张军峰1，2
1.川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院，陕西 西安 710018
2.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室，陕西 西安 710018
摘要：长庆油田第十采油厂井构造位置位于鄂尔多斯伊陕斜坡，属于“低孔、低压、低渗”的三低油田，大部分需要压裂改造后才能投入生产，其中连续油管喷砂射孔环空分段压裂技术以其自身的技术优势，成为第十采油厂大斜度井改造的重要方式。连续油管喷砂射孔环空分段压裂技术通过定位器、封隔器等井下工具组合实现喷砂射孔、封隔器分层、套管大批量注入和连续油管精确定位，一趟管柱可完成多种作业，具有施工周期短、施工安全性高、压后全通径等优点。阐述了该技术的工作原理及配套工具的原理、结构。通过在第十采油厂一口二开大斜度井的成功实施， 说明连续油管喷砂射孔环空分段压裂技术适用于致密油藏，为大斜度井多级水力压裂提供了新的技术手段。
关键词：长庆油田；大斜度井；连续油管；喷砂射孔；分段压裂
前言
第十采油厂地区储层致密、层系多、低孔、低渗，需要压裂改造后才能投产。常规开采方式以直井分压合采为主，由于直井受储层裸露面积小、控制开采规模小等因素的影响，开发效果不显著。随着第十采油厂油田开发的不断深入，大斜度井分段压裂开发逐渐成为主要的开发方式。目前，第十采油厂地区大斜度井主要是二开井身结构，采用常规水力喷射分段压裂，通过上提油管调整喷射位置进行逐层压裂。这种完井压裂方式存在以下问题：1、由于受油管尺寸的影响，分段级数受到限制，制约了单井层数的开发。2、压后调整钻具，需拆卸井口更换防喷器，对高压井、超前注水区块存在较大安全隐患。3、压后必须进行放喷，地层高压流体返出容易对入井工具本体造成损伤，多层数压裂有较大可能需二次更换钻具同样存在安全风险。而连续油管喷砂射孔环空分段压裂技术在压裂管柱结构和工艺方面成功的解决了以上三点问题。
连续油管喷砂射孔环空分段压裂技术利用贝努利原理，通过喷嘴的节流将高压射孔液转化为高速射孔液对套管进行喷砂冲蚀，然后进行环空加砂压裂［1-2］。该技术结合了喷砂射孔、封隔器分层、套管大批量注入和连续油管精确定位的优势，对于纵向上具有多个产层的油气藏分层压裂，特别是薄互层压裂具有显著优势。美国曾经利用该技术在 3 天内实现了 40 级压裂作业，国内在四川盆地的 HC 区块、大牛地区块以及长庆地区等都采用过该技术［3-5］。
1.连续油管
1.1连续油管喷砂射孔环空分段压裂管柱
连续油管喷砂射孔环空分段压裂管柱从上至下为连续油管 + 连续油管接头 + 丢手工具 + 扶正器 + 水力喷射工具 + 封隔器和锚定装置 + 机械式套管接箍定位器，如图 1 所示。其工作原理是：通过连续油管与工具连接后，下入井底，在拖动工具的过程中通过机械定位器实现精确定位，定位后将封隔器进行机械坐封，通过连续油管以一定排量将具有一定砂浓度的射孔液通过喷射短节进行喷射射孔，射孔完毕后通过环空进行压裂，压裂结束后上提管柱解封封隔器，再次定位进入下一层后，坐封封隔器，开始第 2 层压裂，以此循环完成所有层段的压裂后，上提连续油管出井口。
图 1 压裂施工管柱示意图
1.2水力喷射工具
水力喷射工具由高硬度本体和耐磨喷嘴组成， 喷嘴数量和喷嘴直径根据实际情况可调整。水力喷射工具连接管柱下入到预定位置后，地面连接液压泵加压注入液体，液体在喷嘴节流作用下，产生高速、高压流体将套管、地层射穿，达到施工目的。实验数据表明，当喷射速度达到 142 m/s 时，具有短时间内射开套管的能力。
1.3平衡阀 / 反循环接头
平衡阀 / 反循环接头要配合封隔器使用。在下井时，反循环阀处于关闭状态，封隔器坐封后处于开启状态，遇到砂堵情况，可以从连续油管和套管环空进行反循环洗井，不动管柱解除砂堵。封隔器上提解封后，平衡阀 / 反循环接头上的循环孔会随之关闭。
1.4封隔器和锚定装置
图 2 所示的封隔器是专门用于连续油管喷射压裂底部封隔的高压封隔器，特别适用于连续油管下井，无需提供扭矩，采用上部加载荷坐封。如图 2 所示，通过上提 20-30KN 后下放操作一次，封隔器由下井状态转变为坐封状态，上提直接解封。再下放一次，封隔器由坐封状态转变为下井状态，重复动作，不断循环。
图 2 封隔器的工作状态
1.5 机械式套管接箍定位器
机械式套管接箍定位器是一种井内定位装置， 用于工具组合在井内找正位置。机械式套管接箍定位器可定位在套管接箍处，以确保封隔器和水力喷射工具的工作位置准确。其工作原理是：由于套管接箍内径大于套管内径，当机械接箍定位器经过套管接箍时接触片弹开，产生载荷变化，以此确定工具串的位置。
2、现场应用
2.1 长庆油田分公司第十采油厂白183-XXX井的基本情况:白183-XXX井目的层为长6砂组油层，完钻井深2580.0 m，水平段长298m，二开采用套管固井，水泥返深至地面，固井质量合格。
