一次多層壓裂充填技術(shù)在?177.8 mm套管井中的應(yīng)用

車爭(zhēng)安 修海媚 鞏永剛 陳增海 譚才淵 陳勝宏

1. 中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司；2. 中海石油(中國(guó))有限公司蓬勃作業(yè)公司

壓裂充填防砂的表皮因數(shù)通常只有2～5，不僅有防砂的作用，可替代增產(chǎn)作業(yè)措施［1-3］。2014年在蓬萊油田進(jìn)行了高速水充填防砂與壓裂充填防砂現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，壓裂充填防砂井初期產(chǎn)油量更高，米采油指數(shù)更高，月遞減率更低［4］，具有更好的防砂和增產(chǎn)效果［5］，截至2018年10月，蓬萊油田已經(jīng)壓裂充填作業(yè)的生產(chǎn)井為281口，生產(chǎn)效果良好。壓裂充填防砂正逐步成為渤海油田包括自營(yíng)油田在內(nèi)的絕大部分油田生產(chǎn)井的主推完井方式，應(yīng)用前景廣泛。

側(cè)鉆井是老油田最有效的增產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)措施，渤海油田大部分側(cè)鉆井生產(chǎn)套管為?177.8 mm套管。鑒于壓裂充填防砂應(yīng)用在疏松砂巖地層有更好的經(jīng)濟(jì)效益和防砂效果，且能提高油井生產(chǎn)壽命［6］，要求能實(shí)現(xiàn)?177.8 mm套管壓裂充填完井。

1 ?177.8 mm套管充填工具應(yīng)用現(xiàn)狀及存在的問題

?177.8 mm套管充填工具主要為哈里伯頓公司的系列化產(chǎn)品，本文主要以哈里伯頓公司的?177.8 mm套管充填工具系列為例，對(duì)各工具的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行分析對(duì)比，見表1。

表1 哈里伯頓公司?177.8 mm套管充填工具技術(shù)參數(shù)Table 1 Technical parameters of Halliburton ?177.8 mm casing packing tool

2018年前蓬萊油田主要采用的是哈里伯頓公司的充填工具 Halliburton ?177.8 mm Stack Pack System 和 Halliburton ?177.8 mm DTMZ System，前者為逐層壓裂充填服務(wù)工具，后者為兩趟多層充填服務(wù)工具。另外哈里伯頓公司還有兩種比較成熟的充填工具：Halliburton ?177.8 mm STMZ System和Halliburton ?177.8 mm ESTMZ System，前者為一次多層充填工具，后者是增強(qiáng)型(雙基管)一次多層壓裂充填工具。哈里伯頓公司?177.8 mm套管充填工具目前存在的問題如下。

(1)Halliburton ?177.8 mm Stack Pack System 可以實(shí)現(xiàn)壓裂充填，但是由于采取逐層射孔和逐層壓裂充填的作業(yè)模式，該工藝作業(yè)時(shí)效較低，極大地增加了完井工期和費(fèi)用，其完井工期和費(fèi)用甚至超過了鉆井工期費(fèi)用。該工藝是最早得以應(yīng)用的?177.8 mm套管壓裂充填工具，工具安全穩(wěn)定可靠，至今在蓬萊油田已應(yīng)用了167口井。

(2)Halliburton ?177.8 mm DTMZ System 可以實(shí)現(xiàn)兩趟多層充填防砂，節(jié)省完井工期和費(fèi)用，但是由于該工藝采用的沖管尺寸較小，為? 73 mm沖管和?48.26 mm沖管，在極端情況下，可能會(huì)由于提前脫砂后無法建立反循環(huán)而出現(xiàn)砂卡管柱的風(fēng)險(xiǎn)。

(3)Halliburton ?177.8 mm DTMZ & STMZ System的最高測(cè)試排量?jī)H為1.27 m3/min，無法滿足疏松砂巖地層壓裂充填作業(yè)的高排量的要求(通常不低于1.59 m3/min)。由于該工藝的局限性，只在2014年試驗(yàn)應(yīng)用了9口井。

(4)Halliburton ?177.8 mm ESTMZ System 可以實(shí)現(xiàn)層間有效封隔和壓裂充填作業(yè)，但是需要使用特制的雙基管篩管，充填服務(wù)工具及篩管均需要采用進(jìn)口器材，采辦周期長(zhǎng)，費(fèi)用昂貴，目前還未引進(jìn)到國(guó)內(nèi)，在常規(guī)井中使用無優(yōu)勢(shì)。

