低滲透致密氣藏大井組工廠化壓裂技術(shù)研究

低滲透致密氣藏大井組工廠化壓裂技術(shù)研究

1大井組“工廠化”壓裂試氣作業(yè)流程sulig氣田是中國發(fā)現(xiàn)、開發(fā)的最大天然氣田。主要位于鄂爾多斯的烏法旗，該區(qū)域?qū)儆诙鯛柖嗨古璧氐囊辽叫逼?。隨著開發(fā)的深入,蘇里格氣田產(chǎn)量不斷攀升,符合整體開發(fā)理念的大井組和叢式井組開發(fā)已成為氣田開發(fā)的重要方向。通過對蘇里格氣田前期大井組壓裂施工組織方式和作業(yè)周期數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn):井筒準備時間是制約氣田提高施工效率的關(guān)鍵因素,工序耗時90d左右(以9口井的井組為例),占總壓裂試氣工序時間63%(見圖1),具有較大的提速空間。2013年,針對蘇里格氣田壓裂作業(yè)特點,結(jié)合蘇里格地形地貌及水文特征,從縮短井組壓裂作業(yè)的井筒準備時間入手,對該區(qū)域大井組和叢式井組壓裂施工作業(yè)流程進行了全面的優(yōu)化,建立了一種適合蘇里格氣田特點的大井組“工廠化”壓裂試氣作業(yè)方法,該方法由5部分組成:①集中供水模式;②高效壓裂工藝;③流水線作業(yè)模式;④高效作業(yè)設(shè)備;⑤返排液回收再利用。2suli格氣田“工業(yè)化”壓裂操作模式2.1水源井直供+井場“人工湖”模式蘇里格氣田地表多以沙漠、草地為主,地形平坦,區(qū)內(nèi)交通便利,地下水資源豐富。前期壓裂作業(yè)統(tǒng)計結(jié)果表明,該區(qū)域氣井用液量大(水平井單井用液量為3500m3,直井單井用液量為800m3),若采用常規(guī)儲液罐蓄水的供水模式,井場需預(yù)備大量的儲液罐,耗費了大量的井場準備和備罐時間,且每口井壓裂作業(yè)前均需重新備水,影響壓裂施工效率。為了確保壓裂施工的連續(xù)性,最大限度地減少現(xiàn)場儲液罐,結(jié)合蘇里格氣田沙漠、草地易于挖掘的地形,使用水源井直供+井場“人工湖”模式能完全滿足井組壓裂改造連續(xù)大量用液的需求,即:通過修建井場“人工湖”提前備水,配備少量井場緩沖罐,提高備水效率。供水模式見圖2。通過在57個井組開展“工廠化”壓裂供水模式試驗,平均單井組節(jié)約1000~2500m3容積的儲液罐(見圖3),同時縮短了壓裂備水時間、減少了等停時間,實現(xiàn)了連續(xù)作業(yè)的目標。2.3在線工作模式2.3.1壓裂施工區(qū)、排液流程區(qū)為便于作業(yè)工序交替,根據(jù)壓裂試氣作業(yè)內(nèi)容和獨立性原則將井場劃分成4個功能區(qū)(見圖6):①液體供應(yīng)區(qū),在區(qū)內(nèi)完成蓄水、配制壓裂液等工作,并向壓裂施工區(qū)供應(yīng)壓裂液;②壓裂施工區(qū),在區(qū)內(nèi)擺放壓裂設(shè)備和材料,將壓裂液和支撐劑按設(shè)計要求輸送至目的層;③排液流程區(qū),主要完成壓后的排液、測試工作,按放噴排液作業(yè)要求,預(yù)置排液管線和排液池;④液體回收區(qū),回收再利用壓裂返排液,將排液流程區(qū)內(nèi)收集的壓裂返排液處理成可再次使用的液體后輸送至液體供應(yīng)區(qū)。