2.2施工设计:白183-XXX井采用 ?60.3 mm 连续油管带喷射工具进行喷砂射孔，?60.3 mm 连续油管与 ?139.7 mm套管环空加砂注入压裂。根据模拟计算结果，最终选用 4 个4.5 mm 的喷嘴，排量为 0.8m3/min，套管放喷管线采用8-10mm油咀节流控压，提升喷射压力。喷射速度可以达到 152 m/s，此时，在回压 15 MPa 条件下，压力约为 35-50 MPa。?60.3 mm 连续油管和?139.7 mm 套管环空注入，在套管限压 45 MPa 下， 根据计算，排量 4.0 m3/min 时，施工压力 31.6 MPa， 排量 6.0 m3/min 时，施工压力 34.1MPa，因此，该井各层施工排量确定为 4.0-6.0 m3/min。以此较大排量引导裂缝起裂和延伸，并且压后井筒全通径，更有利于提高后期的放喷效果。
2.3施工过程:用连续油管下喷砂射孔工具至设计位置；用套管接箍定位器定位、校深；反循环替基液；上提下放连续油管坐封封隔器；连续油管打压验封；建立循环（按喷砂射孔排量泵注纯液体）；喷砂射孔排量为 0.8 m3/min，用时约7.5min；注顶替液；按设计进行加砂压裂施工；解封封隔器，上提连续油管至下一个施工井段；重复步骤（3）-（10），完成第 2 层到第 12 层施工；施工结束后起连续油管，根据施工要求进行后续施工。
2.4施工效果:白183-XXX井采用连续油管喷砂射孔工艺进行压裂， 共进行了 12 层压裂施工，第 11 层第 1 次射孔长6层2286.0m，关套管破压无破压迹象，泵组超压停泵，后经过注酸处理，打入5m3 酸后，起泵压裂任无明显破压迹象，反洗井筒一周，随后上提钻具至2277.0m，射孔破压正常，压裂施工正常，此井12段全部压裂后闷井扩压，然后用6-4mm油嘴控制放喷，平均日产油12m3，60个班次达纯油，共计收油420m3，可以反映出采用连续油管喷砂射孔工艺进行压裂工艺是成功的。
3.喷砂射孔压裂时不破压的原因分析
3.1射孔工序达不到设计要求
首先射孔是建立井筒与地层连接的先决条件，流体无法进入地层谈何破压，只有将套管、固井水泥环和部分地层射开，使压裂液能够以高压作用于地层，才能正常打开地层。如:白183-XXX井在水力喷射结束后无法正常破压，分析原因施工显示破压压力上升快，停泵后无下降趋势，说明井筒是个“死胡同”无任何吸收，射孔时未能射开地层，施工压力无法作用在地层，因而无法打开地层。
决定水力射孔效率的因素主要有入井工具型号规格、喷咀直径个数、射孔砂数量、喷射排量、射孔压力与喷射液量等。在满足射孔效率最大化的条件下同时影响射孔质量的因素有套管型号、质量、规格，水泥环的厚度、储层岩石的致密程度等，以上任何一个环节出现问题都有可能影响射孔质量，进而影响压裂施工地层破压。
3.2地层受污染程度
在钻井施工时，使用的钻井液中本身就存在对地层的污染，由其是大量使用重金石粉所配置的加重泥浆，改变了地层孔隙结构，在可渗透孔隙中形成胶结物固化地层，导致地层变得坚韧致密，加大了破压难度，常用解决办法是用酸洗，这就是为什么少量酸加入地层就能快速破压的原因。
3.3套管对破裂压力的影响
当套管和地层岩石的弹性模量相同时，可忽略套管的影响，然而随着套管的弹性模量的增加，裂缝起裂压力增加。原因在于，随着套管弹性模量的增加，一部分井筒压力不能传播到地层，进而需要更高的井筒压力去压开地层，进而增大了压裂破压难度。
3.4施工过程控制
水力喷射射孔压裂时通常需要在射孔结束后对井筒进行彻底清洗，将井筒内射孔砂洗出井筒。但这一过程由于入井工具的特殊性，降低了液体的携带能力，很难达到将射孔砂彻底洗净，而常规射孔需停泵关闭井口套管闸门，这一过程存在一定的施工等停，会造成射孔砂沉降在喷射眼附近，再次起泵破压时由于排量较低射孔砂随着液体聚集在孔眼内堵塞射孔孔眼，导致压力无法直接作用在地层，增加了破压难度。
4.结论
4.1连续油管压裂管柱结构相比常规油管压裂管柱结构有很大优越性，从施工井控方面更安全、更快捷。
4.2采用连续油管喷砂射孔环空分段压裂技术进行分段压裂，实现了一趟管柱多层压裂施工，一段压后无需要拆卸井口，不需要放喷，缩短了施工周期，提高了经济效益，可以进一步推广应用。
4.3采用连续油管带封隔器压裂工具、连续油管喷砂射孔、环空主压裂工艺，既能实现针对性的分层改造，又能以较大排量引导裂缝起裂和延伸，并且压后井筒全通径，有利于后续作业施工。
4.4通过举例部分喷射压裂不破压的原因分析，可以看出，总的说来都是间接或直接阻隔压裂液体压力的传导，或者作用在地层压力被削弱造成不破压现象发生。
参考文献：
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