PnD射孔投球分段多簇压裂在超低渗 油藏的开发应用

李超 佘亚军 曹亮 杨马庆(川庆钻探工程有限公司长庆井下技术作业公司 陕西 西安 710000)

X X井是长庆油田采油六厂部署在武卯子的一口试验水平井，以长7为目的层，完钻井深3455.0 m，水平段：603.1 m。主要为灰黑色致密砂岩,针对长7储层物性差、裂缝发育等特征，通过大排量压裂，开启天然裂缝，形成相互对称的复杂网络裂缝；试验p n d分段多簇压裂技术，通过多级点火实现分簇射孔、投可溶性球实现封隔、光套管压裂实现大排量注入，提高压裂施工效率和复杂裂缝。施工排量8-10方/min，注入总液量7880方，加入支撑剂471.9方。这是此项技术首次在国内开展试验，试验成功为国内致密油气有效开发提供了新的技术方向，所取得的经验和教训可供今后国内水平井分段大型体积压裂实施参考借鉴。

一、PnD射孔投球分段多簇压裂技术

水力泵送速钻桥塞分段压裂的改进版本——PnD射孔投球压裂技术是当今国外致密油气水平井体积压裂技术发展的一个新方向,近年来在国外致密油气藏开发中得到广泛应用。X X井压裂采用了斯伦贝谢公司的技术，这也是此项技术首次在国内开展试验。

工艺过程

1.固井时下入爆裂阀（第一段）和5级PnD阀（其它5段）。

2.第一段套管内加压，打开爆裂阀形成通道，然后光套管压裂改造。

3.带压水力泵送多级射孔枪至第二段，多级点火射孔，激活PnD阀，使c环形成o环，起出电缆、投球封隔第一段，光套管压裂作业（压后不放喷）。

4.用同样的方式，根据分压段数要求，依次下人射孔枪、射孔、投球压裂。

5.各段压裂完成后，进行排液、求产。

技术特点

1.特别适合大排量、大液量特点的体积压裂,通过簇式射孔实现定点、多点起裂，裂缝位置精准,易形成更多的缝网改造体积。

2.射孔+投球+压裂联作，带压作业，施工快捷，井筒隔离可靠性高。

3.压后井筒完善程度高。金属球由复合材料制成，密度较小，压后可自动消融,为后续作业和生产留下全通径井筒,压裂后不需要钻磨即可保持全通径投产，具有压裂作业效率高、成本低的特点。

