庫車山前大斜度井儲層改造試驗與認(rèn)識

彭永洪，陳 飛，李彥召，陳 兵，魏 波，劉汗卿

中國石油塔里木油田分公司安全環(huán)保與工程監(jiān)督中心

0 引言

KS10氣藏是庫車前陸盆地的重要勘探開發(fā)陣地，主要目的層是白堊系巴什基奇克組，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，受逆掩疊置推覆體影響，儲層上部發(fā)育兩套斷層，直井鉆井極易發(fā)生井漏、卡鉆等工程復(fù)雜，區(qū)塊勘探開發(fā)極具挑戰(zhàn)。為應(yīng)對KS10氣藏勘探開發(fā)難點，創(chuàng)新性地采用大斜度井井身結(jié)構(gòu)（井斜超過60°），有效避開了上覆逆掩體，降低工程復(fù)雜風(fēng)險，為類似區(qū)塊開發(fā)探索新思路。特殊的井身結(jié)構(gòu)及苛刻的地層條件，對儲層改造工藝提出了極大的挑戰(zhàn)，為此積極探索大斜度井巨厚儲層改造工藝，為油田后期同類型井改造工藝選擇及優(yōu)化提供寶貴經(jīng)驗。

1 儲層改造難點

（1）庫車前陸盆地具有埋藏深（6 000～8 098 m）、地層壓力高（105～136 MPa）、溫度高（150～188℃）、地應(yīng)力高（最小水平主應(yīng)力90～130 MPa）、施工泵壓高（一般超過100 MPa）等特點，對改造管柱、井下工具以及改造液都提出了極為嚴(yán)格的要求。

（2）主力儲層為白堊系巴什基奇克組，儲層縱向跨度達(dá)120～300 m，縱向應(yīng)力差較大（個別儲層超過20 MPa），層間非均質(zhì)性較強(qiáng)，儲層改造難以實現(xiàn)均勻改造。

（3）調(diào)研表明斜井儲層改造時近井易產(chǎn)生裂縫，發(fā)生裂縫扭曲，摩阻大，破裂壓力普遍比直井高，易出現(xiàn)早期脫砂，增加施工難度，加砂風(fēng)險大［2-3］。

（4）儲層天然裂縫發(fā)育程度不一，對改造效果影響大。

2 儲層改造工藝

2.1 主體工藝優(yōu)選

目前，通過科研攻關(guān)，建立了庫車山前致密裂縫性砂巖儲層評價及改造工藝優(yōu)選模板（見表1）。

控制系統(tǒng)通過測量煙絲密度，計算得到煙支重量，根據(jù)煙支重量情況調(diào)節(jié)平準(zhǔn)盤高度實現(xiàn)對煙絲量的控制，并調(diào)節(jié)平準(zhǔn)盤相位實現(xiàn)對緊頭位置的調(diào)整，同時對超輕、超重、空松、結(jié)塊等不合格煙支進(jìn)行剔除，從而將煙支重量平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差控制在要求范圍內(nèi)。

表1 庫車山前致密裂縫性砂巖儲層改造工藝優(yōu)選模板

2.2 實現(xiàn)均勻改造方法

（1）優(yōu)化射孔段。引進(jìn)遠(yuǎn)探測聲波技術(shù)，探測范圍30～40 m，加強(qiáng)井旁裂縫分布及主力產(chǎn)層的識別［4］，根據(jù)裂縫分布識別結(jié)果及測井解釋結(jié)果，同時基于防砂和改造需求，將射孔段由100～200 m優(yōu)化成30～60 m，測井解釋氣層和差氣層打開程度50%左右，集中優(yōu)勢改造主力產(chǎn)層。

（2）機(jī)械分層。機(jī)械分層是實現(xiàn)儲層均勻改造的最佳方式，但是工程風(fēng)險最大，目前塔里木油田機(jī)械分層主要有兩種方式，一是快鉆橋塞工藝，二是封隔器+滑套，2018年以來相繼完成4口井（阿瓦5、博孜301、柯東5、中秋1）的封隔器+滑套直井分層改造，現(xiàn)場施工順利。

（3）軟分層（暫堵技術(shù)）。目前，國內(nèi)外軟分層多采用復(fù)合暫堵劑優(yōu)配，進(jìn)行層間及層內(nèi)暫堵，以達(dá)到轉(zhuǎn)向目的［5］。針對庫車山前儲層厚、儲層非均質(zhì)性強(qiáng)等特點，研發(fā)了80～140℃可降解纖維暫堵材料，滿足炮眼、縫口與縫內(nèi)暫堵需求，綜合實驗研究及現(xiàn)場暫堵轉(zhuǎn)向效果，形成了三套暫堵劑組合模式，6 mm球+3 mm球+纖維或1 mm顆粒適用于酸壓層間轉(zhuǎn)向，1 mm顆粒+纖維適用于縫內(nèi)轉(zhuǎn)向，纖維+陶粒適用于加砂壓裂層間轉(zhuǎn)向。2013年至2018年，累計直井暫堵改造60余井次，平均無阻流量提高5倍以上，暫堵技術(shù)趨于成熟［6］。

