目前低滲透、特低滲透油氣藏已成為我國(guó)重要的油氣資源戰(zhàn)略接替區(qū),水平井改造逐漸成為油田增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)有效途徑。對(duì)于低滲透、特低滲透油氣藏,不經(jīng)改造就無(wú)工業(yè)產(chǎn)能,因此,發(fā)展水平井增產(chǎn)提效技術(shù)成為必然。針對(duì)水平井改造過(guò)程存在的問(wèn)題,我們研究了一套系列化水平井增產(chǎn)提效改造技術(shù),包括水平井依次上提、連續(xù)分段壓裂工藝與工具,以及可回收清潔壓裂液。該增產(chǎn)提效技術(shù)經(jīng)過(guò)多次改進(jìn)和完善,性能可靠,作業(yè)效率不斷得到提高。
國(guó)內(nèi)外水平井技術(shù)現(xiàn)狀
水平井目前已成為提高油田勘探開發(fā)綜合效益的重要途徑,其技術(shù)已在中國(guó)石油旗下的長(zhǎng)慶、大慶、遼河、冀東、新疆、吉林等13個(gè)油田得到了廣泛的應(yīng)用。對(duì)于鉆遇在低滲透油氣藏的水平井,和產(chǎn)量達(dá)不到經(jīng)濟(jì)開發(fā)要求的其它水平井,各油田必然要面臨增產(chǎn)改造問(wèn)題。要在比較長(zhǎng)的水平井井段中以較短的時(shí)間、安全地壓裂形成多條水力裂縫,且壓后快速地排液,實(shí)現(xiàn)低傷害的水平井分段壓裂,其壓裂工藝技術(shù)難點(diǎn)在于分段壓裂工藝方式選擇和井下封堵工具。歸納國(guó)內(nèi)外水平井分段壓裂的工藝技術(shù)方法,主要分為以下四類:化學(xué)隔離技術(shù)、機(jī)械封隔分段壓裂技術(shù)、限流壓裂技術(shù)、水力噴砂壓裂技術(shù)。其中機(jī)械隔離是分段壓裂最有效的隔離方式。
目前水平井應(yīng)用的分段壓裂技術(shù)按照完井方式可以分為兩類,即裸眼完井和套管完井。裸眼完井包括的壓裂工藝有裸眼封隔器滑套分段壓裂、遇油膨脹封隔器分段壓裂、水力噴射壓裂。套管完井分段壓裂的技術(shù)有水力噴射壓裂、機(jī)械橋塞隔離分段壓裂、封隔器連續(xù)分段壓裂、不動(dòng)管柱封隔器分段壓裂、可鉆橋塞分段壓裂、連續(xù)油管噴砂射孔環(huán)空分段壓裂(見表1)。
裸眼完井主要針對(duì)常壓氣井,我們主要針對(duì)套管完井分段壓裂技術(shù)進(jìn)行研究。
水力噴射壓裂優(yōu)點(diǎn)是一趟管柱可連續(xù)射孔壓裂多個(gè)層段,作業(yè)時(shí)間短,缺點(diǎn)是造縫效果有待評(píng)價(jià),裂縫形態(tài)、尺寸、措施有效期尚未定論,井筒隔離效果不明顯。
機(jī)械橋塞優(yōu)點(diǎn)是封堵可靠,有效期長(zhǎng),缺點(diǎn)是起下鉆次數(shù)太多,施工周期很長(zhǎng),不適應(yīng)氣井、裸眼井壓裂作業(yè)。
采用套管不動(dòng)管柱分隔進(jìn)行分段壓裂,該技術(shù)尺寸條件限制,封隔目的段數(shù)有限,制約水平井多段改造。
連續(xù)油管壓裂采用連續(xù)油管水力噴射射孔、環(huán)空壓裂、填砂的方式進(jìn)行分段,最后采用連續(xù)油管進(jìn)行沖砂。該技術(shù)應(yīng)用于常壓氣井;
可鉆橋塞分段壓裂橋塞式采用射孔、壓裂、下橋塞,再射孔、壓裂、下橋塞的方式進(jìn)行分段壓裂,最后進(jìn)行鉆橋塞的方式,該技術(shù)施工周期較長(zhǎng)。
水平井增產(chǎn)提效改造技術(shù)研究
井筒隔離技術(shù)是水平井實(shí)施分段壓裂的關(guān)鍵,機(jī)械隔離是分段壓裂是最有效的隔離方式。由于水平井機(jī)械工具施工卡鉆風(fēng)險(xiǎn)大,近年來(lái)一直致力于小直徑大膨脹率高效隔離工具的研究。經(jīng)過(guò)了多次改進(jìn)和完善,性能日趨穩(wěn)定,作業(yè)效率也不斷得到提高,通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和應(yīng)用,取得了很好的應(yīng)用效果。水平井增產(chǎn)提效改造技術(shù)研究關(guān)鍵技術(shù)有以下幾點(diǎn):小直徑、大膨脹率、高壓封隔器的研制;水平井連續(xù)分段壓裂工藝技術(shù)研究;可回收清潔壓裂液體研究。
一、連續(xù)上提管柱分段壓裂技術(shù)。
工藝原理 采用雙封選壓壓裂方式,利用小直徑大膨脹率和鋼片自錨定等特點(diǎn)開發(fā)了高效的封隔器,作為雙封選壓的下封隔器,解決了下封隔器易砂卡的問(wèn)題。依次上提連續(xù)分段壓裂是利用2個(gè)封隔器卡住目的層段進(jìn)行壓裂,之后上提至第二個(gè)射孔段進(jìn)行壓裂,如此一趟管柱即可以完成所有層段的壓裂。
