涇河油田連續(xù)油管水力噴砂射孔環(huán)空多簇壓裂技術(shù)

陳路原

(中國石化華北分公司，河南鄭州 450006)

涇河油田連續(xù)油管水力噴砂射孔環(huán)空多簇壓裂技術(shù)

陳路原

(中國石化華北分公司，河南鄭州 450006)

針對(duì)涇河油田長8油藏水平井壓后初期產(chǎn)量低且遞減快的問題，根據(jù)連續(xù)油管水力噴砂射孔環(huán)空多簇壓裂的技術(shù)原理，結(jié)合壓裂裂縫誘導(dǎo)應(yīng)力場分析，對(duì)簇間距、射孔參數(shù)和施工參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化,形成了涇河油田長8油藏連續(xù)油管水力噴砂射孔環(huán)空多簇壓裂施工方案：壓裂簇間距15～38 m，射孔位置距離天然裂縫5～10 m，射孔噴射速度大于190 m/s，壓裂施工排量4～5 m3/min，前置液比例28%～32%，段加砂量25～45 m3，平均砂比25.5%～27.0%。該技術(shù)在9口井進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)用，與優(yōu)化前相比，一次壓開成功率提高39.3%；與單簇壓裂相比，平均單井產(chǎn)量提高3.5 t/d。應(yīng)用結(jié)果表明，連續(xù)油管水力噴砂射孔環(huán)空多簇壓裂技術(shù)能實(shí)現(xiàn)低孔、特低滲砂巖油藏的有效開發(fā)，具備推廣應(yīng)用價(jià)值。

水平井 連續(xù)油管 水力噴砂射孔 多簇壓裂 長8油藏 涇河油田

涇河油田長8油藏屬于低孔、特低滲砂巖油藏，儲(chǔ)層孔隙度6.0%～16.6%，平均孔隙度為10.2%，滲透率0.10～1.00 mD，平均滲透率0.26 mD，區(qū)域天然裂縫發(fā)育，平面非均質(zhì)性強(qiáng)，油井基本無自然產(chǎn)能，需要壓裂改造后才能投產(chǎn)。前期采用了水平井分段壓裂技術(shù)，但僅部分油井壓后產(chǎn)量高、穩(wěn)產(chǎn)效果好，大部分油井的初期產(chǎn)量低，且遞減速度較快。

通過分析鎮(zhèn)涇區(qū)塊長8油藏原油富集規(guī)律以及涇河油田壓裂改造效果得知，天然裂縫發(fā)育程度是影響涇河油田長8油藏油井壓后產(chǎn)量的主控因素[1-2]。如何有效溝通天然裂縫，同時(shí)避免破壞天然裂縫是實(shí)現(xiàn)油井高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的關(guān)鍵。連續(xù)油管水力噴砂射孔環(huán)空多簇壓裂技術(shù)(以下簡稱多簇壓裂技術(shù))是在連續(xù)油管帶底封分段壓裂技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，保持了連續(xù)油管帶底封分段壓裂技術(shù)作業(yè)速度快、壓裂改造針對(duì)性強(qiáng)的特點(diǎn)[3]，同時(shí)還具有儲(chǔ)層打開程度高、壓裂溝通天然裂縫概率大、壓開地層難度低等優(yōu)點(diǎn)，能有效增大壓裂改造體積，達(dá)到提高油井產(chǎn)量、降低產(chǎn)量遞減率的目的。與可鉆橋塞分段壓裂技術(shù)相比，該技術(shù)能縮短施工周期，避免因泵送橋塞而導(dǎo)致的過頂替，有利于保持井眼附近水力裂縫的高導(dǎo)流能力。為此，中國石化華北分公司開展了多簇壓裂技術(shù)研究，對(duì)其工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，初步形成了適合涇河油田長8油藏的連續(xù)油管水力噴砂射孔環(huán)空多簇壓裂施工方案，并在9口井進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)用，基本實(shí)現(xiàn)了長8油藏的有效開發(fā)，提高了油井的壓后產(chǎn)量，并有效降低了產(chǎn)量遞減率。

1 多簇壓裂技術(shù)基本原理

多簇壓裂技術(shù)是通過分簇射孔、多簇同時(shí)壓裂的方式實(shí)現(xiàn)水平井多簇壓裂改造的[4]，工具結(jié)構(gòu)如圖1所示。在對(duì)某一井段進(jìn)行多簇壓裂時(shí)，首先對(duì)靠近水平段根部的射孔簇進(jìn)行水力噴砂射孔，然后解封封隔器，下放連續(xù)油管至靠近水平段趾部的相鄰射孔簇進(jìn)行水力噴砂射孔，以此類推完成該段的所有簇射孔，再坐封封隔器，以油管和套管之間的環(huán)空作為壓裂液通道進(jìn)行多簇壓裂施工。壓裂施工結(jié)束后，解封封隔器，拖動(dòng)管柱至下一井段進(jìn)行分簇噴砂射孔、多簇壓裂，直至完成所有井段的壓裂施工。

