逄仁德，高健明，崔莎莎

(1.西安石油大學(xué)，陜西西安 710065；2.中國石化中原油田分公司井下特種作業(yè)處)

水力泵送橋塞分段多簇體積壓裂技術(shù)在AP959井的應(yīng)用

逄仁德1，高健明2，崔莎莎1

(1.西安石油大學(xué)，陜西西安 710065；2.中國石化中原油田分公司井下特種作業(yè)處)

為了解決鄂爾多斯盆地致密油藏水平井壓裂改造過程中單層改造規(guī)模小、壓后裂縫形態(tài)單一、作業(yè)周期長(zhǎng)等問題，提出了水力泵送橋塞分段多簇體積壓裂技術(shù)。該技術(shù)利用水力泵送的方式將封隔橋塞推放到預(yù)定位置，通過多級(jí)點(diǎn)火裝置進(jìn)行多簇定位射孔，裂縫起裂位置準(zhǔn)確，施工排量大，而且分段壓裂級(jí)數(shù)不受限制。AP959井壓裂微地震檢測(cè)表明，分段多簇射孔、多簇同時(shí)起裂方式比單段射孔、單段起裂方式更利于利用應(yīng)力干擾，形成復(fù)雜裂縫，與相同儲(chǔ)層條件下的鄰井相比，加砂總量增加1.5倍，單井產(chǎn)量提高50%，達(dá)到“體積壓裂”的效果。

鄂爾多斯盆地;致密油藏；水平井壓裂；泵送橋塞；分段多簇體積壓裂

近年來，隨著頁巖氣、致密油藏水平井的大規(guī)模開發(fā)，大排量、大液量的混合水體積壓裂工藝成為致密油水平井壓裂改造下一步的主攻方向，常規(guī)的分段壓裂改造工藝已不能完全滿足生產(chǎn)的需求，“水平井+體積壓裂”的開發(fā)模式已經(jīng)得到了國內(nèi)外廣泛認(rèn)可[1-2]，實(shí)現(xiàn)這種開發(fā)模式的主體技術(shù)就是水力泵送橋塞分段多簇體積壓裂技術(shù)。

1 水力泵送橋塞壓裂技術(shù)

1.1 工藝技術(shù)原理

采用水力噴砂射孔壓裂聯(lián)作一體化工具進(jìn)行第1段改造，第1段完成后，后續(xù)各段采用泵送橋塞多簇射孔+壓裂聯(lián)作的方式進(jìn)行分段改造，每段設(shè)計(jì)4～5簇。首先，用電纜傳輸?shù)姆绞綄㈦娎|橋塞+多級(jí)分簇射孔槍下放至水平段，如圖1所示，開泵將橋塞推至預(yù)定位置，點(diǎn)火坐封橋塞，然后上提射孔槍至預(yù)定位置射孔，起出射孔槍及橋塞下入工具，最后進(jìn)行光套管壓裂，如圖2所示。用同樣方式，根據(jù)下入段數(shù)要求，依次下入橋塞、射孔、壓裂；分段壓裂結(jié)束后，采用連續(xù)油管鉆除橋塞，恢復(fù)井筒暢通。

1.2 技術(shù)特點(diǎn)

(1)通過簇式射孔實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)、多點(diǎn)起裂，裂縫布放位置精準(zhǔn)，更容易增加縫網(wǎng)的改造體積。

(2)采用光套管加砂，大排量注入，可實(shí)現(xiàn)多簇裂縫同時(shí)起裂，增大裂縫寬度，使裂縫系統(tǒng)更復(fù)雜。

(3)投放橋塞、多簇射孔無需放噴，壓完一級(jí)直接帶壓作業(yè)，降低安全風(fēng)險(xiǎn)，縮短壓裂周期。

圖1 水力泵送橋塞示意

圖2 分段多簇射孔示意

1.3 橋塞處理工藝過程

連續(xù)油管鉆磨復(fù)合橋塞技術(shù)以壓后鉆除井內(nèi)復(fù)合橋塞恢復(fù)井筒暢通和方便后續(xù)作業(yè)為目的，通過連續(xù)油管攜帶井底鉆具組合、螺桿鉆提供動(dòng)力、磨鞋高速旋轉(zhuǎn)切削來實(shí)現(xiàn)鉆磨復(fù)合橋塞工藝[3]，具有帶壓、連續(xù)、快速的特點(diǎn)。主要采用φ50.8 mm連續(xù)油管+螺桿鉆進(jìn)行作業(yè)，將連續(xù)油管鉆磨工具下至預(yù)定鉆塞位置，通過地面泵車提供動(dòng)力，調(diào)整排量、鉆壓進(jìn)行鉆磨作業(yè)。鉆塞結(jié)束后，保持井內(nèi)循環(huán)至磨屑返出地面，重復(fù)上述過程，直至剩余橋塞全部鉆完。

