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QK-水平井水力喷射分段改造工艺在靖边气田的应用

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压裂液处理 分段压裂 压裂技术 压裂作业
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  作者简介 :任发俊 ,1984年生 ,工程师 ;主要从事天然气井下作业工作 。地址 :(718500)陕西省靖边县长庆油田基地第一采气厂采气工艺研究所 。电话 :(029)86505355。E-mail:rfj1_cq@petrochina.com.cn水平井水力喷射分段改造工艺在靖边气田的应用任发俊贾浩民张耀刚曹成寿王亚玲刘 蕾中国石油长庆油田公司第一采气厂任发俊等 .水平井水力喷射分段改造工艺在靖边气田的应用 .天然气工业 ,2011,31(10):57-60.摘要靖边气田从 2006年开始广泛采用水平井 ,到 2011年 3月已完钻水平井 20口 ,其储层的改造方式以笼统酸压为主 ,通常采用水平段连续油管拖动布酸 +油管酸压 ,该工艺对短水平段水平井效果较好 ,但对长水平段水平井的储层改造针对性不强 ,其水平段中物性相对较差储层得不到有效改造 。为此 ,针对长水平段水平井开展了水力喷射分段改造施工 ,该工艺是一种利用水射流独特性质的储层改造技术 ,结合了水力射孔和水力压裂技术 ,能够沿着水平井横向在多个位置独立连续改造而不使用任何机械密封装置 。2010年靖边气田在 5口水平井上进行了试验施工 ,以储层的深度改造为目的 ,114.3mm筛管内完成 7段分段压裂 ,139.7mm裸眼井段中 10段分段压裂 ,大大缩短了作业周期 ,减轻了劳动强度 。现场应用结果表明 ,水力喷射分段改造施工在靖边气田具有较强的适应性 ,单井产量均得到大幅度提高 ,可大规模推广使用 。关键词鄂尔多斯盆地靖边气田水平井储集层分段改造水力喷射水力压裂应用DOI:10.3787/j.issn.1000-0976.2011.10.0131 靖边气田水平井改造工艺现状鄂尔多斯盆地靖边气田从水平井开发至今 ,其储层的改造方式以笼统酸压为主 ,通常采用水平段连续油管拖动布酸+油管酸压的改造方式 ,该种工艺针对短水平段水平井效果较好 ,但对长水平段水平井其储层改造针对性不强 ,水平段中物性相对较差储层得不到有效改造 。为充分挖掘储层增产能力 ,2010年开始应用多级水力喷射工具 ,对储层物性相对较差的水平段进行水力喷射改造 ,以进一步提高单井产量 。2 水力喷射分段改造工艺原理及特点水力喷射分段改造技术从20世纪90年代末发展起来 ,可以在裸眼 、筛管完井的水平井中进行改造施工 ,也可以在套管井上进行 ,施工安全性高 ,可以用一趟管柱在水平井中快速 、准确地压开多条裂缝 ,水力喷射工具可以与常规油管相连接入井 ,也可以与大直径连续油管 (60.3mm)相结合 ,使施工更快捷[1]。2.1 技术原理水力喷射压裂技术是结合了水力射孔和水力压裂的一种增产工艺 ,该技术原理基于伯努利方程[2]。利用动能和压能的转换原理 ,采用喷射原理形成喷孔并压开地层 。流体束的速度变化引起压力反向变化 ,喷嘴出口处速度最高压力最低 ,随着流体不断深入孔道速度逐渐减小 ,压力不断升高 ,到孔道端处速度达到最低而压力最高 。安装在施工管柱上的水力喷射工具 ,产生高速射流冲击 (或切割 )套管和岩石 ,在地层形成一个 (或多个 )喷射孔道 ,完成水力射孔 ;同时喷射流体在孔道内动能转换为压能 ,利用喷射滞止压力破岩 ,在孔道端部产生微裂缝 ;射流继续作用在喷射通道中形成增压 ,同时向环空中泵入流体增加环空压力 ,环空流体在高速射流的带动下进入射孔通道和裂缝中 ,使裂缝得以充分扩展 ,能够得到较大的裂缝 。在裂缝形成后 ,依靠射流效应 ,将泵注的流体导入裂缝 ,喷嘴出口周围流体速度最高 、压力最低 ,流体会自动泵入裂缝而不会流到其他地方 ,环空的流体也会在压差作用下进入射流区被吸入地层 ,实现水力喷射改造[3-4](图1)。2.2 工艺特点1)可实现自动封隔 ,施工风险小 ,不需机械坐封 ,可应用于裸眼 、套管不固井完井等多种完井方式 。·75·第31卷第 10期                   开  发  工  程              图 1水力喷射改造原理示意图2)采用不同大小的球控制滑套开关 ,一次管柱可进行多段压裂 ,缩短施工周期 ,有利于降低储层伤害 。3)可进行准确造缝 ,实现了水平井裂缝的定位控制 ,提高储层改造的针对性 。4)喷射压裂可以有效降低地层破裂压力 ,保证高破裂压力地层的压开和压裂施工[5]。5)实现射孔 、压裂一次完成 ,比常规压裂工艺节省了作业工序 。3 现场施工情况及效果分析2010年共进行了5口井32层次的水力喷射施工(表1),其中4口井为水力喷射酸压施工 ,1口井为水力喷射压裂施工 ,施工顺利 ,均一次成功 。表 15口水力喷射改造施工水平井数据表井号井深 /m水平段长 /m完井方式 改造方式改造段数X井Y井Z井M井4 3524 6494 3874 3591 0001 0001 0001 506筛管完井筛管完井筛管完井筛管完井水力喷射分段酸压5767N井 4 318  1 115悬挂套管不固井完井水力喷射分段压裂7下面以N井施工为例介绍水平井水力喷射分段改造施工工艺 。该井为靖边气田2010年1口上古生界水平井 ,于2010年7月22开钻 ,10月19日完钻 ,完钻井深4 318m,水平段长1 115m,录井显示钻遇气层804m,钻遇率达到72.11%。2010年11月20日实施水力喷射分段压裂改造 。3.1 施工工序下通 、洗井管柱→替钻井液 、洗井→下水力喷射分段压裂工具→射孔压裂第1段→投球打滑套→射孔压裂第2段→投球打滑套→…→射孔压裂第7段→放喷和排液→测试求产 。