施工难点

1.该技术关键是电缆下入射孔联作，如果前面C环不能顺利打开或是射孔不能完成，势必会造成不能实施压裂改造。

2.无论是在泵送射孔枪还是泵送金属球，都需要套管具有较高的完整性。因此压裂施工中必须控制好压力，使其在能顺利压开地层的情况下不使套管变形。

3.大规模施工，大液量、大砂量，大排量施工给地面压裂设备、高压管线、井口等提出了更高的长时间耐压及稳定性的要求。

二、压裂方案要点论证

裂缝参数优化

X X井区长7水平井部署采用直井注水-水平井采油、水平段垂直于裂缝方向的七点井网形式，井距500 m，排距200 m。

图1 井网示意图

1.以数值模拟手段、同时以油藏改造体积为依据优化裂缝参数；

2.根据前期矿场试验及井下微地震测试结果，优化段间距为30-50 m；

3.从形成复杂裂缝出发，单段设计4-5簇；

4.纺锤形中间裂缝半缝长240 m；

5.纺锤形两端裂缝由于距离注水井连线近，优化裂缝半长为180 m。

分段和射孔位置优化

根据水平段的物性及分布、与注水井的距离、油藏模拟结果、地应力分布状态等，进行了分段方案和射孔位置选择，选择原则为：

1.各段的射孔簇应处于其最小主应力位置，便于裂缝的开启和延伸；

2.各段的射孔簇应处于物性相对较好的位置；

3.避开固井质量差的层段和套管节箍（在测固井质量和校深后调整）；

4.考虑注水井的布井位置，使得注水效果最优，并且避免出现水淹；

5.考虑经济效益，裂缝段数和工艺参数优化以NPV最大化为目标；

6.射孔相位90度，射孔密度16孔/米，首段采取爆裂阀使井筒与地层沟通。

初步将整个水平段分为6段，每段4-5个射孔簇。

裂缝优化模拟结果

压裂软件模拟结果如下：

图二 水平井模拟裂缝形态3D视图

三、压裂液

工艺需要的压裂液需要具备以下性能：

较好的粘度以保持液体携砂性能稳定；与储层岩石和流体配伍；较低摩阻；控制液体滤失；抗剪切；易于准备和泵注具备快速破胶和返排能力。

根据以上要求，选用“滑溜水+基液+交联液”的混合设计方式，整体减小液体粘度，降低压裂液伤害。施工中采用小台阶下的逐级提升砂浓度模式，实现近线性加砂，确保泵注过程中支撑剂在裂缝中的浓度能够平稳增加，降低施工风险。

四、支撑剂优选

安72长7油藏埋深2190 m，储层闭合应力30.6 Mpa，针对长7裂缝发育储层，为形成缝网系统，主要采用较小粒径的支撑剂支撑天然裂缝及小支缝，采用较大粒径的支撑剂支撑主裂缝。经室内试验评价，优选40-70目与20-40目低密度陶粒组合应用。为确保后续各段桥射作业顺利，各段尾追16/30目固结砂，防止支撑剂回流。

五、压裂施工准备

整个施工由多家专业施工队伍协同进行，压裂七队负责压裂作业，斯伦贝谢公司提供射孔器材、防喷盒、电缆封井器、吊车，负责射孔+投球压裂联作并提供压裂液化学添加剂。压裂与监测试验由油气院与项目组共同组织协调；根据裂缝实时监测结果由油气院对单段改造参数进行调整。

1.管柱

根据邻井资料统计7，水平井水力喷砂压裂时油管破压平均为45.0 Mpa，N 80钢级2/8"油管限压65Mpa满足1压力要求；采取光套7管压裂，套管要求限压45 Mpa，P 110钢级5/2"套管和N 80钢级2/8"油管可满足压力要求。

2.井口

井口需承压65 Mpa，同时必须满足117 mm金属球可通过。

3.压裂设备

动用了10台2000型压裂车等各类主辅设备15台套。

六、异常情况的处理

1.工具下入过程中遇卡

补救措施:下入过程中P n D工具可以进行旋转，推压，提拉等常规解卡作业。工具本体强度和套管相当或更高，并且没有暴露在套管外的控制管线等，因此不会限制相关作业。

2.P N D阀未被激活

补救措施:如果第一次射孔激活未成功，则进行第二次射孔。如果仍未成功，则需要下入桥塞座封。作业流程同水力桥塞作业。

3.射孔枪入井过程中遇卡

补救措施:停泵和停电缆绞车，拉到最大安全拉力，用1/6允许的最大泵速洗井。不要让井内压力下降到上一级停泵后压力，与返排操作员保持联系，以便能快速关闭返排阀门，避免仪器串反向移动超过电缆。

4.射孔后遇卡

补救措施：拉到电缆的最大安全拉力等待几分钟，如果返排允许，返排很短时间，逐渐增加返排泵速，与返排操作员保持沟通，以便解卡后及时停泵。一旦射孔枪开始移动，开动绞车上提电缆。如果尝试失败，通过绞车电缆张力变化点验证卡点深度，停住绞车，逐渐增加泵速到1/6,2/6和3/6全速。松动绞车释放5 ft电缆，然后收紧并拉到最大安全张力，缓慢操作以免损伤电缆，建议重复操作少于5次。如果不能解卡。客户做最终决定是否拉断工具弱点将射孔枪留在井内。

5.射孔枪点火失败

补救措施：如果射孔枪点火失败，提出井口，检查并更换点火设备和射孔枪弹。重新泵入射孔枪进行射孔作业。如果球座已经形成并且只有1枪未点火，可以和客户讨论是否需要重新泵入射孔枪补孔。

6.砂堵或压力异常升高

补救措施：如果在压裂施工过程中出现压力异常升高，则立即停砂并观察压力反应，顶替至少1个井筒容积后考虑继续加砂。如果在施工中出现提前砂堵，则可以先采取快速排液清砂措施，若无法排液则下入油管清砂。所以要求井架车在井口待命。

