米強(qiáng)波，伊向藝，羅攀登，任　嵐

塔中超深致密砂巖油藏水平井分段壓裂技術(shù)

米強(qiáng)波1，2*，伊向藝2，羅攀登1，任嵐3

1.中國石化西北油田分公司工程技術(shù)研究院，新疆 烏魯木齊 830011 2.成都理工大學(xué)能源學(xué)院，四川 成都 610059 3.“油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程”國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室·西南石油大學(xué)，四川 成都 610500

水平井分段壓裂技術(shù)目前已在國內(nèi)大慶、遼河、華北、西南等油氣田進(jìn)行了廣泛的應(yīng)用，但主要用于垂深小于4 000 m的儲層。順9井區(qū)為埋藏深、物性差的砂巖儲層，常規(guī)直井壓裂增產(chǎn)幅度有限，無法獲得持續(xù)的工業(yè)油流，需通過水平井的分段改造增加泄油面積，提高單井產(chǎn)能。而順9井區(qū)埋藏深、閉合壓力與破裂壓力高等特點(diǎn)給水平井的分段改造工具、液體體系和工藝技術(shù)方法的優(yōu)選帶來一系列的難度，在分析國外深層水平井分段壓裂工藝技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合順9井區(qū)的儲層特點(diǎn)和國內(nèi)水平井分段改造技術(shù)能力，從水平井分段改造工藝與工具、液體體系及裂縫參數(shù)等方面進(jìn)行優(yōu)化研究，初步形成了適合順9井區(qū)的水平井分段壓裂工藝技術(shù)。

順9；致密砂巖；水平井；分段壓裂；閉合應(yīng)力

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米強(qiáng)波，伊向藝，羅攀登，等.塔中超深致密砂巖油藏水平井分段壓裂技術(shù)［J］.西南石油大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2015，37（2）：114-118.

Mi Qiangbo，Yi Xiangyi，Luo Pandeng，et al.Horizontal Well Staged Fracturing Technology of Tight Sandstone Reservoirs with Super Depth in Tazhong Area［J］.Journal of Southwest Petroleum University：Science&Technology Edition，2015，37（2）：114-118.

引言

順9井區(qū)位于塔里木盆地順托果勒地區(qū)，油藏類型為受構(gòu)造與巖性雙重控制的邊水巖性油藏，目的層為志留系柯坪塔格組，巖性主要為細(xì)粒巖屑石英砂巖，儲層厚度薄，砂泥巖互層，物性較差，儲層埋深5 500.00～5 650.00 m（垂）；地溫梯度為2.25?C/100 m，儲層中部溫度約為123.7?C；孔隙度在6.00%～10.00%，平均值為6.14%；滲透率為0.08～1.28 mD，平均值為0.18 mD，屬于特低孔超低滲砂巖儲層，常規(guī)直井壓裂增產(chǎn)幅度有限，無法獲得持續(xù)的工業(yè)油流。因此，這些區(qū)塊需進(jìn)行水平井開發(fā)，實(shí)施分段改造才能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量最大化。近年來，國內(nèi)外中、淺層水平井分段改造技術(shù)主體技術(shù)已經(jīng)成熟，工具形成系列化。深層、超深水平井也逐步應(yīng)用于油氣資源的開發(fā)利用，但分段改造井次少，技術(shù)手段相對單一，工藝技術(shù)與配套工具處于試驗(yàn)與攻關(guān)階段。概括國內(nèi)外深層水平井分段改造技術(shù)，主要有水力噴射分段壓裂技術(shù)［1］、射孔+泵送橋塞聯(lián)作分段壓裂技術(shù)［2］、裸眼封隔器+滑套分段壓裂技術(shù)［23］。水力噴射分段壓裂技術(shù)不受完井方式的限制，可一趟管柱完成多段壓裂，施工管柱可作為生產(chǎn)管柱；射孔+泵送橋塞聯(lián)作分段壓裂技術(shù)適用于套管完井，射孔后泵送橋塞，壓裂段數(shù)多，壓后可鉆除橋塞；裸眼封隔器+滑套分段壓裂技術(shù)采用壓裂與生產(chǎn)一體化管柱，投球打開滑套分壓各段，分壓段數(shù)多，施工快捷。