2.3 降低井口施工壓力手段

（1）加重壓裂液。對壓裂液加重可明顯降低井口施工壓力，見圖1。塔里木有兩套成熟的加重壓裂液體系，氯化鉀加重壓裂液體系和硝酸鈉加重壓裂液體系，受到地區(qū)對硝酸鈉的限制，目前主要以氯化鉀加重為主。氯化鉀加重壓裂液體系密度可達(dá)1.15 g/cm3，25%KCl加重壓裂液流變性能良好，在140℃、170 s-1下，剪切120 min，黏度大于60 mPa·s；硝酸鈉加重壓裂液體系，密度可達(dá)1.32 g/cm3，40%NaNO3加重壓裂液流變性能良好，150℃、170 s-1下，剪切150 min，黏度大于100 mPa·s。

圖1 不同壓裂液密度下井深與井口施工壓力降低值關(guān)系曲線

（2）擠酸液降破。針對破裂壓力高的難點，根據(jù)儲層性質(zhì)，在主壓裂之前，選擇注入土酸體系溶蝕近井砂巖儲層，達(dá)到降低破裂壓力和井口施工壓力的目的［7］。

（3）段塞打磨。在前置液壓開裂縫之后，近井存在壓開的新裂縫、天然裂縫扭曲、多裂縫的情況，在大斜度井的條件下近井裂縫對施工的影響尤為明顯，會大大地增加后續(xù)主壓裂加砂的難度，增加井口施工壓力，而在前置液階段采用小粒徑陶粒段塞進(jìn)行近井打磨，可以有效地降低后續(xù)加砂的難度，同時可以起到降濾作用，降低砂堵風(fēng)險［8］。

2.4 完井管柱及工具配置

庫車前陸盆地儲層深、壓力高、溫度高，井流介質(zhì)中高含腐蝕性介質(zhì)，天然氣中CO2最高分壓達(dá)4 MPa，Cl-含量最高達(dá)160 000 mg/L，改造施工井口壓力普遍超過100 MPa，管柱通常采用超級13CR油管，扣型為氣密封扣，封隔器采用永久封隔器，主要以THT和TNT封隔器為主，壓力級別一般在70 MPa以上，同時考慮井口安全，根據(jù)氣藏預(yù)測含蠟情況考慮下入深井安全閥或常規(guī)安全閥。根據(jù)前期改造經(jīng)驗，對于機(jī)械分層改造管柱（工具）主要有幾點改進(jìn)：①考慮大通徑管柱配置，采用?114.3 mm+?88.9 mm管柱能夠明顯降低摩阻，為改造提供更加有利條件，目前油田常用不同規(guī)格油管的排量與壓裂液摩阻關(guān)系見圖2（摩阻系數(shù)取0.35）；②前期迪西X井上封隔器芯軸在改造過程中受溫度效應(yīng)影響被拉斷，因此本井考慮在封隔器之間加入伸縮管補(bǔ)償管柱受溫度效應(yīng)的影響；③前期KS2-X井壓裂球（鋼球）出現(xiàn)返出滯后的情況，影響后期生產(chǎn)，現(xiàn)用可溶合金球替代鋼球能夠有效解決這一問題。

圖2 油田常用不同規(guī)格油管下排量與壓裂液摩阻關(guān)系曲線

2.5 現(xiàn)場關(guān)鍵工序質(zhì)量管控

（1）射孔安全及儲層打開程度管控。針對單趟射孔跨度大易斷爆、出現(xiàn)井下復(fù)雜處理困難等問題，采用兩趟射孔、“避開”大夾層、提前下入模擬通井管柱等技術(shù)來保證射孔作業(yè)安全和儲層打開程度。

（2）入井材料質(zhì)量三級管控。①通過室內(nèi)實驗優(yōu)選評價確定改造材料配方；②現(xiàn)場監(jiān)督、壓裂隊現(xiàn)場確認(rèn)材料數(shù)量、質(zhì)量檢查及保存；③油田采用壓裂酸化流體檢測流動車對現(xiàn)場改造液進(jìn)行小樣和大樣調(diào)試評價，保證入井流體質(zhì)量。

（3）施工參數(shù)。①根據(jù)現(xiàn)場測試壓裂（升排量、降排量、壓降）結(jié)果，獲取地層破裂壓力、近井摩阻、閉合壓力等地層參數(shù)，從而調(diào)整主壓裂施工相關(guān)參數(shù)；②根據(jù)施工曲線實時調(diào)整施工泵注參數(shù)（排量、液量、砂量、交聯(lián)比等）。

（4）斜井降低砂堵措施。根據(jù)調(diào)研結(jié)果，斜井降低砂堵風(fēng)險措施主要有3個：①提升液體效率（提升液體性能、提高排量）；②控制施工砂比［9］，初始砂比控制在10%以下，最高砂比控制在40%以下，平均砂比控制在30%左右；③盡可能提升排量。

