯著（平均單井產氣無阻流量10.4×104m3/d），有力地支撐了杭錦旗區塊的高效勘探開發。但是壓裂井在加砂壓裂施工后進行排液測試及采氣過程中，常常有支撐劑回流的現象[1]，特別是對于出砂嚴重的井，需要實施沖砂等修井作業[2]。多級管外封隔分段壓裂管柱結構存在投球式級差滑套[3]，導致壓后井筒無法實現全通徑而影響后期井筒沖砂作業、儲層二次改造等作業。為此，在杭錦旗區塊錦58井區開展了水平井投球計數滑套分段壓裂試驗。

1 投球計數滑套分段壓裂技術

投球計數滑套分段壓裂技術以常規多級管外封隔分段壓裂完井管柱和壓裂工藝為基礎，將級差式投球滑套改進為新型計數式投球壓裂滑套，各級滑套使用同一尺寸的壓裂球逐級打開，可實現壓裂后井筒大通徑生產管柱的目的。

1.1 工藝原理

投球計數滑套分段壓裂技術工藝原理與常規多級管外封隔分段壓裂工藝相似，利用鉆桿一次下入分段壓裂工具串，投球加壓坐封尾管懸掛封隔器和裸眼封隔器，利用裸眼封隔器進行壓裂段間的隔離，丟手分壓工具串后再回接壓裂管柱。工具串第一級采用壓力開啟閥，壓裂時，兩個破裂盤在內部套管壓力作用下，壓力超過設定值時擊破破裂盤，打開壓裂通道。第一段施工結束后投球打開第二級滑套，進行第二段壓裂。依次類推，在不動管柱情況下，依次投入同一尺寸的球，逐級打開各級滑套，可實現水平井分段壓裂[4]。此外，在投球計數滑套套管固井完井中，也可以實現用同一尺寸的球打開多個滑套，實現分簇體積壓裂。

1.2 投球計數滑套關鍵技術

投球計數滑套是利用機械旋轉計數器依次步進的原理所研發的一種新型投球壓裂滑套（圖1）。投球計數滑套采用了全機械驅動機構，無需電纜或液壓管線控制，只有投球后，在機械計數器的觸發機構處依靠節流壓差形成推動力，從而推動計數器工作。

同時，在滑套沒有打開前，壓裂球也可以反方向驅動，精確計數。在壓裂時，砂堵后可以通過放噴解堵，操作順序不會混亂。計數器以5步為一個單元，可以延長疊加，理論上可以實現無限級。

圖1 投球計數滑套管柱結構示意　　

投球計數滑套分段壓裂工具采用P110鋼級，可承受10 000 psi壓差和150℃高溫環境，適用于4?"和5?"裸眼管外封隔器或套管固井完井，工具參數見表1。所有入井的滑套都用同一尺寸球打開，壓后管柱最小內徑分別達到89 mm（3.5 in）和106 mm（4.17 in），滿足后期（連續）油管沖砂作業等要求。

1.3 完井管柱結構組合

投球計數滑套管外封隔器完井管柱主要工具包括管外封隔器、壓力開啟閥、投球計數滑套、懸掛封隔器以及回接筒等。基本的管柱結構示例為：（自下而上）浮鞋 + 浮箍 + 碰壓座 + 壓力開啟閥 + 裸眼封隔器 + 計數滑套 + 裸眼封隔器 + 計數滑套 +…+ 裸眼封隔器+套管 +懸掛器封隔器 + 回接筒 + 回接管柱（含回接插頭和回接管柱），見圖2。

1.回接管柱；2.回接插頭；3.技術套管；4.回接筒；5.尾管懸掛封隔器； 6.套管；7.投球計數滑套；8.管外封隔器；9.壓力開啟閥；10.浮鞋+浮箍

對于套管固井完井投球計數滑套分段壓裂工藝而言，完井管柱結構主要工具包括壓力開啟閥、投球計數滑套、懸掛封隔器、回接筒等。

此外，投球計數滑套分段壓裂也可配合可溶性壓裂球壓裂施工。可溶解壓裂球采用特殊鋁鎂合金材料材質，可在地層水中自行溶解，從而降低由于壓裂球返排較少后在壓后返排和生產過程中對流體流動的影響。

1.4 工藝技術特點

（1）壓裂施工采用同一尺寸球，壓后實現井筒大通徑，便于后期井筒作業。

（2）可根據施工要求設置壓裂級數和位置，滑套無級數限制。

（3）投球計數滑套工具適用于4?"和5?"裸眼管外封隔器或套管固井完井，在套管固井完井中可以實現同級多簇壓裂和定點壓裂。

（4）完井工具串與套管同一趟管柱下入，無需增加下入工序，且壓裂施工工序簡單，無需射孔，施工作業速度快。

（5）投球計數滑套壓裂過程中砂堵后，可以通過放噴返排解堵，不影響計數滑套工作和后續壓裂施工。

（6）既可用于直井、又可用于水平井，無需特殊作業要求，無需連續油管等設備配合，施工成本低。

2 投球計數滑套分段壓裂現場應用

2016年至2017年，計數滑套分段壓裂技術在錦58井區共應用水平井5口，設計段數39段，實際壓裂37段（其中兩段滑套未打開采用連續油管射孔壓裂），段施工成功率94.9%。下面以X井壓裂情況為例進行介紹。

