李紅林 蘇 鏢 周向東

（1.中國石化西南油氣分公司石油工程監(jiān)督中心，四川 德陽 618000；2.中國石化西南油氣分公司石油工程技術(shù)研究院，四川 德陽 618000）

0 研究背景

四川盆地西部地區(qū)（以下簡稱川西）海相碳酸鹽巖儲層埋藏深（＞6 000 m）、物性差（Ⅱ、Ⅲ類儲層占比大于90%）、高角度微裂縫不發(fā)育，平均滲透率為3.46×10-3μm2，在前期測試作業(yè)中，多口井在改造時出現(xiàn)地層吸液困難，難以壓開的現(xiàn)象。國內(nèi)外目前針對深層碳酸鹽巖降低破裂壓力研究相對較少，一般主要手段為配置140 MPa超高壓井口，復(fù)合射孔及射孔參數(shù)調(diào)整等方式，但通過川西海相PZ113等多口井實施表明，常規(guī)的降低破裂壓力手段對解決井周儲層污染有一定的效果，但影響范圍受限，難以滿足低品位碳酸鹽巖儲層降低破裂壓力的需要。通過對多種降低破裂壓力工藝的論證、室內(nèi)試驗及現(xiàn)場實踐，最終形成了一套適合川西海相致密儲層降低破裂壓力作業(yè)措施和配套技術(shù)，降低了酸壓改造難度，滿足了勘探開發(fā)的需要。

1 常規(guī)作業(yè)技術(shù)在川西海相的局限

1.1 深穿透射孔工藝在超深致密儲層的適應(yīng)性評價

由于超深層面臨的高圍壓、高溫度、巖石致密的客觀條件，射孔穿深有較大程度的衰減。為了評價超深穿透射孔彈的適應(yīng)性，開展了目標儲層射孔效率試驗，用以評價射孔彈是否能夠穿透泥漿污染帶、井筒應(yīng)力集中帶等。

1）射孔彈的選取。選取西安X公司研制的新型超深穿透射孔彈，該產(chǎn)品通過API 19B認證，混凝土靶穿孔深度為94.7 cm，孔徑為0.91 cm。

2）目標實驗靶的選取與制作。采用川西海相目標儲層的巖石露頭，分別為三種白云巖（灰質(zhì)白云巖、藻粘結(jié)白云巖和微粉晶白云巖）（表1）。

3）地面模擬裝槍穿柱狀靶試驗。采用模擬裝槍穿巖心柱狀靶的射孔方法，以有效評價射孔彈的性能。設(shè)計目標靶采用柱狀巖石靶，靶套為A3鋼板，中間用水泥固定。

4）模擬儲層環(huán)境下柱狀巖石靶射孔試驗。模擬井筒條件下穿巖石靶的性能，設(shè)計圍壓為60 MPa，在160℃下保溫4 h，得到目標儲層圍壓、溫度井況下不同強度巖石射孔彈的穿深（表1）。

表1 巖石穿孔深度數(shù)據(jù)對比表

從測試數(shù)據(jù)看，地面模擬裝槍穿柱狀巖石靶體穿深只有混凝土環(huán)境中穿深的28.5%～40%。在模擬儲層環(huán)境下，穿深比地面條件下穿深最高下降達55%左右，說明高圍壓、高溫也是影響射孔穿深的關(guān)鍵因素。模擬環(huán)境下穿深為15～17.8 cm，川西海相井筒應(yīng)力集中帶大于等于30 cm。因此，采用常規(guī)深穿透射孔彈難以穿過應(yīng)力集中帶，實現(xiàn)降低儲層破裂壓力的需要。

1.2 前期測試管柱及工藝應(yīng)用情況及適應(yīng)性評價

含硫氣井的勘探測試中，主流工藝一般采用帶RTTS封隔器的APR測試管柱進行作業(yè)。RTTS屬于機械式坐封封隔器，在防噴器下坐封后裝采氣井口，通過封隔器上部的OMNI閥進行替漿、替酸，環(huán)空加壓關(guān)閉循環(huán)通道，進行改造、測試作業(yè)。在川西致密碳酸鹽巖儲層開發(fā)中，該管柱有以下兩點局限性。

1）工具的局限性。APR管柱中的核心工具如OMNI閥、RDS閥，由于空氣腔、氮氣腔的存在，工具存在絕對壓力。在超高壓改造井況下，井底絕對壓力達到180 MPa以上，超過工具設(shè)計理論值85%，工具面臨變形、失效的風險。