1　施工難點(diǎn)及技術(shù)對策

（1）該區(qū)塊志留系前期未進(jìn)行類似儲層改造，壓裂施工存在不確定性，對地層認(rèn)識不充分，因此主壓裂前先進(jìn)行小型壓裂測試，求取地層參數(shù)，據(jù)此優(yōu)化泵注程序。（2）埋藏深，高溫（123.7?C）、高地層壓力（73.1MPa）、高破裂壓力（0.0247MPa/m），井眼尺寸不規(guī)則，局部井眼曲率過大，入井管串對工具要求較高。在順9井區(qū)采用裸眼封隔器+滑套分段壓裂工藝技術(shù)，優(yōu)選斯倫貝謝的StageFRAC工具。（3）儲層物性差、儲層致密，低孔低滲，對壓裂液性能提出很高要求，斯倫貝謝YF135HTD胍膠壓裂液耐溫性能好、攜砂能力強(qiáng)、殘渣含量低，總體性能優(yōu)異。（4）底水發(fā)育，儲隔層應(yīng)力差小，縫高控制難度較大。斯倫貝謝J-FRAC技術(shù)，采用專門設(shè)計的固體封堵材料，用以控制裂縫高度的延伸，避免溝通附近水層。

2　裸眼封隔器+滑套分段壓裂工藝

針對順9地區(qū)儲層低滲致密、超深、高溫、高壓、井眼尺寸小、破裂壓力高、井徑變化大等特點(diǎn)，在該區(qū)域主要采用了裸眼液壓封隔器+滑套分段壓裂工藝技術(shù)。該技術(shù)依據(jù)套管尺寸或裸眼段直徑可一次性下入多級封隔器，通過投球打滑套分壓各段，具有分壓段數(shù)多、施工快捷等優(yōu)點(diǎn)。

2.1裸眼封隔器及配套工具

裸眼液壓封隔器長度短、膠筒短（30 cm），在相同狗腿度情況下，入井風(fēng)險小，同時其內(nèi)徑大，在加砂壓裂過程中產(chǎn)生砂堵的幾率小，即使產(chǎn)生砂堵，也易于采取后續(xù)措施進(jìn)行沖砂作業(yè)。斯倫貝謝的StageFRAC工具可適用～的裸眼尺寸與～的套管尺寸，壓力級別70，83，105 MPa。其中工具體系最多實(shí)現(xiàn)25級分層措施，工具體系最多實(shí)現(xiàn)30級分層措施。根據(jù)順9井區(qū)井筒條件，選擇耐壓70 MPa、耐溫218?C的裸眼封隔器及配套工具。

2.2裸眼封隔器及壓裂端口位置的確定

水平井裸眼封隔器位置的確定需要綜合考慮地質(zhì)上儲層改造需求，井眼軌跡，井徑大小等因素，確定多級壓裂封隔器及壓裂端口位置的原則為：（1）壓裂端口放置于本級物性、氣測顯示最好，應(yīng)力最低的儲層段；（2）裸眼封隔器要求放置在裸眼井徑和封隔器尺寸盡量接近的井段；（3）StageFRAC工具串通過狗腿度大于4°/30 m的井段時需要格外注意。

2.3尾管懸掛封隔器座封位置的確定

尾管懸掛封隔器位置由最大井斜、固井質(zhì)量、套管接箍、壓裂時壓裂管柱受力及尾管密封膠筒的位移等幾個因素決定，因此，尾管懸掛封隔器及回接密封總成部分的下入要求：（1）由于密封膠筒為長6.1 m的封隔器，要求最大井斜不超過10°；（2）座封位置固井質(zhì)量要好；（3）座封時避開套管接箍；（4）尾管懸掛封隔器回接密封總成承壓要求滿足壓裂砂堵時的最高施工壓力；（5）在砂堵的情況下，尾管密封膠筒的位移應(yīng)小于6.1 m。

2.4分段壓裂管柱

順9井區(qū)水平井分段壓裂管柱采用41/2″，油管從上到下包括懸掛封隔器、裸眼封隔器、投球滑套、錨定封隔器、壓差滑套和引鞋等，管柱示意圖見圖1。

圖1　順9井區(qū)分段壓裂管柱示意圖Fig.1　Shun 9 wellblock staged fracturing string schematic diagram

3　壓裂方案優(yōu)化設(shè)計

3.1小型壓裂測試

由于順9井區(qū)目前處于探評階段，對儲層的認(rèn)識不夠充分，在主壓裂之前進(jìn)行小型壓裂測試，可幫助我們認(rèn)識儲層，求取地層參數(shù)［3］。通過對順 9CH井 6 331～6 444 m段進(jìn)行小型測試分析，取得以下認(rèn)識：（1）破裂壓力梯度0.018 66 MPa/m，閉合壓力梯度0.016 8 MPa/m，濾失系數(shù)3.15×10?4m/min0.5，液體效率30%，為主壓裂施工車組選擇等提供了依據(jù)。（2）G函數(shù)曲線特征顯示，在閉合點(diǎn)之前，曲線往下凹，說明儲層存在高裂縫特征［5］，在壓裂施工時應(yīng)注意采取控縫高措施。