（5）多手段控制出砂。①每一級改造后尾追30/50目覆膜陶粒；②根據(jù)裂縫閉合時間適當(dāng)延長關(guān)井時間。

3 應(yīng)用效果

KS10-X井隸屬KS10氣藏，本井采用了大斜度井井身結(jié)構(gòu)，完鉆井深7 060 m，最大井斜77.6°，改造井段6 805～7 020 m，垂厚96.6 m，地層溫度153.65℃，改造段避水高度95.6 m，目的層共累計漏失相對密度1.71～1.73 g/cm3的油基鉆井液42.5 m3，裂縫發(fā)育但是有效性差。

綜合考慮儲層性質(zhì)及井型特殊性，本井采取的工藝措施：

（1）根據(jù)庫車山前改造工藝模板，本井儲層介于II、III類之間，擬采用加砂壓裂進(jìn)行儲層改造。

（2）本井儲層改造段長（215 m），擬采用“機(jī)械雙封+軟分層”手段，機(jī)械分層2段，暫堵分層2次，總計4段，實現(xiàn)儲層均勻改造。

（3）通過測井?dāng)?shù)據(jù)分析，優(yōu)化射孔7段，儲層打開61 m，氣層及差氣層共計115.5 m，射孔占比約52.8%，采用兩趟射孔、“避開”大夾層、提前下入模擬通井管柱等技術(shù)手段來保證射孔作業(yè)安全。

（4）通過模擬計算，在不同改造排量下雙封隔器之間油管伸縮量為1.137～1.160 m，軸向載荷為39～43 t，因此，在雙封之間增加伸縮管1根，伸縮距3.0 m，剪切值24.72 t。

（5）采用可溶球替代之前的鋼球，保證井下安全及后期生產(chǎn)。

（6）本井按直井計算排量5.5 m3/min時，井口施工壓力超過120 MPa，本井采取以下措施盡可能降低井口施工壓力：①采用測試壓裂實取儲層參數(shù)，實時調(diào)整主壓裂施工參數(shù)；②采用KCl加重壓裂液，有效降低施工壓力；③段塞打磨近井儲層。

經(jīng)過測試壓裂，求取地層基礎(chǔ)參數(shù)，計算得出本井裂縫延伸壓力梯度為1.87 MPa/100 m，根據(jù)測試結(jié)果將前置液段塞由4個降為2個；主壓裂機(jī)械分層兩層，兩層內(nèi)各轉(zhuǎn)向一次，共四段，共注入壓裂液2 562.2 m3，注入總砂量159.2 m3，最高砂濃度420 kg/m3（砂比低于30%），最大排量6.55 m3/min，最高泵壓118.5 MPa，裂縫延伸壓力梯度最大為2.0 MPa/100 m（第四級），排砂少（40 L），管柱、工具未見異常，施工順利，第一級加砂壓裂施工曲線圖見圖3。暫堵轉(zhuǎn)向效果明顯，轉(zhuǎn)向壓力5～9 MPa。改造后效果明顯，油嘴9 mm，油壓75.7 MPa，折算日產(chǎn)氣74.2×104m3，測試結(jié)論為氣層，本井成為目前KS10氣藏測試產(chǎn)量最高井。

圖3 KS10-X井第一級加砂壓裂施工曲線圖

4 結(jié)論與認(rèn)識

（1）機(jī)械分層（兩層）管柱及配套完井工具在庫車山前超深直井、大斜度井儲層改造中是可靠的，與此同時，“機(jī)械分層+軟分層”改造工藝是庫車山前直井/大斜度井巨厚儲層實現(xiàn)均勻改造的一個有效方法，可以極大提高巨厚儲層均勻改造程度。

（2）對于斜井壓裂，應(yīng)該豐富降低施工壓力手段和管柱適應(yīng)性。采取加重壓裂液、擠酸降破、優(yōu)化管柱配置（大通徑）、粉陶近井打磨、降低主壓裂支撐劑粒徑等技術(shù)手段，有效解決斜井壓裂可能存在施工壓力高的問題。

（3）目前機(jī)械分層改造在油田應(yīng)用均在7 000 m以下，應(yīng)持續(xù)攻關(guān)多層機(jī)械分層在深井、超深井及大斜度井中的適應(yīng)性，為儲層改造提供更有利的硬性條件。

（4）測試結(jié)果表明，KS10-X井裂縫延伸壓力梯度低，前期分析斜井起裂會比直井大的論證在本井并未印證，大斜度井破裂壓力預(yù)測仍有待提高。

（5）目前暫堵分層效果由暫堵轉(zhuǎn)向壓力、施工壓力、停泵壓力等參數(shù)綜合確定，地下實際分層效果尚需其他技術(shù)手段驗證，建議通過測試產(chǎn)氣剖面、示蹤劑+微地震檢測等方法來確定分層效果。

（6）現(xiàn)場質(zhì)量控制是儲層改造的重要一環(huán)，入井材料質(zhì)量、數(shù)量檢測及施工參數(shù)實時調(diào)整均對改造效果有著重要影響。