劉 淼 盧澍韜 翟慶紅 李俊亮 王長根 安志波 李 楠

（1.大慶油田有限責(zé)任公司采油工程研究院，黑龍江 大慶 163453；2.黑龍江省油氣藏增產(chǎn)增注重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 大慶 163453）

0 引言

松遼盆地北部深層構(gòu)造單元徐家圍子斷陷徐中構(gòu)造帶上火山巖徐深氣田深層天然氣藏儲量較大，但埋藏深、巖石致密，表現(xiàn)為低孔低滲的特點(diǎn)，縱向上發(fā)育多套薄差儲層，儲量極難動用，一般采用壓裂后多層合采來提高氣井單井產(chǎn)量［1-11］。傳統(tǒng)的籠統(tǒng)壓裂后合采的工藝，由于層間干擾矛盾突出，無法滿足徐深氣田開發(fā)要求。后期逐步形成坐壓多層等分段壓裂工藝，該工藝采用向管柱內(nèi)依次投入由小到大的可溶壓裂球，逐級打開噴砂滑套實(shí)施分層壓裂，壓后不更換管柱直接投產(chǎn)，但由于受到滑套球座內(nèi)徑的限制，整個(gè)管柱無法實(shí)現(xiàn)全通徑，后期分層測試無法開展，不同產(chǎn)層貢獻(xiàn)率無法準(zhǔn)確獲知［12］。

1 分層壓裂與測試一體化工藝原理

通過不斷的試驗(yàn)攻關(guān)，徐深氣田分層壓裂與測試一體化工藝由技術(shù)初期的僅壓裂球均可溶，發(fā)展為壓裂球與壓裂球座可溶，分層壓裂后可實(shí)現(xiàn)井筒全通徑。

實(shí)施工藝管柱由Y444壓裂完井封隔器、Y341外導(dǎo)壓平衡封隔器、多功能噴砂器帶可溶球座、壓力滑套和坐封球座組成（圖1）。管柱下入后投可溶球，當(dāng)球落入坐封球座后，先打壓使封隔器坐封，然后繼續(xù)打壓開啟壓力滑套實(shí)施第一層壓裂，隨后依次投入相應(yīng)尺寸的可溶球打開多功能噴砂器進(jìn)行逐層壓裂。

圖1 分層壓裂與測試一體化工藝管柱圖

壓裂施工結(jié)束后，多功能噴砂器內(nèi)部的可溶球座及壓裂球經(jīng)過4-5 d即可完全溶解，實(shí)現(xiàn)分層壓裂，多層合采。后期通過鋼絲投送帶井下壓力計(jì)的測壓堵塞器，將其坐落于管柱最上層多功能噴砂器上進(jìn)行最上層壓力測量，相應(yīng)的產(chǎn)量通過井口流量計(jì)讀取，再經(jīng)解釋分析就能獲得最上層的產(chǎn)氣能力；自上而下第二層投入第二級測壓堵塞器，即可獲得自上而下第二層地層壓力，第二層產(chǎn)氣量等于地面流量計(jì)測得的產(chǎn)氣量減去第一層產(chǎn)氣量，通過解釋分析就能獲得第二層的產(chǎn)氣能力；自上而下第三層投入第三級測壓堵塞器，即可獲得自上而下第三層地層壓力，通過產(chǎn)量遞減法獲得第三層產(chǎn)氣量，解釋可得第三層產(chǎn)氣能力；再通過產(chǎn)量遞減法獲得第四層的產(chǎn)氣量，該工藝最多可實(shí)現(xiàn)四層分層壓力產(chǎn)量測試（圖2）。

圖2 分層試氣原理圖

2 井下核心配套工具

2.1 Y341外導(dǎo)壓平衡封隔器

工具串中最重要的工具，通過封隔器坐封實(shí)現(xiàn)產(chǎn)層間封隔，滿足分段壓裂施工及分層測試需求。

液體由Y341封隔器中心管通道進(jìn)入坐封活塞，液壓推動活塞上行壓縮膠筒實(shí)現(xiàn)坐封。在膠筒上部設(shè)計(jì)導(dǎo)壓通道，當(dāng)目的層壓裂時(shí)，目的層環(huán)空壓力通過該通道導(dǎo)壓至膠筒下部的平衡活塞，導(dǎo)壓對膠筒產(chǎn)生向上的推力用于平衡膠筒上方的環(huán)空壓力，這樣封隔器始終處于坐封狀態(tài)，保證壓裂層位是當(dāng)前層段。通過上提管柱產(chǎn)生對膠筒向下的摩擦力來剪斷解封銷釘實(shí)現(xiàn)封隔器解封（圖3）。

圖3 Y341外導(dǎo)壓平衡封隔器結(jié)構(gòu)圖

2.2 球座可溶式多功能噴砂器

球座可溶式多功能噴砂器集壓裂、測壓功能于一體，是分層壓裂與測試一體化管柱中的核心工具，每級多功能砂器內(nèi)置一個(gè)可溶球座，每級球座存在3 mm級差。壓裂施工過程中通過從井口投入可溶壓裂球打開滑套，實(shí)施逐層壓裂。