2.3.2井內(nèi)壓裂施工井試壓一次作業(yè)技術(shù)流水線作業(yè)模式就是通過優(yōu)化生產(chǎn)組織模式,將井組內(nèi)施工井的相同作業(yè)工序集中、連續(xù)作業(yè),以加快工序施工速度、縮短壓裂作業(yè)周期、降低作業(yè)成本。各工序間通過無縫銜接縮短周期,通過規(guī)?；倪B續(xù)作業(yè)實現(xiàn)效益。單個井場的施工井數(shù)越多,流水線作業(yè)模式優(yōu)勢就越明顯。蘇里格氣田井組“工廠化”壓裂作業(yè)采用“六個一趟過”的流水線作業(yè)模式:①通洗井、試壓一趟過,采用連續(xù)油管對井組內(nèi)施工井依次進行通洗井試壓一次作業(yè),減少了常規(guī)立井架工序;②射孔一趟過,優(yōu)化井組射孔順序,一次完成井組射孔;③配液作業(yè)一趟過,采用連續(xù)混配技術(shù),配液與壓裂施工同時進行,減少壓裂等停時間;④管匯連接一趟過,合理擺放儲液罐和連續(xù)混配車位置,壓裂施工前一次性連接好所有井的高壓管匯,每口井入口處安裝旋塞閥,壓裂時打開相應(yīng)的旋塞閥進行施工;⑤壓裂(酸化)施工一趟過,施工前一次性將所有井的陶粒和化工料組織到位,壓裂施工采取開關(guān)旋塞閥的方式,不動壓裂設(shè)備完成所有井的壓裂工作;⑥排液、測試一趟過,在施工作業(yè)前期,一次性連接每口井的排液、測試管線,確保壓后所有施工井均能正常排液、測試。同時,施工工序之間根據(jù)順序依次批量、同步作業(yè)(見圖7),從而最大限度地提高設(shè)備利用率、減少井間工序等待時間。壓裂作業(yè)時,壓裂機組不動遷,低壓管匯一次連接,高壓管匯將多口井并聯(lián),并通過高壓旋塞控制每條管匯的泵注流程,減少設(shè)備和管線的移動和連接時間,同時結(jié)合連續(xù)混配技術(shù),能大幅提高作業(yè)效率、縮短井組整體壓裂作業(yè)周期,井組壓裂作業(yè)效率平均提高50%以上,且施工井數(shù)越多,壓裂作業(yè)效率提升越明顯(見圖8)。2.4井筒、砂體、砂粉碎、倒砂井為確保工廠化壓裂施工連續(xù)性,提高壓裂作業(yè)效率,現(xiàn)場作業(yè)配備了高效率的作業(yè)設(shè)備。具體做法為:①采用100m3儲液罐,組合疊加立體布放套裝式拉運,節(jié)約搬運次數(shù),減少占地面積;②采用連續(xù)油管,減少在通洗井工序中的移井架作業(yè),提高了井筒準備效率;③采用2000型以上壓裂泵車和輸出排量16m3/min以上的混砂車,實現(xiàn)大排量壓裂作業(yè);④采用滿足10m3/min以上大排量注入的壓裂井口,確保大排量施工安全;⑤采用50m3或100m3大型砂漏斗和倒砂器,滿足大排量壓裂連續(xù)加砂要求;⑥采用8.0m3/min連續(xù)混配車和Φ101.6mm(4in)高低壓管匯,滿足大排量壓裂作業(yè)供液要求。2.5壓裂返排液處理裝置為了提高水資源利用率、減少污水排放,緩解環(huán)保壓力,對壓裂返排液實施回收再利用(見圖9)。氣井返排分不含天然氣液體返排、混氣液體返排和混液氣體返排3個階段,考慮大井叢連續(xù)高效施工和返排液安全、高效回收的要求,回收前兩個階段的返排液,混液氣體返排階段在泥漿池點火后繼續(xù)排液、測試。根據(jù)壓裂返排液水質(zhì)特點及現(xiàn)場再利用要求,研發(fā)出壓裂返排液處理裝置,主要處理工藝為“混凝沉淀+污泥脫水+過濾殺菌”(見圖10);對于黏度和酸堿性達不到要求的廢水,可采用配套預(yù)處理工藝:預(yù)氧化+調(diào)節(jié)pH值,處理后的液體可通過加入離子屏蔽劑達到壓裂配液水質(zhì)標準。