2 多簇壓裂設(shè)計(jì)優(yōu)化

為確保水平井多簇分段壓裂后能形成復(fù)雜裂縫，增加裂縫帶寬，最大限度溝通天然裂縫,同時(shí)，盡可能實(shí)現(xiàn)多簇均衡改造，降低壓裂施工難度，提高壓裂改造效果，筆者從簇間距、射孔位置、射孔工具與參數(shù)及壓裂施工參數(shù)等4個(gè)方面進(jìn)行了多簇壓裂設(shè)計(jì)優(yōu)化。

2.1 簇間距

根據(jù)彈性力學(xué)理論，壓裂裂縫誘導(dǎo)應(yīng)力的分析屬于平面應(yīng)變問題，根據(jù)平面應(yīng)變模型，可得出垂直裂縫二維平面誘導(dǎo)應(yīng)力場幾何模型(見圖2)中任意一點(diǎn)的誘導(dǎo)應(yīng)力差值為[4-5]：

(1)

式中：Δσh和ΔσH分別為最小、最大水平主應(yīng)力方向上產(chǎn)生的正誘導(dǎo)應(yīng)力，MPa；p為裂縫內(nèi)流體壓力,MPa；ν為泊松比；r，r1和r2分別為任意一點(diǎn)到達(dá)裂縫中心及裂縫兩端的距離，m；θ為任意一點(diǎn)與裂縫中心的連線與裂縫高度方向的夾角，(°)；θ1和θ2分別為任意一點(diǎn)與裂縫兩端的連線與裂縫高度方向的夾角,(°)；c=h/2，h為裂縫高度，m。

對(duì)于兩簇壓裂，假設(shè)井筒方向?yàn)樽钚∷街鲬?yīng)力方向，各簇裂縫高度、縫內(nèi)凈壓力相同，通過誘導(dǎo)應(yīng)力疊加，可得井壁處裂縫誘導(dǎo)應(yīng)力為：

Δσ=Δσ1+Δσ2

(2)

(3)

(4)

式中：Δσ1和Δσ2分別為兩簇各自產(chǎn)生的正誘導(dǎo)應(yīng)力差，MPa；d為兩簇間距離，m。

依據(jù)誘導(dǎo)應(yīng)力差值計(jì)算公式，結(jié)合涇河油田儲(chǔ)層地質(zhì)特征，取巖石泊松比為0.24,裂縫高度為40 m，計(jì)算兩簇壓裂簇間最小誘導(dǎo)應(yīng)力差與簇間距的關(guān)系，結(jié)果如圖3所示。根據(jù)彈性力學(xué)和巖石破裂準(zhǔn)則，水力裂縫破裂面總是垂直于最小水平主應(yīng)力方向，要使裂縫轉(zhuǎn)向，必須使誘導(dǎo)應(yīng)力差大于儲(chǔ)層初始最大、最小水平主應(yīng)力差[5-6]。涇河油田長8油藏儲(chǔ)層最大、最小水平主應(yīng)力差約5.5 MPa，壓裂施工時(shí)縫內(nèi)流體壓力一般為5～7 MPa。由圖3可以看出，當(dāng)縫內(nèi)流體壓力等于7 MPa時(shí)，簇間距小于38 m對(duì)應(yīng)的簇間最小誘導(dǎo)應(yīng)力差大于5.5 MPa；當(dāng)縫內(nèi)流體壓力等于5 MPa時(shí),簇間距小于15 m對(duì)應(yīng)的簇間最小誘導(dǎo)應(yīng)力差大于5.5 MPa。因此簇間距優(yōu)化為15～38 m。

2.2 射孔位置

對(duì)于天然裂縫控制儲(chǔ)層，壓裂裂縫能否溝通天然裂縫直接關(guān)系到油井改造效果的好壞，根據(jù)水平段鉆遇儲(chǔ)層情況，依據(jù)利用天然裂縫而不破壞天然裂縫的壓裂理念，射孔位置選擇距離天然裂縫5～10 m處，避免了高壓對(duì)天然裂縫的破壞，也保證了人工裂縫有效溝通天然裂縫。同時(shí)，盡量選擇儲(chǔ)層物性較好的井段進(jìn)行射孔，以降低壓裂施工難度，同一段內(nèi)簇與簇之間儲(chǔ)層物性盡可能相當(dāng)，盡量實(shí)現(xiàn)多簇同時(shí)壓裂。

2.3 射孔工具及射孔參數(shù)