3.2 水力喷射压裂工具喷射工具是水力喷射分段改造工艺中的关键工具(图2),主体框架两侧装有多个喷嘴 ,高压流体从喷嘴处喷出完成射孔及压裂作业[6]。第一级喷射器首先按照设计参数完成第一段压裂作业 ,井口投球打开第二级喷射器滑套 ,滑套及钢球下移封堵第一级喷射器液体通道 ,第二级喷射器开始按照设计参数进行第二段压裂作业 ,由下至上完成多个储层段压裂施工 。图 2入井水力喷射器工具图3.3 分段压裂施工参数优化3.3.1 喷射位置优化根据气测 、钻完井 、电性数据分析 ,选择整个水平段物性相对较好 、具有相对连续的气层段 ,有效提高改造深度 ,充分挖掘物性较好储层的增产潜力 。3.3.2 裂缝参数优化根据邻井各气层解释结果 ,其有效渗透率主要分布于0.3~0.5mD,通过FracproPT软件模拟 ,确定不同渗透率对应的裂缝参数 :最优裂缝长度为150~200m,最优裂缝导流能力为30D·cm(图3、4)。图 3不同裂缝支撑半长 、导流能力下的累计产量预测图 (0.5mD)·85·天然气工业2011年 10月图 4不同裂缝支撑半长 、导流能力下的累计产量预测图 (0.3mD)3.3.3 施工参数根据裂缝长度及导流能力要求 ,结合邻井改造情况 ,对施工参数进行了优化 ,确定各段施工参数如表2所示 。表 2压裂设计施工参数表层位喷射点位置 /m支撑剂量 /m3砂比施工排量 /m3·min-1伴注液氮 /m3盒8段4 295±54 175±54 071±53 915±53 745±53 625±53 425±531.827.531.522.026.631.331.022.8%23.0%24.1%24.0%23.3%23.9%24.7%2.02.02.22.22.42.42.4//////34.63.4 施工过程3.4.1 喷砂射孔正循环低替 ,利用高压水射流携带压裂砂套管开孔 ,排量一般在1.8~2.2m3/min,砂量一般为1.0~2.0m3,射孔过程中打开套管闸门 ,结束后可关套管闸门 ,根据压力上升情况 ,判断射孔效果 。3.4.2 压裂套管注入系统开泵 ,按设计注入平衡液体 ,排量一般为0.6~1.0m3/min,同时正循环打前置液 ,按泵注程序加砂直至结束 (图5)。图 5水力喷射压裂过程图第一段压裂完成后 ,投球 ,待球坐于滑套球座后 ,加压10MPa,剪掉滑套 ,准备压裂第二个设计压裂段 ,重复上述施工过程 ,直至完成所有设计压裂段施工 。3.5 施工数据该井7段水力喷射分段压裂 ,累计加砂量201.7m3,累计环空注入液量602.1m3,压 裂 注 入 液 量1 393.4m3,一点法测得无阻流量21.118 7×104 m3/d,是邻井直井无阻流量的3.63倍 ,改造效果较好 。具体施工参数如表3所示 。3.6 5口井水力喷射施工效果2010年采用连续油管拖动布酸+油管酸压改造施工水平井3口 ,平均无阻流量是邻井直井的3.4倍 ;而采用水力喷射分段酸压改造施工水平井4口 ,平均无阻流量是邻井直井的5.4倍 ,改造效果突出 ,其中2口井获得日产百万立方米的无阻流量 (表4)。表 3N井水力喷射分段压裂施工参数表井深 /m水平段长 /m完井方式改造方式改造段数前置液 /m3携砂液 /m3顶替液 /m3环空注入液量 /m3环空排量 /m3·min-1砂量 /m3砂比排量 /m3·min-1压裂入地液量 /m3破压 /MPa施工压力 /MPa4 318 1 115悬挂套管不固井完井水力喷射分段压裂第 1段第 2段第 3段第 4段第 5段第 6段第 7段85738055698062129.4100.4112.798.3104.5120.7112.517.116.716.415.915.415.114.3124.092.3103.879.370.876.155.81.01.0~0.81.01.01.0~0.80.80.831.825.629.625.826.631.331.023.0%23.4%24.4%24.1%23.4%24.2%25.7%2.02.22.22.32.52.52.4~2.5231.5190.1209.1169.2188.9215.8188.866.746.3不明显不明显不明显51.2不明显71.3~59.470.9~39.667.1~62.052.8~44.456.9~43.753.2~42.761.4~53.9·95·第31卷第 10期                   开  发  工  程              表 4拖动布酸与水力喷射酸压工艺增产效果对比表井号 改造方式产气量 /104 m3·d-1无阻流量 /104 m3·d-1邻井平均无阻流量 /104 m3·d-1增产倍数 平均增产倍数G井H井K井连续油管拖动布酸 +油管酸压20.926.7311.87113.968.9152.2922.775.5914.285.001.593.663.4X井Y井Z井M井水力喷射分段酸压8.3716.099.0724.1835.37101.0834.66161.8911.8319.196.9419.422.995.274.998.345.44 认识及建议1)水力喷射分段改造工艺实现了水平井的定点压裂 ,提高了储层改造的针对性 ,增产效果明显 ,具有较好的经济效益 。2)靖边气田水平井改造方式以连续油管拖动布酸+油管酸压为主 ,但由于靖边气田水平井水平段较长(普遍在1 000m以上 ),连续油管在水平井中下到一定深度后 ,连续油管由于受下推力而弯曲被 “锁 ”在井筒内 ,导致部分储层无法得到有效改造 。水平井水力喷射分段改造工艺能够有效地解决这一现象 ,是长水平段水平井的有效改造方式之一 。3)一次管柱可进行多段压裂 ,靖边气田目前使用的喷射器工具能够在114.3mm筛管内完成7段分段压裂 ,139.7mm裸眼井段中10段分段压裂 ,可大大缩短作业周期 ,减轻劳动强度 。下步应继续优化喷射器工具 ,进一步提高压裂段数 。4)水力喷射分段改造技术的成功应用 ,为靖边气田水平井开发积累了丰富的经验 ,下一步将继续优化射流水力参数 ,为提高单井产量做好技术保障 。参考文献[1]陈作 ,王振铎 ,曾华国.