其鉆具組合為：φ50.8 mm連續(xù)油管+單流閥+液壓震擊器+液壓丟手+螺桿鉆+磨鞋。

鉆磨排量是連續(xù)管鉆磨復(fù)合橋塞作業(yè)過程中最重要的參數(shù)，不僅關(guān)系到螺桿鉆的最佳工作狀態(tài)和鉆磨效率，而且關(guān)系到環(huán)空返液流速和攜屑效果。在鉆屑上返過程中，斜井段是最關(guān)鍵的一個(gè)階段，在這個(gè)階段鉆屑會(huì)因?yàn)榄h(huán)空返速不足而逐漸向井眼下側(cè)沉聚，形成一定厚度的鉆屑床，在重力的作用下，鉆屑床會(huì)逐漸下移，造成井眼堵塞，因此理論上設(shè)計(jì)的環(huán)空返速必須達(dá)到環(huán)空止動(dòng)返速[4]。

2 分段多簇體積壓裂機(jī)理

根據(jù)巖石破裂準(zhǔn)則和彈性力學(xué)理論，裂縫一般沿最大主應(yīng)力方向起裂。對(duì)于發(fā)育有天然裂縫的儲(chǔ)層，由于天然裂縫的力學(xué)性質(zhì)及強(qiáng)度與儲(chǔ)層本體巖石顯著不同，如果地層應(yīng)力場(chǎng)中的最大和最小主應(yīng)力差值很小，裂縫的起裂方向就會(huì)受地層中天然裂縫影響，在多個(gè)方向起裂，沿?zé)o規(guī)則天然裂縫向各個(gè)方向延伸，延伸過程中產(chǎn)生多(分支)裂縫，擴(kuò)展路徑曲折，從而形成形態(tài)復(fù)雜的網(wǎng)狀裂縫。“分段多簇”射孔利用縫間干擾實(shí)現(xiàn)裂縫的轉(zhuǎn)向，壓裂段內(nèi)的每簇裂縫同時(shí)起裂后，在延伸過程中都會(huì)相互干擾，在縫間干擾的作用下，在主裂縫側(cè)向強(qiáng)制形成次生縫，次生裂縫又發(fā)生分叉或者轉(zhuǎn)向形成二級(jí)次生縫，主裂縫與各級(jí)次生縫、天然裂縫及巖石層理之間相互溝通，形成復(fù)雜的裂縫網(wǎng)絡(luò)[5]。研究表明[6]，先壓裂縫對(duì)后壓裂縫也存在影響，延伸后的裂縫對(duì)下一壓裂層段內(nèi)即將起裂的裂縫形成縫網(wǎng)創(chuàng)造了條件。相鄰層段的裂縫網(wǎng)絡(luò)在一定程度上又能相互溝通，形成更為復(fù)雜的體積裂縫系統(tǒng)。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

AP959井是位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡的一口水平井，井深2 916 m，完鉆層位長(zhǎng)7段，屬于致密砂巖地層，水平段長(zhǎng)度546 m，共設(shè)計(jì)8段壓裂，采用水力泵送橋塞壓裂工藝。該井長(zhǎng)7儲(chǔ)層致密、天然裂縫發(fā)育，兩相水平主應(yīng)力相差不大，為形成復(fù)雜的裂縫形態(tài)提供了有利條件；鉆井方向沿最小主應(yīng)力方向，水力壓裂會(huì)形成垂直于井筒方向的裂縫，有利于增大裂縫與儲(chǔ)層的接觸面積。

3.1 壓裂液體系優(yōu)選

采用“滑溜水+基液+交聯(lián)液”的混合壓裂液體系，前期采用低黏度滑溜水壓裂液，利用低黏液的穿透性充分?jǐn)U大裂縫網(wǎng)絡(luò)，通過注入小粒徑支撐劑來支撐趾端天然裂縫，可以起到降低濾失的作用，提高液體效率及造縫能力，并可降低對(duì)儲(chǔ)層的傷害；后期采用交聯(lián)液，通過提高砂比來增強(qiáng)液體的攜砂能力，并利用大粒徑支撐劑來提高主裂縫導(dǎo)流能力?；旌纤畨毫岩后w系配方如表1所示。

表1 混合水壓裂液體系配方

支撐劑采用多粒徑組合模式，前期采用40/70目低密度陶粒充填、支撐微裂縫，后期采用20/40目陶粒打磨裂縫面降低彎曲摩阻，支撐人工主裂縫。

3.2 裂縫參數(shù)優(yōu)化

以數(shù)值模擬手段、同時(shí)以油藏體積改造為依據(jù)優(yōu)化裂縫參數(shù)。根據(jù)前期礦場(chǎng)試驗(yàn)及井下微地震測(cè)試結(jié)果，優(yōu)化段間距為30 m，將整個(gè)水平段分為8段；根據(jù)水平段的物性及分布、油藏模擬結(jié)果、地應(yīng)力分布狀態(tài)等，進(jìn)行分段方案和射孔位置選擇，各段的射孔簇應(yīng)處于其最小主應(yīng)力且物性較好的位置，便于裂縫的開啟和延伸；從充分利用縫間應(yīng)力干擾形成復(fù)雜裂縫出發(fā)，單段設(shè)計(jì)4簇。AP959井區(qū)水平井部署采用直井注水-水平井采油、水平段垂直于裂縫方向的七點(diǎn)井網(wǎng)形式，井距500 m，排距150 m，紡錘形中間裂縫半縫長(zhǎng)240 m，紡錘形兩端裂縫由于距離注水井連線近，優(yōu)化裂縫半長(zhǎng)160 m。