水力噴砂射孔是利用貝努利原理，通過噴嘴的節(jié)流，將攜帶磨料的高壓射孔液轉(zhuǎn)化為高速磨料射流沖擊切割套管、水泥環(huán)和巖石，實(shí)現(xiàn)深度射孔[7-10]。根據(jù)連續(xù)油管帶底封分段壓裂的現(xiàn)場實(shí)施情況，水力噴射速度對(duì)壓裂施工影響較大(如圖4所示)，當(dāng)水力噴射速度低于190 m/s時(shí)，壓裂施工難度明顯加大，僅53%的射孔段能一次性順利壓開地層，因此要求水力噴射速度必須大于190 m/s。根據(jù)涇河油田的儲(chǔ)層情況，決定采用4個(gè)噴嘴的水力噴射工具，噴嘴直徑4.50或4.68 mm，噴砂射孔排量0.80～0.85 m3/min，射孔液石英砂質(zhì)量濃度為100 kg/m3，噴嘴壓降26～27 MPa，噴射速度可達(dá)205～209 m/s，滿足施工要求。

涇河油田儲(chǔ)層埋藏深度為1 400～1 500 m，水平段長1 000 m的水平井井深為2 700～2 800 m，設(shè)計(jì)采用3 000 m連續(xù)油管進(jìn)行多簇壓裂施工。該連續(xù)油管抗壓強(qiáng)度70.0 MPa，外徑50.8 mm，壁厚4.5 mm，計(jì)算其摩阻約18.4 MPa,射孔時(shí)套管回壓7.0～10.0 MPa,預(yù)測連續(xù)油管射孔時(shí)井口壓力為52.4～55.4 MPa,在連續(xù)油管設(shè)備的安全范圍內(nèi)，滿足施工要求。

2.4 壓裂施工參數(shù)

根據(jù)儲(chǔ)層地質(zhì)特征，采取油藏?cái)?shù)值模擬方法與實(shí)際壓裂效果分析相結(jié)合的方式，并充分考慮實(shí)際壓裂施工過程可能存在的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)水平井多簇壓裂施工參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

首先根據(jù)儲(chǔ)層地質(zhì)特征，利用Eclipse油藏?cái)?shù)值模擬軟件分析不同半縫長和導(dǎo)流能力條件下的單井產(chǎn)量(結(jié)果見圖5、圖6)，得到最優(yōu)半縫長為170～230 m，最優(yōu)裂縫導(dǎo)流能力為30～40 D·cm。

然后應(yīng)用FracproPT壓裂設(shè)計(jì)軟件，優(yōu)化設(shè)計(jì)施工參數(shù)(結(jié)果見圖7、圖8)，同時(shí)結(jié)合壓裂效果分析，最終確定不同類型儲(chǔ)層壓裂施工參數(shù)(見表1)。對(duì)于孔隙型儲(chǔ)層采用大規(guī)模壓裂，提高泄油體積；對(duì)于微裂縫性儲(chǔ)層，以溝通遠(yuǎn)端天然裂縫為目的，如與鄰井井距較近，適度減小壓裂規(guī)模，避免壓裂裂縫溝通鄰井；針對(duì)大斷裂層段，壓裂選段時(shí)避開斷層，嚴(yán)格控制壓裂加砂規(guī)模，避免壓裂時(shí)裂縫竄至斷層而溝通上下水層。由于儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，無法保證多簇壓裂時(shí)均衡改造，為避免多簇壓裂時(shí)某一簇規(guī)模過大，兩簇壓裂施工規(guī)模設(shè)計(jì)為單簇的1.2～1.5倍。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

截至目前，多簇壓裂技術(shù)在涇河油田JH2井區(qū)、JH17井區(qū)9口井進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)用，均取得成功，其中7口井投產(chǎn)，初期平均單井產(chǎn)量12.1 t/d，相比前期單簇壓裂增加了7.1 t/d ；投產(chǎn)一個(gè)月平均單井產(chǎn)量7.5 t/d，相比前期單簇壓裂提高了3.5 t/d。分析認(rèn)為：多簇壓裂技術(shù)增大了儲(chǔ)層改造體積，直接提高了單井產(chǎn)量。另外，水平井噴砂射孔后一次性順利壓開地層的成功率由優(yōu)化前的52.4%提高至91.7%，有效減小了由于壓開地層困難導(dǎo)致的液體與作業(yè)時(shí)間的浪費(fèi)，降低了壓裂成本?，F(xiàn)以JH2P34井為例，介紹多簇壓裂技術(shù)的現(xiàn)場應(yīng)用情況。