2.1 X井概況

X井為杭錦旗區塊錦58井區一口開發水平井，目的層為下石盒子組盒1段氣層，鄰井導眼目的層段測試解釋盒1段氣層砂體厚度為26 m，有效氣層厚度為25 m，平均含氣飽和度約48.5%，目的層上下均發育較厚的泥巖隔層，遮擋效果較好。X井實鉆水平段長1 200 m，鉆遇砂巖總長度為1 200 m，鉆遇具有全烴顯示的砂巖總長度為742 m，水平段加權全烴凈增值20.97%。

2.2 X井完井及壓裂方案

X井采用三級井身結構，在Φ152.4 mm井眼內下裸眼管外封隔、Φ114.3 mm套管和Φ114.3 mm投球計數滑套等工具組合完井。同時結合水平段測、錄井解釋和隨鉆伽馬成果綜合分析，封隔器座封在井徑變化較小、沒有明顯擴徑的井段或鉆時較長的泥質砂巖段，計數投球滑套設置于封隔器之間。完井管柱依次進行刮管（刮管器）、通井（單磨鞋和雙磨鞋）建立良好的井眼條件后，完井管柱一次順利完成座封、驗封、丟手及回接等工作。

X井設計八段壓裂改造，其中第一段采用壓力開啟閥壓裂施工，第二段至第八段采用投球打開計數滑套后壓裂施工。基于不穩定滲流原理，應用復位勢理論、疊加原理和數值求解方法，并考慮水平井壓后裂縫形態和生產過程中油氣在裂縫中的滲流機理，建立考慮裂縫干擾的壓裂氣藏水平井產量預測模型[5–7]，進一步優化裂縫參數及施工參數。設計單段入地液量240～335 m3，單段設計砂量30～45 m3，平均砂比22.8%，最高砂比35%，施工排量4.0 m3/min。同時優選0.42%羥丙基胍膠壓裂液和20/40目中密度陶粒支撐劑，并配合全程液氮伴注工藝，降低壓裂液濾失，提高壓后返排能量和返排速率[8–9]。

2.3 X井施工過程及壓后效果

（1）X井順利完成八段壓裂施工，入井總液量2 356 m3，加砂總量300.8 m3，平均砂比22.7%，施工排量3.0～4.1 m3/min。

第一段采用壓力開啟閥打開壓力40.0 MPa，第二段至第八段計數投球滑套打開壓力31.1～40.0 MPa，其中第五段計數滑套打開井口壓力顯示較為明顯，見圖3所示（滑套打開壓力38.3 MPa，），另外第二段計數滑套打開井口壓力顯示不明顯。

圖3 投球計數滑套分段壓裂施工曲線

（2）投球計數滑套壓裂工藝施工效率高，轉層迅速，X井第八段壓裂施工累計作業時間14.0 h，平均單段施工時間105 min，其中單段轉層時間10～15 min。計數投球滑套分段壓裂與多級管外封隔器分段壓裂工藝施工速率基本相當。

（3）X井試氣油壓13.2 MPa，平均產氣量33 674 m3/d，無阻流量為126 986 m3/d，平均產液量20.2 m3/d，累計排液量870.5 m3，返排率36.94%。與錦58井區同層位直井產量（平均無阻流量14 663 m3/d）相比，增產效果顯著。

（4）X井壓后井筒最小內徑89.0 mm，在試氣結束投產前，采用1.5"連續油管帶沖砂工具對水平段進行沖砂作業，由于滑套內徑（89.0 mm）和裸眼封隔器內徑（98.0 mm）與套管內徑（101.6 mm）不一致，井筒內存在臺階，導致沖砂作業過程中油管多次遇阻。

3 結論

（1）投球計數滑套分段壓裂工藝具有完井、壓裂和生產管柱一體化、壓裂級數不受限制、作業速度快、壓后井筒大通徑等優點，可在10～15 min內完成單段投球打滑套作業，1 d內完成12段常規規模的壓裂改造。

（2）投球計數滑套分段壓裂工藝在錦58井區X井現場施工總體順利，壓后無阻流量達126 986 m3/d，達到井區內同層位直井無阻流量8.6倍，單井增產效果明顯，表明該技術能夠滿足水平井增產的需求。

（3）投球計數滑套壓裂技術在實際施工過程中存在部分滑套打開壓力顯示不明顯、無法確認滑套開啟情況；個別段壓差滑套無法打開，影響施工進度；另外，滑套內徑與套管內徑不一致容易導致在壓后沖砂過程中管柱遇阻遇卡。現場應用情況表明，雖然投球計數滑套分段壓裂技術優勢明顯，但工具可靠性有待進一步改進。

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編輯：張 凡

2018–02–05

王新君，工程師，1966年生，1988年畢業于西安地質學院，現從事致密低滲油氣藏儲層改造工藝研究。

國家科技重大專項“低豐度致密低滲油氣藏開發關鍵技術”（2016ZX05048）。

1673–8217（2018）04–0106–04

TE254

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