蘇-11井組壓裂返排液處理前后水質(zhì)檢驗(見表2)表明:通過該工藝處理后的液體滿足蘇里格氣田配液水質(zhì)標準要求。2.6我國為登記事設(shè)置轉(zhuǎn)換費用以費來源前期常規(guī)的井場施工組織模式未考慮井間工序交叉,單井作業(yè)費用約為160萬元。使用“工廠化”壓裂作業(yè)方法能通過節(jié)約現(xiàn)場冗余設(shè)備、減少壓裂機組動遷、縮短壓裂試氣施工周期等方法減少壓裂作業(yè)成本,預(yù)計平均單井作業(yè)費用節(jié)約21萬元左右(見圖11)。3井組壓裂作業(yè)效率蘇里格氣田屬于典型的致密氣藏,儲集層縱向多層系疊合特征明顯,平面非均質(zhì)性強,且主力層系盒8氣層厚度穩(wěn)定(6~15m)、砂體連續(xù)性較好。區(qū)內(nèi)以沙漠地形為主,地勢平坦、交通便利,易于“集群化”布井,布井方式以直井/水平井混合井組為主。2013年,蘇里格氣田開展了工廠化壓裂先導試驗11個井組(見圖8),井組壓裂作業(yè)效率平均提高了50%以上。蘇里格氣田蘇-11井組為典型的直井/水平井混合井組,該井組由直井和水平井各7口組成,各井壓裂采用統(tǒng)一的標準方案設(shè)計,并結(jié)合作業(yè)現(xiàn)場條件,采用標準化井場布局,簡化了現(xiàn)場整體施工難度,為壓裂模塊化施工創(chuàng)造了條件。使用單井場水源井直供+井場“人工湖”的供水模式,現(xiàn)場準備5000m3“人工湖”,節(jié)約了備水時間,實現(xiàn)了井組壓裂連續(xù)作業(yè),同時結(jié)合壓裂液回收技術(shù),提高了井組壓裂的備水效率。壓裂作業(yè)采用“六個一趟過”的流水線作業(yè)模式,創(chuàng)造了14口井67層/段,總?cè)氲匾毫?1100m3,壓裂作業(yè)周期42d(見圖12)的新記錄(因排液階段不占用試氣機組,該階段時間未統(tǒng)計在內(nèi)),井組單井平均施工周期3d,壓后各井均在24h內(nèi)排通,取得了較為明顯的提速效果(由于標準化布局、安裝連續(xù)油管、修建井場“人工湖”和沉砂池等作業(yè)內(nèi)容增加了少量井場準備時間),節(jié)約成本約300萬元。4井組采空液壓裂作業(yè)能力提高,為保證快速作業(yè)“工廠化”壓裂作業(yè)是提高大井組和叢式井組施工效率的基礎(chǔ),蘇里格氣田采用“工廠化”壓裂作業(yè)模式后平均井組作業(yè)效率提高50%以上。集中供水模式和統(tǒng)一高效、成熟的壓裂改造工藝和壓裂液體系為壓裂的快速連續(xù)作業(yè)提供了技術(shù)保障。各種工藝流水線作業(yè)是“工廠化”壓裂作業(yè)模式的核心,是縮短井組整體壓裂試氣周期的關(guān)鍵手段。液體回收再利用技術(shù)提高了水資源利用率,減少了污水排放,緩解了環(huán)保壓力,是綠色“工廠化”壓裂作業(yè)不可或缺的環(huán)節(jié)。2.2高效主體壓裂改造技術(shù)為了最大限度地提高施工效率,縮短壓裂作業(yè)周期,實現(xiàn)快速連續(xù)作業(yè),優(yōu)選出一趟管柱壓裂技術(shù)。同時,為了降低現(xiàn)場工藝復雜程度和作業(yè)難度,要求在井組內(nèi)同種井型采用同一種高效的主體壓裂改造技術(shù)和同一種成