7.储层无法压开

补救措施：若施工出现某层无法压开情况，可先采用震荡法（加压然后快速卸压）；不成功则可以根据现场情况，采用以下两种方案进行解决：1.如果地层可以吸收一定液体，则尝试建立低排量注入酸液，直至酸液进入 地层浸泡射孔段10分钟，再试；具体步骤如下：缓慢起泵，观察井口压力，以最低泵速（例如:0.5 m3/min）进行泵注注入酸液，直至将井筒内液体挤入地层，在挤入期间，根据压力情况可以适当提高排量以压开地层。如果观察到地层已经破裂，则可以将排量提高至设计排量进行下一级压裂。如果一直没有观察到地层破裂，可以持续以低排量注入，直至酸液进入射孔段，浸泡射孔段10分钟，重新起泵再试。2.如果地层无法吸液，则可以下入带封隔器的油管将井筒中的液体替换出来，泵入酸液，使得酸液浸泡射孔段30分钟，尝试压裂。若还不成功可讨论放弃本层压裂。

七、施工简况

第一段：套管内加压打开爆裂阀形成通道，用胍胶液光套管压裂。

图3 第一段曲线

第二段：带压下入长0.6 m射孔枪6个，枪型S Q Y 89枪，弹型D P 35 R D×29-1 A，孔密10孔/0.6 m。带压泵送射孔枪，排量0.5—3.0方/min，压力6.1—15.3 Mpa，历时293 min，用液360.0方，射孔3枪，C环未打开。继续带压泵送射孔枪，排量0.5—3.0方/min，压力5.3-15.6 Mpa，历时63 min，用液58.0方，射孔1枪，射孔长7:3339.84 m，推动C环形成O环，从井口投入Φ 117 mm可溶性金属球1个，封堵下层，用胍胶液光套管压裂。

图4 第二段曲线

第三段：连续4天射孔激发C环未成，采用闸门控制放喷正常，后用活性水正挤水压井。采用闸门控制放喷180 min，返出液体65.0方。C环仍未闭合，后改为水力喷射环空加砂。

第4-6段射孔激发C环均一次性闭合，压裂正常。该井压后自喷原油百吨以上。

八、存在的问题

1.采用三入口压裂井口，施工中排量较高，各个高压管线存在震动、不稳定现象，连接方式有待改进。

2.无特制的投球器，从井口投球影响了施工时间。

3.压裂第一段时由于大罐极为分散，考虑到管线较长，混砂车打足8方排量不易，采用2套压裂机组双混砂车加砂，出现了加砂未能同步的问题。

4.施工中出现了C环连续射孔未激活、C射孔枪未发射等问题，耗费了大量液体、精力及时间，影响了施工周期。

九、认识与建议

1.现有的体积压裂施工组织模式值得商榷。大型压裂施工涉及到多个专业服务队伍的多个专业技术作业，密切配合、通力协作是施工获得成功的前提和保证。

2.体积压裂配套高低压管汇与连续输砂装置的研究。体积压裂一般具有大排量、大液量、大砂量、低砂比的特点，使用多种液体和多种粒径的支撑剂。施工设备、设施及地面流程配套要适应体积压裂的这种特点,该井施工由于井场局限，大罐摆放不到位等因素的影响，多次出现加砂不能连续进行的情况，建议开展连续输砂装置的研究。

3.如何在井场狭小与施工规模大之间找一平衡点。由于现有政策的影响，井场面积会越来越小，如何有效利用设备，安全平稳施工给我们提出了严峻考验。应用连续混配工艺，简化了压裂地面流程，缩短施工准备时间，减少了场地占用，防止了压裂液浪费，实现了环境保护。

4.压裂井口应使用专用的多入口压裂头，下方安装和井筒内通径相同的液压阀、四通、投球器和总闸门。总闸门处于常开状态，这种连接方式使得射孔、投球电缆作业十分方便，便于施工连续。

5.X X井的压裂实践，对国内致密油气有效开发勘探开发进行了有益的探索，所取得的经验和教训可供今后国内水平井分段大型压裂施工参考借鉴。

[1]詹鸿运.刘志斌.程智远.田文江.张鹏.韩永亮水平井分段压裂裸眼封隔器的研究与应用[期刊论文]-石油钻采工艺2011,33（1）.

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