3.1 井眼概況

JH2P34井為涇河油田JH2井區(qū)的一口開發(fā)井，于2014年6月29日完鉆，完鉆井深2 378.00 m，垂深1 461.50 m，水平段長800.00 m，鉆遇砂巖段長771.00 m。該井鉆遇儲(chǔ)層天然裂縫發(fā)育，非均質(zhì)性強(qiáng)，錄井結(jié)果發(fā)現(xiàn)，油斑顯示的層段共計(jì)391.00 m，油跡顯示的層段共計(jì)331.00 m，熒光顯示的層段共計(jì)49.00 m；測井解釋發(fā)現(xiàn)，裂隙油層厚度11.00 m，油層厚度316.40 m，差油層厚度129.10 m，油水同層厚度30.00 m，含油水層厚度10.00 m，干層厚度37.20 m。

針對(duì)該井儲(chǔ)層地質(zhì)特征，采用多簇壓裂技術(shù)分14段25簇進(jìn)行改造，其中2簇壓裂11段，簇間距17.5～25.0 m，單簇壓裂3段。同時(shí)，采取利用天然裂縫而不破壞天然裂縫的壓裂選段思路，選擇距離天然裂縫5～10 m處進(jìn)行射孔。

3.2 壓裂施工參數(shù)選擇

優(yōu)選射孔工具噴嘴直徑4.68 mm、噴嘴4個(gè)，射孔液石英砂質(zhì)量濃度為100 kg/m3，噴砂射孔排量0.85 m3/min，單簇噴砂射孔砂量1 m3。

根據(jù)儲(chǔ)層地質(zhì)特征，采取差異化設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)環(huán)空施工排量4.0～4.5 m3/min，單段加砂量26.1～47.1 m3，總加砂量556.9 m3，總液量4 301.9 m3，采用羥丙基瓜膠壓裂液體系，支撐劑采用20～40目石英砂。

3.3 施工效果

該井順利完成14段25簇壓裂施工，壓后放噴第3天見油花，最高日產(chǎn)油58.68 t，目前日產(chǎn)油42.82 t，日產(chǎn)液59.68 t，含水率14%，動(dòng)液面80 m，已投產(chǎn)90 d，累計(jì)產(chǎn)油2 583.05 t，多簇分段壓裂改造效果顯著。

4 結(jié) 論

1) 連續(xù)油管水力噴砂射孔環(huán)空多簇壓裂技術(shù)具有作業(yè)速度快、施工成功率高的特點(diǎn)，有利于降低作業(yè)成本和施工風(fēng)險(xiǎn)。

2) 簇間距優(yōu)化和水力噴砂射孔參數(shù)選擇是連續(xù)油管水力噴砂射孔環(huán)空多簇壓裂技術(shù)成功實(shí)施并取得理想增產(chǎn)效果的關(guān)鍵。

3) 連續(xù)油管水力噴砂射孔環(huán)空多簇壓裂技術(shù)在涇河油田成功應(yīng)用并取得良好增產(chǎn)效果，表明該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)低孔、特低滲型砂巖油藏的有效開發(fā)，建議進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

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[編輯 陳會(huì)年]

Technology of Hydraulic Sand Blasting Perforation and Multiple Clusters Fracturing with Coiled Tubing in Jinghe Oilfield

Chen Luyuan

(NorthChinaBranchofSinopec,Zhengzhou,Henan, 450006,China)

To solve the problem of low primary production and quick decline of horizontal wells after hydraulic fracturing in Chang 8 Formation of Jinghe Reservoir, coiled tubing hydraulic sand blasting perforation and multiple clusters fracturing technique was proposed. Through the analysis of this techniques characteristics, the optimization of cluster spacing, perforation and treatment parameters were optimized. Based on the optimum treatment design, we set cluster spacing to 15-38 m, pad ratio 28%-32%, sand plug 25-45 m3, average sand ratio 25.5%-27%. This technique has been put in 9 wells design and it showed that treatment success rate had increase 39.3% and single well production increased 3.5 tons per day. Through the application, it demonstrated that coiled tubing hydraulic sand blasting perforation, and multiple clusters fracturing technique is effective in the development of sandstone reservoirs with low porosity, low permeability.

horizontal well；coiled tubing；hydraulic sand blasting perforation；multiple clusters fracturing；Chang 8 Formation；Jinghe Oilfield

2015-02-03；改回日期：2015-03-20。

陳路原(1962—)，男，四川攀枝花人，1983年畢業(yè)于西南石油學(xué)院石油地質(zhì)勘探專業(yè)，2002年獲西南石油學(xué)院博士學(xué)位，高級(jí)工程師，主要從事水平井鉆采工程研究與技術(shù)管理工作。

中國石化科技攻關(guān)項(xiàng)目“致密砂巖油藏有效開采關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用研究”(編號(hào)：P14076-1)部分研究內(nèi)容。

?油氣開采?

10.11911/syztjs.201504019

TE357.3

A

1001-0890(2015)04-0108-05

聯(lián)系方式：(0371)86002165 ，secondbo@126.com。