3.3 壓裂參數(shù)優(yōu)化

利用PT三維模擬壓裂軟件對(duì)該井進(jìn)行模擬壓裂。針對(duì)該井各段的壓裂施工規(guī)模，優(yōu)化設(shè)計(jì)出各段的施工排量、加砂量、含砂濃度、前置液比例以及入地總液量等施工參數(shù)，確保壓裂過程中多縫一次起裂。根據(jù)裂縫長(zhǎng)度以及入地砂量要求，最終優(yōu)化出壓裂參數(shù)和對(duì)應(yīng)的裂縫參數(shù)，如表2、表3所示。

3.4 壓裂實(shí)施過程和壓后效果

第1段采用連續(xù)油管射孔后直接壓裂，壓裂完成之后，用活性水將電纜橋塞及多級(jí)射孔槍泵送至預(yù)定位置，然后進(jìn)行多級(jí)點(diǎn)火射孔，射孔完畢后，以2.0 m3/min排量將球送入球座，進(jìn)行第二段壓裂，當(dāng)壓力上升至21 MPa時(shí)，地層成功壓開，期間共加入陶粒54.3 m3﹙40/70目23.4 m3、20/40目30.9 m3﹚，施工排量8.0 m3/min，最高砂比11.6%，注入前置液180 m3，入地總液量602 m3。后續(xù)各段施工過程與該段相似，均順利壓開。

表2 AP959井裂縫模擬參數(shù)

表3 AP959井壓裂后裂縫參數(shù)

從圖3中可以看出，AP959井采用多簇射孔壓裂方式，壓裂微地震事件覆蓋了整個(gè)水平段，改造充分；壓后形成的復(fù)雜網(wǎng)狀裂縫系統(tǒng)，最大限度地?cái)U(kuò)大了與儲(chǔ)層的接觸面積，從而達(dá)到了“體積壓裂”的效果。與相同儲(chǔ)層條件下的臨井相比，加砂總量增加了1.5倍，單井產(chǎn)量由原來的平均日產(chǎn)原油46.1 m3提高到69.2 m3，壓裂改造增產(chǎn)效果明顯。

圖3 AP959井第二段壓裂施工曲線

4 結(jié)論與建議

(1)水力泵送橋塞分段多簇體積壓裂技術(shù)通過簇式射孔實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)、多點(diǎn)起裂，裂縫布放位置精準(zhǔn)，更容易增加縫網(wǎng)的改造體積。

(2)壓裂液體系采用“滑溜水+基液+交聯(lián)液”的混合設(shè)計(jì)方式，整體減小了液體黏度，降低了壓裂液對(duì)儲(chǔ)層的傷害。

(3)AP59井多級(jí)多簇壓裂裂縫監(jiān)測(cè)表明，鄂爾多斯盆地長(zhǎng)7儲(chǔ)層物性差、天然裂縫發(fā)育，采用分段多簇射孔、多簇同時(shí)起裂方式比單段射孔、單段起裂方式更利于利用應(yīng)力干擾，形成復(fù)雜裂縫。

[1] 王歡，廖新維，趙曉亮，等.非常規(guī)油氣藏儲(chǔ)層體積改造模擬技術(shù)研究進(jìn)展[J].特種油氣藏，2014，21(2)：8-14．

[2] 吳奇，青云，劉玉章，等.美國頁巖氣體積改造技術(shù)現(xiàn)狀及對(duì)我國的啟示[J].石油鉆采工藝，2011, 33(2):1-7.

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[4] 李洪乾.杲傳良.任耀秀，等.水平井鉆井第二洗井區(qū)環(huán)空止動(dòng)返速的計(jì)算[J].石油鉆探技術(shù),1995,23(增刊):27-29.

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編輯：劉洪樹

1673-8217(2015)04-0125-03

2015-01-09

逄仁德,1985年生，2009年畢業(yè)于重慶科技學(xué)院石油工程專業(yè)，在讀碩士研究生，現(xiàn)從事復(fù)雜結(jié)構(gòu)井鉆采工藝研究。

西安石油大學(xué)創(chuàng)新基金(2014CX130105)、陜西省教育廳科研計(jì)劃項(xiàng)目資助(14JK1583)聯(lián)合資助。

TE357.13

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