3.2裂縫參數(shù)優(yōu)化

3.2.1壓裂級數(shù)優(yōu)化

以順9CH井為例，儲層水平段長度675 m，通過產(chǎn)量優(yōu)化模擬軟件，在K=0.158 mD，裂縫半長為150 m，支撐劑鋪設(shè)濃度8.7 kg/m2的情況下對最優(yōu)的裂縫級數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化結(jié)果如圖2所示，累計產(chǎn)量的增加速率降低。隨著壓裂級數(shù)增加單井累計產(chǎn)量增加。但裂縫級數(shù)大于7～8級后，產(chǎn)量的增加率降低。從經(jīng)濟(jì)的角度看，順9CH井7～8級施工最優(yōu)。

3.2.2裂縫長度優(yōu)化

通過產(chǎn)量優(yōu)化模擬軟件，在K=0.158 mD，支撐劑鋪設(shè)濃度為8.7 kg/m2，裂縫級數(shù)為7的情況下對最優(yōu)裂縫半長進(jìn)行優(yōu)化。模擬結(jié)果如圖3所示，以累計產(chǎn)量為衡量標(biāo)準(zhǔn)，最優(yōu)裂縫半長為150～200 m。當(dāng)裂縫半長大于200 m后，產(chǎn)量的增加率降低。

3.2.3支撐劑濃度優(yōu)化

圖2 優(yōu)化施工級數(shù)Fig.2　Optimize construction stages

圖3 優(yōu)化裂縫長度Fig.3　Optimize fracture length

通過產(chǎn)量優(yōu)化模擬軟件，對 K=0.158 mD，裂縫級數(shù)為 7級，裂縫半長為 150 m下最優(yōu)的支撐劑鋪設(shè)濃度進(jìn)行優(yōu)化。模擬結(jié)果如圖4所示，以累計產(chǎn)量為衡量標(biāo)準(zhǔn)，最優(yōu)支撐劑鋪設(shè)濃度為 8.7～9.7 kg/m2。當(dāng)支撐劑濃度大于9.7 kg/m2（2 lb/ft2）后，產(chǎn)量的增加率降低。

圖4　優(yōu)化支撐劑鋪設(shè)濃度Fig.4　Optimize proppant laying concentration

3.3壓裂液及支撐劑優(yōu)選

3.3.1壓裂液

對于超深致密砂巖油藏來說，壓裂液必須是具有配伍性好、低摩阻、低濾失、攜砂性能好、破膠徹底、易返排等特點(diǎn)。通過優(yōu)選評價，順9井區(qū)采用斯倫貝謝YF135 HTD水基凍膠壓裂液，該體系是一種硼酸交聯(lián)，化學(xué)延遲的壓裂液體系。通過調(diào)節(jié)延遲劑加量，交聯(lián)時間可以延遲到延遲時間5～6 min，最多12 min（取決于溫度），這將極大地降低管柱中的摩阻；其高溫流變曲線如圖5所示，在127?C下，壓裂液的黏度可以維持高于100 mPa·s超過2 h；破膠后黏度小于9 mPa·s，殘渣含量為589 mg/L，滿足超深特低滲儲層壓裂改造的需要。

3.3.2支撐劑

由于順9井區(qū)目的層埋藏深，因此所使用的支撐劑需要較高強(qiáng)度，在壓裂施工以后，裂縫中的支撐劑所承受的壓力將是儲層閉合壓力與儲層壓力的差，但考慮到油井的長期開采，后期儲層壓力會下降較大，因此按儲層的閉合壓力大小來選擇支撐劑。根據(jù)計算，該井的閉合壓力約為85 MPa，按照參數(shù)對比高強(qiáng)度陶?？梢詽M足要求。根據(jù)不同閉合壓力下支撐劑的滲透率對比，采用30/50目高強(qiáng)陶粒作為主支撐劑，該支撐劑在閉合壓力86 MPa下，破碎率小于3.68%。

3.4施工泵注程序

以順9CH為例，根據(jù)小型壓裂測試分析的結(jié)果，主壓裂泵注程序設(shè)計按照以下原則：（1）液體效率偏低，使用降濾失劑結(jié)合粉陶段塞提高液體效率；（2）前置液比例控制在40%左右；（3）最高加砂濃度480～540 kg/m3；（4）為防止縫高過大，施工排量控制在5.0 m3/min。

4　施工情況及效果

目前塔中順9井區(qū)水平井分段壓裂改造共施工順902H、順9CH、順9-1H3口井，3口井均采用裸眼封隔器+滑套壓裂工藝技術(shù)，施工成功率達(dá)100%，順9CH更創(chuàng)造了中國深井分段壓裂改造的紀(jì)錄。壓后順9CH、順9-1H建產(chǎn)，順902H為水層，建產(chǎn)率達(dá)66.7%，具體施工參數(shù)及壓后增有效果見表1。

