连续油管喷砂射孔环空压裂工艺技术在临兴致密气区块的应用

安琦，马伟云

（1.中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300452；2.中联煤层气有限责任公司，北京 100011）

0 引言

鄂尔多斯盆地油气资源丰富，其中上古生界致密砂岩气藏资源量6.4×1012m3，东北部地区上古生界资源量1.4×1012m3，探明储量1 223×108m3。临兴区块位于鄂尔多斯盆地东北部伊陕斜坡东段、晋西挠褶带西缘。自上而下依次发育第四系黄土，三叠系延长组、纸坊组、和尚沟组、刘家沟组，二叠系石千峰组、上石盒子组、下石盒子组、山西组、太原组，石炭系本溪组以及奥陶系马家沟组。区块主要目的层孔隙度在3.7%～15%之间，渗透率为（0.32～2.42）×10-3μm2，压力系数在0.87～1.00之间，属于典型的低压、低孔、低渗致密气藏。

水平井作为薄储层、低渗透类型的油气藏等开发最有效的手段之一，在低渗透储层的开发中发挥了重要作用［1-2］。2018年以前，临兴区块主要采用裸眼封隔器投球滑套分段压裂工艺，但受区块储层条件的影响，水平井存在以下问题：①区块储层温度低，可溶球溶解速度慢；②压后返排过程中出水严重，且受井筒内管柱结构的限制，无法有效封堵出水段，从而导致产量急剧下降，影响产能。

裸眼封隔器投球滑套分段压裂技术具有施工快捷、成本低、无需射孔等优点，但同时存在入井工具多、完井作业程序复杂、分段数受限、裂缝起裂位置难以控制、井筒非全通径不利于后期生产作业的缺点［3］，尤其对于临兴区块储层，该种作业方式很不利于后期措施的实施，因此有必要开展其他作业方式的探索。本文提出了连续油管喷砂射孔环空压裂的作业方式，拟为该区块的开发提供新的技术手段。

1 临兴致密气区块的选择

通过调研邻区块某气田水平井压裂工艺作业情况（见表1），可以看出该区块采用连续油管喷砂射孔环空压裂工艺方式作业的井平均无阻流量达到15.59×104m3/d，高于其他工艺方式。因此，选择采用连续油管底封拖动压裂工艺技术进行探索。

表1 2017年邻区块某气田水平井工艺方式统计表Tab.1 Statistics of the horizontal well fracturing technology in the adjacent block in 2017

本文选择的临兴致密气区块的LX-S-2H井地理位置位于山西省兴县赵家坪乡，构造位置位于临兴中区块赵家坪背斜。该井为一口开发生产井，目的层为太原组太二段，测井数据解释本井共钻遇气层：419.7 m/26层；差气层：284.5 m/24层；干层：279.5 m/24层；煤层：16.3 m/4层；砂岩长度：983.7 m；砂体钻遇率85.54%；气层、差气层钻遇率61.23%。

2 连续油管喷砂射孔环空压裂工艺技术

连续油管喷砂射孔环空压裂工艺技术是通过喷砂射开套管后，套管环空进行主压裂，压裂液通过射开的孔道进入地层［4-6］。该技术具有大排量、分段级数无限制、定位精确、压后井筒全通径的优势，为致密气藏多级分段改造提供了较为合适的方法。

2.1 连续油管管柱

连续油管喷砂射孔压裂施工管柱示意图见图1。喷砂射孔压裂工具组合自上而下为：卡瓦连接器+液压丢手+钢性扶正器+水力喷砂器+反循环阀+坐封封隔器+机械定位器+引导头。管柱组合能够实现正循环射孔及反循环冲洗功能，水力喷砂器能够实现对固井套管及水泥环的精准射孔，通过定位系统及封隔器的坐封实现分段压裂。

图1 连续油管拖动压裂施工管柱示意图Fig.1 Schematic diagram of coiled tubing jet perforation fracturing string

