周林波，劉紅磊，解皓楠，王 洋，李奎為(1.頁巖油氣富集機(jī)理與有效開發(fā)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100101；

2.中國石化石油工程技術(shù)研究院，北京 100101；3.中國石油新疆油田分公司，新疆 克拉瑪依 834000；4.中國石化西北油田分公司，新疆 烏魯木齊 830011)

0 引 言

塔里木盆地深層碳酸鹽巖油藏非均質(zhì)性強(qiáng)，零散分布的縫洞體是主要的儲(chǔ)集空間，通過鉆井或儲(chǔ)層改造技術(shù)準(zhǔn)確溝通有利縫洞體，是實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的關(guān)鍵。當(dāng)鉆井未能命中目標(biāo)，但通過地球物理等技術(shù)確定井筒附近有利儲(chǔ)集體的位置后，通過定點(diǎn)改造來溝通這類儲(chǔ)集體，具有重要意義。對(duì)于淺、中深裸眼井，目前主要有2種方式可以實(shí)現(xiàn)對(duì)特定井段的改造[1-4]：一是封隔器卡封技術(shù)，通過2個(gè)封隔器來隔離非目標(biāo)層段，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)封隔器之間目標(biāo)層段的改造。但對(duì)于超深裸眼井，封隔器的下入、座封和解封都存在較大風(fēng)險(xiǎn)。二是水力噴射自封隔技術(shù)，通過噴嘴高速射流實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)射孔、起裂和自封隔。由于噴嘴節(jié)流壓差高，主壓裂階段施工排量難以提升，該技術(shù)在深井應(yīng)用受限。針對(duì)上述問題，研發(fā)了超深井新型水力噴射酸化壓裂技術(shù)。

1 技術(shù)思路

定點(diǎn)深度酸化壓裂技術(shù)的目標(biāo)是在超深裸眼井中實(shí)現(xiàn)對(duì)某一確定目標(biāo)儲(chǔ)集體的酸蝕裂縫深度溝通，既要避免低效率的酸液隨機(jī)分布模式，又要克服酸液大量進(jìn)入非目標(biāo)位置造成的溝通失敗。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，提出了一種新的定點(diǎn)改造工藝組合，既利用水力噴射技術(shù)完成定點(diǎn)射孔和預(yù)破裂，又克服了深井施工排量受限的問題，滿足大排量、大規(guī)模施工的需要，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)儲(chǔ)集體的深度溝通。新技術(shù)主要包括水力噴射定點(diǎn)射孔起裂和深穿透酸化壓裂兩部分，通過2趟管柱完成。

第1趟管柱完成定點(diǎn)射孔、起裂：①下入水力噴射工具至目標(biāo)位置深度；②采用加重壓裂液完成水力噴射射孔，在地層中定點(diǎn)形成孔眼并產(chǎn)生微裂縫，降低破裂壓力；③在孔眼處憋壓起裂，初步延伸裂縫。水力噴射射孔后，液體壓力直接作用在巖石壁面上，孔眼的周向應(yīng)力增加，地層破裂壓力降低，迫使裂縫在孔眼處起裂[5]。射孔、起裂后，將形成明顯的應(yīng)力薄弱區(qū)。

由于射孔管柱噴嘴節(jié)流壓差高達(dá)23.6～53.0 MPa，管柱摩阻高，如果起裂后直接進(jìn)行酸化壓裂施工，則井口油壓、套壓都將超過安全范圍，深度酸化壓裂無法實(shí)現(xiàn)。因此，設(shè)計(jì)更換第2趟管柱完成深穿透酸化壓裂：①起換管柱，更換Φ88.9 mm或Φ114.3 mm油管下至油層上部適當(dāng)位置，消除噴嘴節(jié)流壓差和部分管柱摩阻；②酸化壓裂施工排量提高至6 m3/min以上，注入前置壓裂液造縫，注入酸液刻蝕裂縫。在地層破裂壓力明顯降低和裂縫起裂以后，裂縫繼續(xù)擴(kuò)展的壓力將降低5.0～14.0 MPa[6-7]，有效保證了主裂縫仍然沿著起裂點(diǎn)擴(kuò)展，達(dá)到定點(diǎn)深穿透溝通的目的。