多功能砂器內(nèi)部設(shè)計(jì)了定位機(jī)構(gòu)，用于后期測壓堵塞器的定位密封，壓裂施工結(jié)束后，可溶球座在井底溫度下約4～5 d即可完全溶解，后期投入測壓堵塞器坐落于多功能噴砂器內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)分層測試或封堵等目的（圖4）。

圖4 多功能噴砂器結(jié)構(gòu)圖

注：1.定位接頭；2.可溶球座；3.滑套；4.剪切銷釘；5.噴砂體

多功能噴砂器的技術(shù)核心在于可溶球座材質(zhì)以及耐磨涂層的選擇［13-15］。通過開展可溶鎂鋁合金材料模擬井下環(huán)境的溶解實(shí)驗(yàn)，改變可溶鎂鋁合金所處的溶解液環(huán)境，改變?nèi)芙庖旱臏囟?、Cl-濃度等因素，最終確定可溶球座用金屬成分配比如下：

室內(nèi)試驗(yàn)評價(jià)表明，模擬實(shí)際徐深氣田天然氣井壓裂工況下，環(huán)境溫度范圍在50～98℃時(shí)，可溶球座在壓裂液體系中溶解時(shí)速低于3 mg/cm2，表明在壓裂施工過程中可溶球座有較好的抗溶解性；當(dāng)KCl溶液濃度為0.5%時(shí)，50℃初始溶解時(shí)速達(dá)到9.1 mg/cm2，98℃時(shí)初始溶解時(shí)速提升至18.6 mg/cm2，12 h可溶球座直徑擴(kuò)大近2 mm，且隨著時(shí)間延長可溶球座溶解速度加快，體現(xiàn)了可溶球座材質(zhì)上的優(yōu)越性。壓裂施工結(jié)束后，當(dāng)井筒溫度升高能夠加快實(shí)現(xiàn)溶解速度，提高后續(xù)測試及生產(chǎn)效率。

2.3 測壓堵塞器

測壓堵塞器內(nèi)置耐高溫壓力計(jì)，通過鋼絲作業(yè)投送至對應(yīng)多功能噴砂器中，用于目的層位的井下壓力、溫度數(shù)據(jù)測量。當(dāng)測壓堵塞器坐落在多功能噴砂器中，其上下兩組V型密封機(jī)構(gòu)，將噴砂口進(jìn)行密封，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)各產(chǎn)層封隔。兩組密封之間設(shè)計(jì)有側(cè)壁測壓通道，實(shí)現(xiàn)當(dāng)前層位地層壓力測量；同時(shí)，側(cè)壁通道可內(nèi)置死嘴子或不同嘴徑嘴子，滿足封堵或產(chǎn)氣量調(diào)控需求（圖5）。

圖5 測壓堵塞器結(jié)構(gòu)圖

3 工藝效果評價(jià)

徐深氣田X井位于松遼盆地東南斷陷區(qū)徐家圍子斷陷徐西斜坡帶，2020年3月開鉆，5月完鉆，完鉆井深為3 745 m，采用P110-13Cr生產(chǎn)套管完井。該區(qū)域氣藏原始地層壓力為36.80 MPa，壓力系數(shù)為1.08，屬正常值；統(tǒng)計(jì)實(shí)測地層溫度資料，地層溫度為155℃。

2020年底，利用分段壓裂及測試一體化工藝對該井開展試氣作業(yè)，并列出壓裂試氣層位（表1）。

表1 壓裂試氣層位數(shù)據(jù)表

該井壓裂施工過程壓力平穩(wěn)，全井累計(jì)泵入氣井的壓裂液為1 920 m3，加入石英砂為120 m3，最高施工壓力為64 MPa，最高施工排量為7 m3/min（圖6）。壓裂施工結(jié)束后，僅4 d時(shí)間可溶球座即實(shí)現(xiàn)完全溶解，為后續(xù)投送測壓堵塞器實(shí)施試氣作業(yè)提供了井筒通徑。

圖6 壓裂施工曲線圖

該施工作業(yè)的成功實(shí)施，表明配套井下核心工具Y341外導(dǎo)壓平衡壓裂封隔器、多功能噴砂器及可溶球座能夠滿足深井井下溫壓條件及大規(guī)模加砂施工的要求，驗(yàn)證了分段壓裂及測試一體化工藝的可靠性，完全滿足徐深氣田深層氣井分層改造及試氣要求。

4 結(jié)論與建議

1）分層壓裂及測試一體化工藝可實(shí)現(xiàn)一趟管柱具有壓裂、完井、測試功能，該工藝滿足井深大于3 000 m氣井2～4層的分層壓裂、分層測試；

2）可溶球座材料經(jīng)過多次室內(nèi)實(shí)驗(yàn)評價(jià)優(yōu)選，表面經(jīng)特殊處理，耐沖蝕防腐蝕性能強(qiáng)，滿足壓裂施工過程中不溶解，而壓后快速溶解要求；

3）壓裂及測試一體化工藝的成功應(yīng)用，解決了多層同采產(chǎn)層貢獻(xiàn)率認(rèn)識不清的問題，縮短了作業(yè)周期，降低了施工風(fēng)險(xiǎn)和成本，成為實(shí)現(xiàn)徐深氣田高效開發(fā)的一項(xiàng)可靠技術(shù)手段。