關(guān)鍵工具 依次上提連續(xù)分段壓裂最關(guān)鍵的工具為下封隔器。下封隔器采用外露式鋼片骨架膠筒(圖2),既提高了坐封強(qiáng)度,又具有錨定功能。由于不需要提供壓裂液通道,直徑可以設(shè)計(jì)得很?。?1mm),壓裂后解封徹底,砂卡風(fēng)險(xiǎn)很小。
導(dǎo)壓噴砂器:導(dǎo)壓噴砂器的特點(diǎn)是提供壓裂液通道的同時(shí)將壓力傳遞給下封隔器,為下封隔器提供坐封壓力(圖3)。
技術(shù)特點(diǎn) 依次上提連續(xù)分段壓裂采用雙封卡壓的原理,一趟管柱可以連續(xù)實(shí)現(xiàn)多段的壓裂施工,作業(yè)效率高。下封隔器采用外露式鋼片骨架膠筒,既提高了坐封強(qiáng)度,又具有錨定功能。工具直徑很?。?1mm),壓裂后解封徹底,砂卡風(fēng)險(xiǎn)小。配套工具的技術(shù)參數(shù)見表2和表3。
二、可回收清潔壓裂液的研究。
目前水平井壓裂改造中用液量大,返排液無(wú)法回收利用,試油周期長(zhǎng),為了提高施工效率,我們開展了可回收清潔壓裂液的研究,現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用8口井,效果良好,為水平井的高效開發(fā)提供了有效的技術(shù)支撐。
技術(shù)優(yōu)勢(shì)一:現(xiàn)場(chǎng)直接混配、連續(xù)施工。壓裂施工前,在清水中簡(jiǎn)單配入無(wú)機(jī)鹽類穩(wěn)定劑,壓裂施工過(guò)程中,稠化劑與水直接在混砂池混合,達(dá)到壓裂攜砂性能要求。壓裂液按需混配,現(xiàn)場(chǎng)無(wú)壓裂液剩液存在,節(jié)約材料;剩余含穩(wěn)定劑清水無(wú)需處理即可排放;節(jié)省了配液時(shí)間和成本。
技術(shù)優(yōu)勢(shì)二:可回收重復(fù)利用,安全環(huán)保。水平井分段壓裂時(shí),可將每一段壓裂后返排出的殘液都用于下一段壓裂施工,大大降低最終殘液量,降低環(huán)保壓力。
技術(shù)優(yōu)勢(shì)三:壓裂施工井筒摩阻低??苫厥涨鍧崏毫岩后w系摩阻低于胍膠壓裂液體系,最低摩阻損失相當(dāng)于羥丙基胍膠壓裂液的50%,有利于水平井分段壓裂時(shí)提高施工排量,降低施工風(fēng)險(xiǎn),見圖6、圖7。
增產(chǎn)提效改造現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用
對(duì)水平井上提分壓工藝管柱進(jìn)行井下模擬試驗(yàn)。試驗(yàn)內(nèi)容包括工藝管柱的通過(guò)性、封隔器坐封、封隔器部件耐壓、封隔器解封等。試驗(yàn)結(jié)果表明,水平井上提分壓工藝管柱動(dòng)作靈活可靠,各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求,該工藝管柱可以進(jìn)行先導(dǎo)性現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。目前水平井上提分壓工藝管柱已在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)3口井,工藝管柱性能穩(wěn)定,成功率100%??苫厥涨鍧崏毫熏F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用8口井,降摩阻效果明顯,成功率100%。
連續(xù)上提管柱分段改造技術(shù)在現(xiàn)場(chǎng)累計(jì)應(yīng)用了3口井。均取得了顯著的改造效果,施工成功率100%,措施有效率100%。XP1井全井日產(chǎn)純油32.1m3;投產(chǎn)后該井日產(chǎn)液28.0m3/d,含水5.0%。XP1井投產(chǎn)后產(chǎn)量為鄰井的4倍以上,改造增產(chǎn)效果明顯,見表4。
現(xiàn)場(chǎng)施工結(jié)束后,分別對(duì)兩個(gè)下井壓裂封隔器進(jìn)行鋼體和膠筒變形測(cè)量、拆裝分析。結(jié)果表明,封隔器內(nèi)部中心管及其他過(guò)流通道壁面輕微磨損,不影響工具動(dòng)作,證明工具的選材、設(shè)計(jì)和加工裝配工藝滿足現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用要求。
所有分段壓裂井各段壓裂施工的破裂壓力、工作壓力各不相同,施工均一次成功,未發(fā)生任何問(wèn)題。沖砂洗井后管柱起出未出現(xiàn)卡、阻現(xiàn)象。試驗(yàn)結(jié)果表明:連續(xù)上提管柱分段壓裂管柱結(jié)構(gòu)、壓裂和洗井施工參數(shù)設(shè)計(jì)合理,壓裂液性能穩(wěn)定,形成了獨(dú)立的裂縫系統(tǒng)。
可回收清潔壓裂現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用8口井(見表5),產(chǎn)量高于該區(qū)塊常規(guī)壓裂試氣產(chǎn)量,特別是T7產(chǎn)量是臨井的5倍。