2）降低破裂壓力作業(yè)的局限性。APR管柱在封隔器坐封并裝上采氣樹后，采用OMNI閥進行替漿作業(yè)，OMNI閥以下均是非反應(yīng)液體。反應(yīng)液體距離管柱底界距離長，由于川西海相儲層的特殊性，地層吸液難度大，非反應(yīng)液體極難進入地層，后期改造作業(yè)難度極大，改造目標難以實現(xiàn)。

為配合APR管柱替酸的需要，安裝采氣樹后，采用連續(xù)油管替酸至射孔段頂界，解決了非反應(yīng)液體到位難的問題，但是仍然沒有解決儲層降低破裂壓力的需要：①連續(xù)油管作業(yè)單次替入量小（10 m3以內(nèi)），酸液易稀釋，降低破裂壓力效果不明顯；②替酸排量低，測試管柱在酸液環(huán)境中作業(yè)時間長，高溫下管柱腐蝕控制難度大，管柱失效風險高。在PZ113井施工中，測試管柱在酸液環(huán)境下17 h后管柱竄漏，伸縮短節(jié)下部變扣脫扣。

2 降低破裂壓力工藝關(guān)鍵技術(shù)

2.1 噴砂射孔降低破裂壓力工藝

2.1.1 噴砂射孔適應(yīng)性分析

與常規(guī)深穿透射孔工藝相比，噴砂射孔因其“切割、沖蝕、磨損”的破巖原理，射孔后形成的孔徑較大（6～10 cm），穿深較深（0.7～0.9 m），且不會在井周形成壓實帶，壁面松弛粗糙，可使壁面滲透率增大3～8倍，能夠突破井周污染帶及應(yīng)力集中帶，有效降低井底破裂壓力。通過對噴砂射孔原理的分析及前期中淺層的應(yīng)用情況，在深層應(yīng)用具有可行性。

2.1.2 噴砂射孔關(guān)鍵工藝設(shè)計

在深層中應(yīng)用噴砂射孔降低破裂壓力技術(shù)，需要解決的關(guān)鍵問題是如何降低管柱卡埋風險，如何確保噴射排量，達到足夠的射流速度。

1）管柱結(jié)構(gòu)優(yōu)化。為確保排量，降低管柱摩阻，全井主體采用φ89 mm油管；為降低管柱卡埋風險，設(shè)計不加入水力錨，在噴槍上部下入循環(huán)滑套，噴射后及時循環(huán)。最終形成的管柱結(jié)構(gòu)為：球座＋噴槍2＋油管及短節(jié)＋噴槍1＋循環(huán)滑套＋安全接頭＋φ89 mm油管組合至井口（圖1）。

圖1 噴砂管柱結(jié)構(gòu)示意圖

2）噴砂參數(shù)的確定。為達到施工效果，要求要求噴射速度大于120 m／s；為降低管柱卡埋風險，通過計算石英砂在射孔液中的沉降速度，確定環(huán)空返速大于等于49.2 m／min；井口限壓為95 MPa。通過優(yōu)化計算，優(yōu)選噴槍進行作業(yè)，施工排量為1.8～2.5m3／min，噴射時間為20 min。

3）作業(yè)方式優(yōu)化。噴射結(jié)束后，連續(xù)替入低濃度酸液，以溶解巖屑，降低大顆粒巖屑難以帶出卡埋管柱的風險。優(yōu)化替漿循環(huán)方式：傳統(tǒng)作業(yè)采用反洗井方式，存在環(huán)空卡埋風險；作業(yè)方式優(yōu)化為為噴砂射孔結(jié)束后，采用凍膠正替一個井筒容積后，泵送球開滑套，連續(xù)正注液體，確保環(huán)空固相連續(xù)返出，避免卡埋風險。

2.2 測試管柱及配套工藝的優(yōu)化

為了滿足降低破裂壓力需要，測試管柱需要實現(xiàn)替酸到產(chǎn)層段，且要求替酸量大、作業(yè)時間短、后期易起出等需要。

1）測試管柱結(jié)構(gòu)設(shè)計：設(shè)計以液壓封隔器為核心的測試管柱，在安裝井口后替酸到位、坐封、改造，實現(xiàn)替酸量大、作業(yè)時間短的目的；選擇下部帶卡瓦、上部帶水力錨的封隔器實現(xiàn)雙向鎖定，避免改造過程中管柱移動，同時降低后期起出難度。優(yōu)化后的管柱結(jié)構(gòu)為：伸縮節(jié)＋循環(huán)滑套（配套可溶球）＋安全接頭＋Y241封隔器＋球座（圖2）。

