過篩管壓裂增產防砂技術在海上油田的應用

楊子，劉國振，王萬鵬

過篩管壓裂增產防砂技術在海上油田的應用

楊子，劉國振，王萬鵬

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300459）

渤海油田進入“雙高”階段后，老油田穩產增產難度逐漸加大，常規措施增油量有限，工程技術人員通過應用過篩管壓裂工藝技術取得了良好的應用效果，同時也總結出了適用于渤海油田高滲透儲層增產措施的施工思路。文中對不同射孔方式后作業效果及拖輪壓裂作業模式的適用性進行了探討，對多井次的實踐應用及關鍵工具進行了分析，并提出了建設性的改良措施或建議。現場作業實踐表明該技術具有較大應用潛力，是穩產增產的有效技術手段，為后續該技術將在渤海油田進一步擴大應用，在增產挖潛產能方面提供了新的作業思路。

渤海油田；高滲儲層；過篩管壓裂；技術應用

海上平臺，受限于平臺作業空間和篩管完井的完井方式，現有解堵技術雖取得一定效果，但措施有效期逐級變差。而過篩管壓裂增產技術，可通過破壞篩管建立注液通道，對目標井實施壓裂，同時完善配套技術和相關參數的優化，形成有效提高注聚井注入能力及油井產量的配套技術，為注聚區疏松砂巖油藏的高效開發和動用提供新的實用技術，創造明顯的經濟效益[1]。

1 篩管射孔工藝方案研究

常規炮彈射孔具有較好的經濟效益，能建立有效的流體通道，但由于工藝自身的作用原理，常規炮彈射孔將不可避免地造成二次傷害，其傷害源主要包括射孔液、射孔殘渣及射孔產生的高速氣流。射孔孔道圍若在氣流沖擊載荷的擠壓作用下，力學性質發生改變，形成壓實帶常規射孔形成的傷害帶和壓實帶[2]，如圖1所示。

圖1 常規射孔形成的傷害帶和壓實帶

與常規射孔方式不同，水力噴砂射孔主要通過加壓車加速含石英砂、陶粒等磨料物質的水砂混合液，形成高速射流完成射孔。水力噴砂射孔形成的孔深可達，孔徑最大可超過，且孔道與裂縫的連通性更好，有效避免了壓實傷害，減輕近井地帶應力集中，同時射流的清洗作用大大降低了磨料的重復破碎[3-4]。

2 增產防砂機理及應用

2.1 技術機理

過篩管壓裂能實現解堵、增產、防砂、修復四大功能。首先，篩管穿孔形成液流通道，通過地面高壓泵注，形成人工裂縫穿透污染帶，打通油流通道，實現污染層解堵。其次，縱向上人工裂縫穿透薄夾層，壓開潛力層，提高縱向動用，增加泄油半徑，有效提高單井產量。再次，人工裂縫降低了地層流體對地層砂沖刷和攜帶作用，降低了線性壓降[5]，增加防砂作用半徑，實現了深部防砂。最后，用高強度樹脂陶粒固結形成人工擋砂井壁，修復原篩管，有效提高防砂強度。

2.2 現場實踐及應用

X井是渤海油田遼東灣礦區的一口生產井，該井最大井斜30.2o，Mini-Beta三層礫石充填防砂，共三個段防砂，于2000年11月投產。該井井周邊鄰井（X1、X2、X3）的平均采液強度為8.4 m3·(d·m)-1,而該井僅為3.30 m3·(d·m)-1。考慮常規酸化等措施均未有效釋放該井產能，計劃對該井進行油藏增產措施，釋放油井產能。考慮第一防砂段（Ⅰu油組）有效厚度小，建議對第二防砂段（Ⅰd油組）和第三防砂段（Ⅱ油組）分別進行增產措施。通過前期方案調研及可行性分析，計劃對該井第二防砂段進行水力噴射壓裂，第三防砂段進行TCP射孔后過篩管壓裂作業。