表1　順9CH井分段壓裂施工數(shù)據(jù)及效果統(tǒng)計表Tab.1　Shun 9CH well staged fracturing construction data and effect statistics

5　結(jié)　論

（1）水平井分段壓裂技術(shù)是提高致密油藏產(chǎn)能和開發(fā)效果的關(guān)鍵技術(shù)，和原直井順9相比，順9CH分段壓裂產(chǎn)能增加3～4倍。

（2）形成了適合塔中順9井區(qū)水平井分段壓裂優(yōu)化設(shè)計方法，以累計產(chǎn)量為衡量標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)化了順9井區(qū)水平井分段壓裂參數(shù)：壓裂級數(shù)為6～7級，裂縫半長為150～200 m，支撐劑濃度為8.7～9.7 kg/m2。

（3）裸眼封隔器+滑套分段壓裂工藝技術(shù)可一次性下入多級封隔器，投球打滑套分壓各段，分壓段數(shù)多、施工快捷，管柱的耐溫耐壓性能良好，能較好地滿足順9井區(qū)水平井分段壓裂改造。

（4）斯倫貝謝YF135HTD水基凍膠壓裂液是一種硼酸交聯(lián)，化學(xué)延遲的壓裂液體系。具有低摩阻、耐溫性能好、破膠性能好、殘渣含量低等特點(diǎn)，能較好地滿足順9井區(qū)水平井分段壓裂改造的需要。

（5）裸眼封隔器+投球滑套分段改造技術(shù)在順9井區(qū)水平井取得較大進(jìn)展，但還存在投球返排困難、砂堵處理手段有限、后期修井措施少等一系列難點(diǎn)，需要進(jìn)一步進(jìn)行優(yōu)化研究。

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米強(qiáng)波，1981年生，男，漢族，四川遂寧人，高級工程師，博士研究生，主要從事儲層改造方面的研究工作。E-mail：miqiangbo@163.com

伊向藝，1961年生，女，回族，遼寧法庫人，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事油氣儲層增產(chǎn)技術(shù)、油藏工程及提高采收率等方面研究。E-mail：yxy610059@yahoo.com.cn

羅攀登，1985年生，男，漢族，湖南邵陽人，工程師，碩士，主要從事儲層改造方面的研究。E-mail：luopandeng.xbsj@sinopec.com

任嵐，1979年生，男，漢族，四川南部人，講師，博士，主要從事油氣田增產(chǎn)理論及技術(shù)方面的研究教學(xué)工作。E-mail：renren@swpu.edu.cn

編輯：牛靜靜

編輯部網(wǎng)址：http：//zk.swpuxb.com

Horizontal Well Staged Fracturing Technology of Tight Sandstone Reservoirs with Super Depth in Tazhong Area

Mi Qiangbo1，2*，Yi Xiangyi2，Luo Pandeng1，Ren Lan3
1.Research Institute of Engineering Technology，Northwest Oilfield Branch，SINOPEC，Urumqi，Xinjiang 830011，China 2.College of Energy Resources，Chengdu University of Technology，Chengdu，Sichuan 610059，China 3.Key Laboratory of Gas Reservoir Geology And Exploitation Engineering，Southwest University of Petroleum，Chengdu，Sichuan 610500，China

Horizontal Staged fracturing technology has been widely used in oil and gas fields in Daqing，Liaohe，and Huabei and Xi′an in China，but it is mainly used in reservoirs with vertical depth of less than 4 000 m.Conventional vertical well fracturing stimulation has limitations in production increase，and cannot sustain the industrial oil flow as sandstone reservoirs in Shun-9 well area，which has super depth reservoirs and their poor physical properties.So there has great needs to increase thedrainageareaandimprovewellproductivitythroughhorizontalstagedfracturingtechnology.Butthecharacteristicsofsuper buried depth，high closure pressure and fracture pressure of Shun-9 well bring a series of difficulties for the staged fracturing technology of transformation tool selection，liquid systems and technology method.Based on the analysis of foreign fracturing technology deep horizontal well of Shun-9 well reservoir characteristics and an domestic technical capabilities horizontal well transformation，the horizontal well transformation process and tools，liquid systems and fracture parameters are optimized for developing the horizontal well fracturing technology for Shun-9 well area.

shun-9；tight sandstone；horizontal well；staged fracturing；closure pressure

10.11885/j.issn.1674-5086.2013.01.05.02

1674-5086（2015）02-0114-05

TE357

A

2013-01-05網(wǎng)絡(luò)出版時間：2015-03-30

米強(qiáng)波，E-mail：miqiangbo@163.com