2 一次多層壓裂充填工具的國(guó)產(chǎn)化研制

2.1 研制思路

受到?177.8 mm套管尺寸小的限制，其內(nèi)徑有限，傳統(tǒng)的?177.8 mm套管充填工具主要存在如下3個(gè)方面的問題：

(1)能進(jìn)行壓裂充填的工具只能采取一層沖管的設(shè)計(jì)，從而只能進(jìn)行逐層壓裂充填，該類型充填工具的典型代表為Halliburton ?177.8 mm Stack Pack System。

(2)能實(shí)現(xiàn)多層充填的工具均需要小環(huán)空，要求采用兩層沖管設(shè)計(jì)，服務(wù)工具的小環(huán)空截面積較小，限制了施工排量且反循環(huán)摩阻高，極端情況下，極易造成砂卡，因此無法滿足壓裂充填作業(yè)的高排量和高砂比要求，該類型充填工具的典型代表為 Halliburton ?177.8 mm DTMZ & STMZ System。

(3)傳統(tǒng)的?177.8 mm套管充填工藝的防砂管柱內(nèi)通徑均較小，無法實(shí)現(xiàn)分采。

基于以上問題，對(duì)傳統(tǒng)的?177.8 mm套管壓裂充填工具進(jìn)行改進(jìn)，有3個(gè)方向：(1)增大沖管尺寸；(2)增大井眼(生產(chǎn)套管)尺寸；(3)將小環(huán)空移至篩管上，采用雙層基管篩管，見圖1。前兩個(gè)方向目前國(guó)產(chǎn)化研制均有嘗試，但只有第一個(gè)方向研制出成熟產(chǎn)品，且得到現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。?177.8 mm套管增強(qiáng)型(雙層基管篩管)一次多層壓裂充填工具目前還未進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化研究，該項(xiàng)技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯，應(yīng)用前景廣闊，值得在后期的研究中予以重點(diǎn)關(guān)注。

圖1 一次多層壓裂充填服務(wù)工具國(guó)產(chǎn)化研制思路Fig. 1 Development idea for localizing one-trip multistage frac-packing service tools

2.2 管柱結(jié)構(gòu)

?177.8 mm套管一次多層壓裂充填防砂工具主要包括外層防砂管柱和配套的充填服務(wù)工具，?88.9 mm充填服務(wù)管柱見圖2。研制了專用的DGB頂部防砂封隔器總成、DIP隔離封隔器總成、DSP沉砂封隔器總成，與傳統(tǒng)工具相比，增大了整個(gè)防砂管柱內(nèi)通徑，國(guó)產(chǎn)?177.8 mm套管一次多層壓裂充填防砂工具內(nèi)通徑由76.2 mm增至98.55 mm，提高了29.3%。防砂服務(wù)管柱由?88.9 mm沖管+?60.33 mmHYDril511 P110中心管組成，小環(huán)空截面積16.77 cm2，傳統(tǒng)?177.8 mm套管兩趟多層充填服務(wù)工具由?73 mm沖管+?48.26 mm中心管組成，小環(huán)空截面積只有11.87 cm2，比?177.8 mm套管兩趟多層充填服務(wù)管柱的小環(huán)空截面積提高了41.3%。充填服務(wù)管柱技術(shù)指標(biāo)：沖篩比0.877，壓力等級(jí)57.2 MPa，最小抗壓強(qiáng)度790 kN,溫度等級(jí)135 ℃。

圖2 ?88.9 mm充填服務(wù)工具總成Fig. 2 ?88.9 mm packing service tool assembly

2.3 工藝步驟

國(guó)產(chǎn)?177.8 mm套管一次多層壓裂充填工具的最高測(cè)試排量達(dá)到2.86 m3/min，滿足壓裂充填防砂施工排量不低于1.59 m3/min的要求，因此該工藝可以實(shí)現(xiàn)壓裂充填，以3層防砂為例，其作業(yè)步驟如下：

(1)刮管洗井，SBT測(cè)井測(cè)固井質(zhì)量；

(2)下入?114.3 mm TCP射孔槍對(duì)第 1、2、3層進(jìn)行平衡射孔作業(yè)；

(3)再次刮管洗井；

(4)鉆桿/電纜下入并坐封沉砂封隔器；

(5)下入1、2、3層一趟多層防砂管柱及服務(wù)工具；(6)進(jìn)行第1、2、3層壓裂充填/高速水充填作業(yè)；(7)下入電泵生產(chǎn)管柱；

(8)拆防噴器，安裝井口，交井。

2.4 技術(shù)指標(biāo)

國(guó)產(chǎn)?177.8 mm套管一次多層壓裂充填工具與傳統(tǒng)工藝的對(duì)比，其最大的特點(diǎn)有：作業(yè)時(shí)效高、作業(yè)成本低、供貨周期短、管柱通徑大、可實(shí)現(xiàn)分采，見表2。