第二防砂段水力噴射壓裂作業：開泵，倒正擠流程，測試地層吸液穩定后，井口投? 40.75 mm球，小排量送球到位，正打壓9 MPa，壓力降至3 MPa，判斷打開噴射滑套，停泵放壓。檢查流程，壓裂管線及閥門試壓合格；水力噴射作業：打入基液15 m3后，開始加砂，打入基液25 m3，砂比6%，排量2.2 m3·min-1，壓力39 MPa，提高排量至2.5 m3·min-1，壓力35~36 MPa，共計泵入基液60 m3，樹脂砂量1.3 m3，停泵后壓力迅速降至5 MPa；期間環空壓力保持5 MPa，噴射施工曲線如圖2所示。

表1 水力噴孔施工作業參數

圖2 水力噴射施工曲線

第三防砂段過篩管壓裂：小型擠注測試：1~3.5 m3·min-1@6~20 MPa，共計擠入液量40.7 m3，期間環空背壓保持5 MPa。主壓裂泵注：正擠前置液100 m3，攜砂液114 m3，頂替液7.3 m3，排量3.2 ~3.6 m3·mins-1，壓力18~21 MPa，砂比6%~55%，累計擠入液體221.3 m3，樹脂砂量29.28 m3，期間環空壓力保持5 MPa。主壓裂施工曲線如圖3所示。

3 關鍵工具

3.1 易鉆橋塞

復合材料橋塞（見圖4）可用于對油、氣、水層進行臨時、永久性封堵。具體可配合用于生產井封竄、堵水、壓裂、酸化等施工。其原理是利用坐封工具（電纜或油管傳輸液壓）產生的推力作用于上卡瓦，拉力作用于剪切接頭，通過上下錐體對密封膠筒施以上壓下拉兩個力，在一定拉力范圍內，橋塞上下卡瓦破裂并鑲嵌在套管內壁上，膠筒膨脹并密封，完成坐封。當拉力持續上升達到一定值時，剪切銷釘被拉斷，坐封工具與橋塞脫離，此過程完成丟手。該橋塞最大的優勢在于其復合材料及輕量化的卡瓦更易磨削，磨屑更易反排且不會堵塞地面設備，材質非金屬化的設計大大節省了磨銑時間。

圖3 主壓裂施工曲線

主要部件名稱：2—中心管；3—卡瓦止環；7—端膠筒；8—中間膠筒；9—引鞋；11—引鞋插桿；12—復合球；13—剪切銷釘；14—卡瓦環；15—下止環；16—緊定螺釘；17—承留環；18—O形密封圈；21—銷釘；23—錐體背圈；24—卡瓦。

3.2 大通徑反洗井閥

反洗閥（結構示意圖如圖5所示）是水平井分段壓裂配套工具（帶套管懸掛封隔器工具）中的關鍵部件，它的主要作用是壓裂施工后期利用泵車向套管施壓打開套壓閥內部滑套，建立油管和套管環空之間的液流通道，準確提供后期投產的油壓和套壓監測數據，同時可以反循環壓井、洗井、油井化學防蠟、清蠟等作業，便于油井生產管理。反洗閥主要由上接頭、套筒、循環閥、中心管、彈簧、下接頭、剪釘和密封圈構組成。根據施工和生產需要對循環閥打開，從套管內加壓，當反洗閥位置套壓大于油壓13~23 MPa時，剪斷活塞剪釘，循環閥上行使套筒與中心管連通，這時油套連通，可行進行反洗井作業，當反洗井結束，油套壓平衡，這時循環閥再彈簧的推動下復位，這時油管承內壓能力恢復，可以達到設計壓力，但第二次反洗井時只需2 MPa克服彈簧的推力即可進行反洗井作業。

圖5 選用的大通徑反洗閥的結構示意圖

3.3 液壓式安全接頭

液壓式安全接頭接在管柱上端，隨管柱下至設計深度。如果管柱被砂卡或被砂埋時，通過反循環洗井等措施也無法解卡時，從油管投入相應鋼球，加壓14~16 MPa直至銷釘被剪斷，滑套下行，此時上提油管提出安全接頭以上部分，再進行丟掉管柱的打撈處理。