圖2 測試管柱結(jié)構(gòu)示意圖

2）關(guān)鍵工具優(yōu)化：根據(jù)川西海相井況，考慮超高壓力改造的需要，對液壓封隔器結(jié)構(gòu)進行改造，實現(xiàn)120 MPa超高壓改造的要求：①提高中心管、缸套等承壓件的強度，抗壓差強度達到90 MPa；調(diào)整中心管絲扣為氣密扣，以能夠滿足改造時因溫度、壓力變化導(dǎo)致的管柱縮短及改造時液體摩擦力等的抗拉要求；②提升封隔器錨定強度：根據(jù)改造壓力與地層壓力的差值，提升Φ139.7 mm套管內(nèi)水力錨錨定力應(yīng)大于600 kN，卡瓦錨定力大于800 kN，Φ193.7 mm套管內(nèi)水力錨錨定力大于1 000 kN，卡瓦錨定力大于1 300 kN。

3）井筒安全控制：考慮超高壓改造，不能下入RDS閥實現(xiàn)井下快速關(guān)井。為滿足含硫氣井安全要求，設(shè)計油層套管強度能夠滿足最大關(guān)井壓力的要求。

2.3 降低破裂壓力液的選擇

2.3.1 降低破裂壓力酸配方的選擇

考慮儲層高溫、高破壓，需要多次試擠，作業(yè)時間長，對降低破裂壓力酸緩蝕性能要求高。通過對不同濃度的鹽酸、緩蝕劑評價。優(yōu)選出來的降低破裂壓力酸配方為：15%HCl＋6.5%180℃TKT緩蝕劑＋1.0%鐵離子穩(wěn)定劑，平均腐蝕速率為6.045 mm／a，有效減緩了油管及工具的腐蝕，確保了長時間作業(yè)的管柱安全（表2）。

表2 緩蝕劑緩蝕性能對比表

2.3.2 溶垢劑的研發(fā)

為進一步降低泥餅對儲層的污染，研發(fā)了高溫復(fù)合硫酸鹽垢溶垢劑，能夠大幅度提高對硫酸鹽垢的溶解：開展了活化劑、分散劑、潤濕劑及阻垢劑的加量正交實驗，確定硫酸鹽垢解堵劑的最佳配方。溶垢劑配方為：10%螯合劑3＋3%活化劑＋8%分散劑＋3%潤濕劑GCY－3＋15%阻垢劑GCY-6，用pH值調(diào)節(jié)劑將溶液pH值調(diào)至10。

該產(chǎn)品在150℃條件下對硫酸鋇溶解率為72%。而對鋼片的平均腐蝕速率僅為0.551 6 g／（m2·h），腐蝕速率低，鋼片腐蝕后未出現(xiàn)點蝕、坑蝕等情況。

3 應(yīng)用

YiS1井采用APR射孔酸壓測試聯(lián)作管柱，實射井段為：5 858～5 897 m，射孔后分別限壓90 MPa、90 MPa、92 MPa、92 MPa、93 MPa、93MPa試擠6次，地層不吸液。采用連續(xù)油管替酸，替入酸液10 m3至井底，后分別限壓為：90 MPa、92 MPa、95 MPa試擠17次，地層無連續(xù)吸液。

為降低破裂壓力，采用兩段水力噴射：5 860.2～5 860.9 m、5 874.0～5 874.7 m。噴射施工參數(shù)見表3。

表3 YiS1井噴砂射孔施工參數(shù)表

噴砂射孔后實施酸化改造，下入液壓封配套測試管柱：伸縮節(jié)＋循環(huán)滑套＋安全接頭＋液壓封隔器+球座。管柱到位后安裝井口，泵注2 m3隔離液＋25 m3降低破裂壓力酸進行替酸，限壓為90～105 MPa試擠5次，泵壓為102 MPa壓開地層。累計入地液量為904.3 m3，施工壓力為71～108 MPa，施工排量為0.5～2.8 m3／min，酸壓施工成功改造，噴砂射孔成功降低了破裂壓力。

4 結(jié)論

在川西海相致密碳酸鹽巖的開發(fā)中，進行了多種降低破裂壓力工藝的探索與實踐，最終確定噴砂射孔、提前替酸到儲層是有效的降低破裂壓力的手段，基本滿足了勘探開發(fā)的需要。

1）常規(guī)深穿透射孔由于儲層致密、超深高溫、高圍壓的限制，在川西海相超深致密儲層開發(fā)中具有一定的局限性。

2）YiS1井進行了6 000 m左右深度的噴砂射孔作業(yè)，噴砂射孔管柱順利起出，降低破裂壓力效果明顯，創(chuàng)造了噴砂射孔作業(yè)深度的記錄，為同類儲層的施工提供了借鑒。

3）降低破裂壓力酸的應(yīng)用有效降低儲層破裂壓力，降低了改造難度；通過腐蝕評價及現(xiàn)場實踐，表明優(yōu)化后的預(yù)處理酸液配方能夠滿足改造及測試期間的管柱安全施工需求。