2.2 喷砂射孔排量优化

根据喷嘴的直径、排量、压降、数量等参数，计算不同射孔排量下的射流速度和喷嘴节流压差，从而确定射孔排量和施工压力［7］。

射流速度计算公式为

式中，v为射流速度，m/s；q为射孔排量，m3/min；n为液体流态指数，无因次；d为喷嘴直径，mm。

喷嘴压降计算公式为

式中，Pb为喷嘴压降，MPa；Np为喷嘴个数；ρ为压裂液密度，kg/m3；q1为射孔排量，m3/s；c为流量系数，0.95。

根据现场施工经验，针对4个喷嘴与6个喷嘴两种方案计算并进行优化（表2）。一般根据现场需求，喷砂射孔时使用20/40目的石英砂或者石英砂与陶粒混合作为磨料，砂浓度保持在7%左右的水平，喷砂射孔的时间为10～15 min，为达到压裂喷射效果，喷嘴流速需要达到180 m/s以上［8］。但为减少喷嘴磨损，喷射速度需要控制在230 m/s以内。根据优化结果优选4个4.76 mm喷嘴，射孔排量为0.8 m3/min。

2.3 主压裂裂缝参数优化

以LX-S-2H井为例，采用Saphir软件对该井进行了裂缝半长和导流能力对无阻流量的模拟计算，根据计算结果形成图2，结合区块设计经验及软件模拟结果，裂缝半长200 m，导流能力300 mD·m，能达到该井的产能要求。

3 连续油管喷砂射孔环空压裂工艺技术在临兴区块的应用

LX-S-2H井采用5-1/2"套管固井，水平段长1 150 m，根据地质设计要求分为14段，采用Φ50.8 mm连续油管喷砂射孔环空压裂工艺技术进行分段压裂施工，施工过程中井口采用KQ130/78-70井口装置，井口装置示意图见图3。

图3 连续油管喷砂射孔环空压裂井口装置图Fig.3 Sketch of coiled tubing jet perforation fracturing

连续油管现场操作步骤包括：①压裂管线及主阀以上试压65 MPa，放喷管线试压30 MPa。②回压测试：在全井筒完全替成射孔液后测试不同尺寸油嘴、排量下所能控制回压的数据并做好记录。③下入工具：控制下入速度，下放100 m试坐封封隔器。通过短套管进行校深，找准射孔层位。④坐封、验封：校深合格后按封隔器技术要求进行坐封，打压40 MPa验封合格。⑤射孔：倒射孔流程，压裂泵车射孔，射孔停砂后，继续保持射孔排量进行顶替，将连续油管内携砂液替入环空，射孔时保持P回压≥P坐封前+5 MPa。⑥试挤：降低泵排量至0.2 m³/min，关闭套管环空，验证射孔是否成功。⑦主压裂：倒主压裂流程，连续油管补液泵车持续泵液，排量0.2 m³/min左右，进行环空加砂压裂施工。⑧解封封隔器：顶替结束后，上提解封封隔器，转入下一段施工。⑨重复以上步骤，依次完成各段水力喷砂射孔和压裂施工。

2019年9月18日，中海油能源发展股份有限公司工程技术公司对LX-S-2H井进行了现场施工作业，施工曲线图见图4。LX-S-2H井现场施工主压裂施工排量3.5～5.0 m3/min，单级加砂量在30～50 m3之间，总加砂量为494.2 m3，总施工用液量为3 586 m3，液氮加量为113.0 m3，破裂压力在42.1～64.0 MPa之间。压后返排率为58.20%，氯根在37 417～38 624 mg/L之间，产气量为4.1×104m3/d。

图4 LX-S-2H施工曲线图Fig.4 Fracturing curve of well LX-S-2H

2019年先后采用连续油管喷砂射孔环空压裂技术在该区块作业6口井，单井作业级数在6～14级之间，单级加砂量在23.11～50.1 m3之间，单井用液量在1 943.4～3 649.7 m3之间。单井施工作业时间统计见图5所示，由图5可以看出通过对连续油管喷砂射孔环空压裂技术的应用，作业时间由初期的227.5 h降至最低38 h，平均单级作业时间由32.5 h/级降至5.3 h/级，施工效率提高了83%。通过6口井的现场作业，积累了现场经验，提高了作业效率。

图5 连续油管喷砂射孔环空压裂施工时间统计图Fig.5 Statistic chart of coiled tubing jet perforation separated fracturing time

4 结论

通过6口井51级的现场作业表明，连续油管喷砂射孔环空压裂工艺技术在临兴区块实现了定点射孔压裂，压后井筒全通径，有利于后期作业。

连续油管喷砂射孔环空压裂技术实现了一趟管柱多层压裂，主压裂阶段实现了大排量施工，压后逐层上返，缩短了施工时间，提高了施工效率。

从现场施工情况来看，施工前期的充分准备是提高连续油管喷砂射孔环空压裂作业效率的关键因素。