表2 國(guó)產(chǎn)?177.8 mm套管一次多層壓裂充填系統(tǒng)與傳統(tǒng)工藝的對(duì)比Table 2 Comparison between one-trip multistage frac-packing system in ?177.8 mm casing and conventional technique

2.5 技術(shù)特點(diǎn)

(1)全井筒通徑由82.55 mm增至98.55 mm，可實(shí)現(xiàn)單井分采分注，并可為后續(xù)增產(chǎn)增注措施的實(shí)施提供通道。

(2)充填工具內(nèi)部配有耐沖蝕合金襯套，可保護(hù)充填工具本體；最高測(cè)試壓裂排量2.86 m3/min，最高測(cè)試過砂量90.72 t，可滿足壓裂要求。

(3)采用?88.9 mm沖管+?60.33 mm HYDril511 P110中心管的服務(wù)管柱，小環(huán)空截面積為16.77 cm2，過流面積較大，摩阻較小，反循環(huán)壓力可以控制在20.69 MPa以內(nèi)；設(shè)計(jì)備用反循環(huán)位置，防止已壓裂地層漏失大導(dǎo)致返砂困難，設(shè)計(jì)負(fù)重顯示器，找位置方便準(zhǔn)確。

(4)可下壓200 kN進(jìn)行壓裂，避免管柱上竄。

(5)可減少起下鉆次數(shù)，減少等天氣時(shí)間，時(shí)效高；使用普通篩管，費(fèi)用低，供貨周期短。

(6)復(fù)雜情況處理能力強(qiáng)。自動(dòng)灌漿，下入時(shí)可循環(huán)壓井；采用?88.9 mmP110沖管，最小抗拉強(qiáng)度達(dá)到789 kN，比Halliburton ?177.8 mm DTMZ &Stack Pack System服務(wù)工具的最小抗拉強(qiáng)度提高1.39倍，提高了處理砂卡等復(fù)雜情況的過提服務(wù)管柱的余量。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

該工具于2018年1月首次在蓬萊19-3油田D36ST02井中開始試用［7］，截至 2018年 12月31日共作業(yè)24口井，應(yīng)用效果良好，正在大規(guī)模推廣應(yīng)用。

3.1 在合作油田的應(yīng)用

2018年國(guó)產(chǎn)?177.8 mm套管一次多層壓裂充填防砂技術(shù)已在蓬萊油田成功應(yīng)用17口井，共計(jì)完成86層壓裂充填作業(yè)，壓裂充填砂比598.7～798.2 kg/m3，壓裂充填泵入排量1.91～2.86 m3/min，平均充填系數(shù)為1 428 kg/m，最大充填系數(shù)為2 461 kg/m，壓裂防砂效果良好。17口井的初期日產(chǎn)油量基本超過油藏配產(chǎn)，實(shí)際平均日產(chǎn)油量134 m3，油藏配產(chǎn)日產(chǎn)油量95 m3，投產(chǎn)初期實(shí)際的平均日產(chǎn)油量超過油藏平均配產(chǎn)的40.86%，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果良好。

3.2 在渤海自營(yíng)油田的應(yīng)用

截至2018年12月31日，國(guó)產(chǎn)?177.8 mm套管井一次多層壓裂充填防砂技術(shù)在渤海自營(yíng)油田已應(yīng)用7口井，平均井深2 367.3 m，平均防砂段數(shù)3.4段，完井方式均為?177.8 mm尾管射孔+?114.3 mm優(yōu)質(zhì)篩管壓裂充填，平均完井工期為11.72 d，比傳統(tǒng)作業(yè)模式大幅度提高完井效率，節(jié)省了完井工期。7口井均實(shí)現(xiàn)了分采生產(chǎn)管柱的下入，解決了傳統(tǒng)作業(yè)模式無法下入分采管柱的弊端。

4 結(jié)論

(1)針對(duì)傳統(tǒng)?177.8 mm套管井完井只能采用時(shí)效較低的逐層壓裂充填的作業(yè)模式，提出?177.8 mm套管壓裂充填工具的改進(jìn)方向：增大沖管尺寸；增大井眼(生產(chǎn)套管)尺寸；將小環(huán)空移至篩管上，采用雙層基管篩管。采用增大沖管尺寸的方法成功研制出了國(guó)產(chǎn)?177.8 mm套管一次多層壓裂充填工具。

(2)國(guó)產(chǎn)?177.8 mm套管一次多層壓裂充填工具既能用于高速水充填防砂作業(yè)施工，也能用于壓裂充填防砂作業(yè)施工，且可以滿足油水井分采分注的需求。

(3)國(guó)產(chǎn)?177.8 mm套管一次多層壓裂充填工具應(yīng)用效果良好，提效降本明顯，截至2018年12月31日已現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用24口井，目前正在大規(guī)模推廣應(yīng)用。