固井开关滑套多级分段压裂完井工艺技术分析

赵小龙，董建国，伊西锋，卢雅兰，李 明

(中石化胜利油田分公司，山东 东营 257000)

引 言

水平井分段压裂技术是低渗透油藏改造的重要技术[1-3]，国外目前关于固井开关滑套多级分段压裂完井工艺技术的文献较少，水平井固井多级分段压裂完井工艺技术主要以泵送桥塞射孔分段压裂联作技术和斯伦贝谢公司的TAP无限级高效套管压裂技术为主[4-5]。针对胜利油田地质储层的复杂性和特殊性，围绕预制式可开关滑套、液控开关工具等进行优化设计和室内实验，研发了套管固井开关滑套多级分段压裂完井工艺管柱。固井开关滑套多级分段压裂完井工艺分段级数不受限制，压裂规模大、施工排量大，对井眼质量要求比较低，而且不用射孔、不用钻塞，因此预置滑套固井多级分段压裂完井有较大的发展趋势，对胜利油田低孔、低渗、低丰度油藏高效开采有重要意义[6-11]。

1 管串结构组成及特点

固井开关滑套多级分段压裂完井技术是针对胜利油田滩坝砂薄互层低渗致密储层以及页岩油等非常规油气资源而开发的一项新技术。固井开关滑套多级分段压裂完井工艺管柱主要包括完井工艺管柱和开关管柱2个部分，完井工艺管柱用于支撑井壁，实现套管固井完井，开关滑套作为后期压裂通道。

1.1 完井工艺管柱

固井开关滑套多级分段压裂完井工艺管柱主要由套管、开关滑套、液压扶正器、工作筒、浮箍、浮鞋等组成(图1)。

图1 管串结构示意图

1.1.1 工作原理

将固井可开关滑套完井管串下入井中，采用套管固井完井方式完井，根据压裂储层分段设计要求下入相应级数的可开关滑套，通过固井水泥环封隔油层进行分段，同时下入液压扶正器提高工具位置的固井质量，使储层分隔更可靠，压裂施工时利用连续油管将液控开关工具下入套管内，利用液控开关工具打开、关闭滑套，实现任意段压裂完井。

1.1.2 主要技术参数

套管外径为139.7 mm;滑套长度为1 200 mm;滑套最大外径为180 mm;滑套最小通径为121 mm;工作温度为150°;耐压为70 MPa;施工排量不小于10 m3/min;适用于直井、斜井和水平井。

1.2 开关工具

液压开关工具是固井开关滑套多级分段压裂完井的重要组成部分，是决定滑套启闭压裂成败的关键，其主要结构由上接头、外筒、挡板、卡块、活塞、弹簧和下接头组成(图2)。

1.2.1 工作原理

图2 液压开关工具示意图

采用液压机构和弹簧配合控制启闭工作，在压裂施工前，利用连续油管将液控开关工具下入到开关滑套位置，向连续油管内打压，使卡块撑出，并卡在滑套中心管处，此时上提连续油管可打开滑套，进行压裂作业，压裂结束后下放连续油管可关闭滑套。

1.2.2 主要技术参数

液控开关工具外径为110 mm;工作压力为5 MPa，耐温为 150°。

1.3 工艺特点

(1)采用固井方式完井，对井眼质量要求低，能够满足泥沙交互薄互层、页岩等储层钻井难度大，井眼质量难以保证的复杂井况要求。

(2)根据分段压裂优化要求可设计安置多个开关滑套，分段级数不受限制。

(3)采用套管压裂方式，其压裂规模大、施工排量大(10～15 m3/min)，满足滩坝砂薄互层油藏多层改造以及页岩油网缝压裂的需要。

(4)不用射孔，无需钻塞，施工周期短，安全可靠，节省施工费用。

(5)满足后期选择性生产控制和重复压裂的需要。

2 现场试验及分析

2.1 油藏概况

2012年9月，固井开关滑套多级分段压裂完井工艺技术在A-1井进行了现场试验。该井位于A区块北部，处于构造较低部位，深水浊积类型储层，岩性为细砂岩、粉砂岩，油藏类型为低孔、特低渗构造岩性油藏。储层具特低渗、油层跨度大、层多、层薄的特点。

2.2 管柱组合

管柱组合为:(由下至上)浮鞋+浮箍+套管串+液压扶正器+套管串+1号可开关滑套+液压扶正器+套管短节+2号可开关滑套+套管串+液压扶正器+套管串+3号可开关滑套+套管串+液压扶正器+套管串+4号可开关滑套+套管串+液压扶正器+套管串+工作筒+套管串。各开关滑套位置见表1。

表1 开关滑套深度位置

2.3 固井要求

采用抗高温塑性水泥浆和低密度高强度水泥浆体系，水泥浆要求返至井口，满足套管分段压裂需要。

2.4 施工工艺

①完钻后模拟通井;②配接完井管柱下入井内;③固井;④碰压，胀开液压扶正器;⑤安装井口及连续油管设备、防喷系统及地面管汇;⑥配接液控开关工具，地面动作正常后下入井内;⑦开启第1级可开关滑套;⑧进行第1段压裂施工;⑨关闭第1级可开关滑套;⑩重复施工步骤⑦～⑨，逐级完成每段的压裂施工;○11压裂完成后，上提连续油管，将液控开关工具起出井内。

2.5 效果分析

通井进行短起下滑眼处理井筒，调整泥浆性能，替入固体及液体润滑剂，完井管柱下入顺利。采用套管液压扶正器提高固井质量，固井质量评价显示，添加扶正器的井段固井质量明显提高。使用连续油管输送液压开关工具，对可开关滑套进行开关操作显示正常，滑套打开、关闭载荷符合配套工具设计参数的要求，滑套与地层连通显示明显。

现场试验取得了初步效果，但受水泥环厚度、地层压力、储层物性及地应力等因素影响，小排量进液时，地层很难被压裂出有效裂缝。提高施工排量，施工压力升至施工限压，加砂难度大。

2.6 下步对策

压裂过程中，井周人工压裂裂缝的萌生、扩展、延伸是井筒、水泥环、地层之间渗流—应力—损伤—破裂多场耦合作用下地层岩石破裂的结果，因此井周人工压裂缝的形成及其延伸规律将会受水泥环和完井工具的影响。因此，有必要系统研究水泥环固结质量、压裂工具结构形状(滑套出液口形状)对地层破裂压力的影响，为滑套出液口形状优化、最大限度减小水泥环对破裂压力影响奠定理论基础，为实现套管固井完井方式下经济、高效的储层压裂改造提供技术支撑。

3 结论

(1)固井开关滑套多级分段压裂完井技术，压裂级数不受限制，工艺简单，节约施工时间，具有广阔的应用前景和发展趋势。

(2)现场应用表明，工艺管柱有效可靠，采用套管液压扶正器可提高固井可开关滑套附近的固井质量，应用连续油管输送液压开关工具，对滑套开关操作显示正常。

(3)现场试验中出现地层难以压裂出有效裂缝的现象，因此研究未射孔水泥环对地层破裂压力的影响将对该技术的发展及推广应用具有重要的意义。

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