3.4 套管限壓安全閥

套管限壓安全閥為剪切式，完全封閉式結構。具有結構簡單、體積小、重量輕、操作方便、靈敏度高、可靠性強、壓力范圍大等特點，是一種理想的套管泄流限壓保護裝置。套管里流出來的高壓流體作用于承載活塞而產生壓力，通過凡爾體傳到保險臂上，當泵內流體壓力超過規定的安全值時，安全銷便被剪斷，流體通過排除連接管排出閥外，從而起到泄壓，保護人身設備的安全作用。

4 經濟效果評價

Y井是渤海油田遼東灣礦區的一口生產，該井射孔層位為東二下段Ⅰu、Ⅰd和Ⅱ油組，有效厚度56.5 m，防砂方式為礫石充填防砂，防砂段分為三段：Ⅰu、Ⅰd和Ⅱ油組，于1993年9月下電泵投產。該井于2017年9月大修重新防砂完畢后在同樣生產壓差下產液量降低很多，分析存在修井過程中污染，2019年10月檢泵后產液量繼續降低，堵塞情況嚴重。計劃對第一防砂段和第二防砂段進行儲層改造。后成功實施了過篩管壓裂工藝，措施后日產液量約320 m3，日產油約200 m3。

目前過篩管壓裂技術在渤海油田遼東灣礦區及渤南礦區多個井次成功實施，增油效果顯著。

5 結論

1）水力噴射及壓裂一體化聯作加砂技術，可取替常規射孔，不但節約作業成本，而且提高了作業時效；

2）通過渤海油田拖輪壓裂作業模式探索，逐漸摸索及梳理了一套適用于海上采油平臺高滲儲層改造措施的思路，對后期作業有一定的指導意義；

3）針對壓裂工具或現場施工中出現的問題，后期須進一步改良工具結構，優化作業方案，進而最大程度實現增儲上產。

［1］馮飲升. 過篩管壓裂增產技術研究[D]. 西南石油大學，2015.

［2］李東傳，唐國海，孫新波，等. 射孔壓實帶研究[J]. 石油勘探與開發，2000, 27 (5): 112-114.

［3］吳春放. 水力噴射壓力射孔參數優化及軟件編制[D]. 中國石油大學，2011.

［4］曲海，李根生，劉瑩. 拖動式水力噴射分段壓裂工藝在篩管水平井完井中的應用[J]. 石油鉆探技術，2012, 40 (3): 83-86.

［5］智勤功，謝金川，吳瓊，等. 疏松砂巖油藏壓裂防砂一體化技術[J]. 石油鉆采工藝，2007，29（2）：57-60.

Application of Screen Fracturing Technology to Increase Production and Sand Control in Offshore Oil Fields

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(CNOOC (China) Co., Ltd., Tianjin Branch, Tianjin 300459, China)

After Bohai oilfield entered the "double high" stage, it is increasingly difficult for the old oilfield to stabilize production and increase production, and the conventional measures to increase oil are limited. Through the application of screen fracturing technology, good application results have been achieved, and at the same time, the construction ideas suitable for the high permeability reservoir stimulation measures in Bohai oilfield were summed up. The effects of different perforation modes and the applicability of tug fracturing mode were discussed, the practical application of multiple wells and key tools were analyzed, and constructive improvement measures or suggestions were put forward. Field practice shows that this technology has great application potential and is an effective technical means to stabilize production and increase production, which provides a new operation idea for further expanding the application of this technology in Bohai oilfield to increase production and tap potential production capacity.

Offshore oil field; High permeability reservoir; Screen fracturing; Technology application

2020-12-31

楊子（1987-），男，工程師，現在從事海上油氣田大型修井監督施工管理相關工作。

TE357

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1004-0935（2021）04-0569-03