水平井分段压裂工艺技术现状及展望 [J].天然气工业 ,2007,27(9):78-80.[2]马发明.不动管柱水力喷射逐层压裂技术[J].天然气工业,2010,30(8):25-28.[3]曾雨辰 ,孙敏 ,邢希春 ,等.中原油田水平井水力喷射压裂技术的试验应用 [C]∥国际压裂酸化论文集 .西安 :西安华线网络信息服务有限公司 ,2010.[4]曲海 ,李根生 ,黄中伟 ,等.水力喷射压裂孔内压力分布研究[J].西南石油大学学报:自然科学版 ,2011,33(4):85-88.[5]刘永亮 ,王振铎 ,胥云 ,等.水平井储层改造新方法—水力喷射压裂技术 [J].钻采工艺 ,2008,31(1):71-73.[6]潘建华.水力喷射压裂技术在筛管完井水平井上的应用[J].石油地质与工程,2010,24(3):104-105.(修改回稿日期2011-08-01 编辑韩晓渝檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹)2011年煤层气学术研讨会在厦门召开“2011年煤层气学术研讨会”于2011年 9月 19—21日在美丽的海滨城市———厦门成功召开 。本次会议由中国煤炭学会煤层气专业委员会和中国石油学会石油地质专业委员会主办 ,中联煤层气有限责任公司承办 ,包括翟光明院士在内的 220多名领导和专家出席了本次大会 。本次会议收到的论文中有 22篇是国家科技重大专项 “大型油气田及煤层气开发 ”的研究成果或现场试验成果 ,代表了中国煤层气产业发展的基础研究水平及工艺技术发展水平 。特别是在煤层气产业发展方向 、煤矿区煤层气综合抽采技术 、煤储层开发过程中动态特征研究 、低煤阶煤岩测试数据质量控制方法 、靶区优选和产能评价自主知识产权软件研制 、三维地震储层预测技术应用 、双台阶水平井钻井技术应用 、煤层气水平井远距离穿针技术与装备研制 、低密度绒囊钻井液研制 、煤层气水平井分段压裂和精细排采控制 、“枝上枝阀组布站 ”地面集输工艺技术 、监视控制和数据采集系统 、注气增产理论研究等方面进行了前瞻性的探讨和深入分析 ,取得了丰富的理论创新成果 ,为日后煤层气 、页岩气等非常规天然气领域的深入研究和广泛合作提供了指引和契机 。(天工报道 )·06·天然气工业2011年 10月 Natural Gas Industry,Vol.31,Issue 10,2011Hydraulic jettingperforation and segregated completion as a whole applied in the horizontal wel drilingin theJingbian Gas FieldRen Fajun,Jia Haomin,ZhangYaogang,Cao Chengshou,WangYaling,Liu Lei(No.1 Gas Production Plant,ChangqingOilfield Company,PetroChina,Jingbian,Shaanxi 718500,Chi-na)NATUR.GAS IND.VOLUME31,ISSUE10,pp.57-60,10/25/2011.(ISSN1000-0976;In Chinese)Abstract:Horizontal wels have been developed in the Jingbian Gas Field,Ordos Basin,since 2006,among which 20wels had beendriled and completed by March 2011.For such wels,the vague acid fracturing was mainly adopted as the reservoir stimulationtreatment,i.e.,drawing coiled tubes to achieve acid uniform distribution at the horizontal section and performing coiled tubing acidfrac.This method works wel for such horizontal wels with short horizontal sections.However,it is ineffective for such horizontalwels with long horizontal sections,where the reservoirs with bad petrophysical properties can not be stimulated effectively.Aimingat this problem,the hydraulic jetting perforation and segregated completion is conducted as a whole on the long horizontal sections ofhorizontal wels.This new stimulation treatment takes good advantage of the specific characteristic of water jet and combines the hy-draulic perforation with hydraulic frac so as to be applied in many horizontal locations independently and continuously without thehelp of any mechanical seal equipments.With the purpose of reservoir stimulation in the Jingbian Gas Field,pilot tests of this newmethod were carried out on 5horizontal wels in 2010.Remarkable results in reservoir stimulation treatment were made on 7sectionsin the114.3mm screened pipe and 10sections in the139.7mm open hole section.In addition,the working cycle was signifi-cantly shortened and the labor intensity was decreased.The successful field applications show that this new method with good adapt-ability in the Jingbian Gas Field can help enhance the per-wel production and be widely applied in other fields.Keywords:Ordos basin,Jingbian Gas Field,horizontal wel,formation.reservoir stimulation,technique,hydraulic fracDOI:10.3787/j.issn.1000-0976.2011.10.013Ren Fajun,engineer;born in 1984,is mainly engaged in oil and gas field downhole operation.Add:Jingbian,Shaanxi 718500,P.R.ChinaTel:+86-29-8650 5355  E-mail:rfj1_cq@petrochina.com.cnA hydraulic swirlingjet for sand-washingin borehole cleaningof gas welsTan Hongbing1,Li Changzhong2,ZhengLi 1,Lin Shengwang2,Liu Song3,XiangLuxun3(1.Gas Production EngineeringResearch Institute ofSouthwest Oil & Gasfield Company,PetroChina,Guanghan,Sichuan 618000,China;2.Development Department ofSouthwest Oil &Gasfield Company,PetroChina,Chengdu,Sichuan610051,China;3.Eastern Sichuan DrillingCompanyofChuanqingDrillingEngineeringCo.,Ltd.,CNPC,Chongqing400021,China)NATUR.GAS IND.VOLUME31,ISSUE10,pp.61-63,10/25/2011.(ISSN1000-0976;In Chinese)Abstract:For the borehole cleaning at different stages and under different wel conditions,although good effects can be achieved bythe existing regular techniques such as conventional hydraulic sand washing,mechanical sand bailing,and chemical deplugging,althe above techniques as wel as the corresponding tools show limitations,which can not satisfy the requirement of sand removal espe-cialy for low-pressure gas wels.Aiming at this problem,a hydraulic swirling jet for sand-washing is developed for the boreholecleaning of low-pressure gas wels,and its hydraulic work tools are particularly designed including an integral swirl jet nozzle andlarge-diameter sediment tubes with the functions of drainability and anti-sticking.Field applications show that(1)the local circula-tion is constructed in downhole,both leakage and backpressure are smal,(2)there is no limitations on the working string,(3)lengths of the sediment tubes can be assembled and combined according to different requirements with the maximum bailed volume ateach of its running time,and(4)the welbore and fractures around and near the pay zone can be cleaned once for al,which com-·021·

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