2 水力噴射定點(diǎn)射孔起裂工藝

P5井位于塔里木盆地阿克庫勒凸起西南斜坡，目標(biāo)層位為奧陶系一間房組油藏。P5井完鉆井深為6 315.0 m，目標(biāo)層位裸眼段深度為5 950.0～6 315.0 m，裸眼段長365.0 m。預(yù)計(jì)地層溫度約為158 ℃，地層壓力為72.3 MPa。前期自噴、機(jī)抽生產(chǎn)累計(jì)產(chǎn)油638.1 t，后因產(chǎn)能低關(guān)井。預(yù)計(jì)該井控制石油地質(zhì)儲(chǔ)量為8×104t，采出程度低，具有較大潛力。

通過對(duì)測錄井資料和地球物理解釋結(jié)果的綜合分析，認(rèn)為在6 155.0～6 170.0 m井段周圍存在一個(gè)規(guī)?？捎^的有利儲(chǔ)集體，距井筒最小距離為103 m。裸眼井段平均破裂壓力為112.0 MPa，其中，目標(biāo)深度破裂壓力值為110.0 MPa。在目標(biāo)段上部存在一個(gè)薄弱點(diǎn)，破裂壓力為107.0 MPa，如果采用常規(guī)籠統(tǒng)酸化壓裂技術(shù)，極易在該點(diǎn)最先起裂，從而造成改造失敗。為此，采用新型定點(diǎn)深穿透酸化壓裂技術(shù)方法，降低目標(biāo)點(diǎn)的破裂壓力并定點(diǎn)起裂，以準(zhǔn)確溝通儲(chǔ)集體。

2.1 噴射施工管柱

設(shè)計(jì)施工管柱為：Ф88.9 mm×6.45 mm油管+安全接頭+扶正器+噴射器+單向閥+多孔管+導(dǎo)向頭的管柱組合(圖1)。其中，井下噴射器是形成高速射流的核心部件，下入深度為6 162.0 m。通過優(yōu)化噴嘴直徑、數(shù)量和布置相位可滿足不同施工排量、不同噴射相位的壓裂酸化施工要求。研究表明，巖樣破壞符合最小能量原理[8-9]，即巖體動(dòng)力破壞總是沿著能量消耗最小的方向展開。沿著最大水平主應(yīng)力射孔時(shí)起裂壓力最小，隨著射孔軸線與最大水平應(yīng)力夾角的增大，巖樣起裂壓力幾乎呈線性上升。因此，推薦采用60 °相位、交錯(cuò)螺旋布孔，噴嘴組合為6×Ф6.0 mm，射孔孔眼軸線與最大水平主應(yīng)力方向基本一致。

圖1 第1趟入井管柱示意圖

2.2 射孔液

為了降低換管柱作業(yè)的井控風(fēng)險(xiǎn)，設(shè)計(jì)采用加重壓裂液作為射孔液，其密度和對(duì)應(yīng)井段鉆井液密度接近，當(dāng)量密度為1.45。優(yōu)化射孔時(shí)間為12～15 min，射孔液量為30.0～37.5 m3。射孔液中磨料類型優(yōu)選碳酸鈣顆粒，如果射孔過程中發(fā)生磨料沉降，則可以利用酸液進(jìn)行溶解，降低施工風(fēng)險(xiǎn)；磨料體積濃度為8%。

2.3 施工壓力預(yù)測

射孔階段施工壓力主要與噴嘴壓降和管柱摩阻相關(guān)[10]：

pt=pa+pb+pft+pfa

(1)

式中：pt為地面油管施工壓力，MPa；pa為地面環(huán)空施工壓力，MPa；pb為噴嘴壓降，MPa；pft為油管摩阻，MPa；pfa為環(huán)空摩阻，MPa。

達(dá)到最佳射孔效果的射流速度為240.0～260.0 m/s以上[11-13]，因此，推薦射孔排量為2.5 m3/min，預(yù)計(jì)油管施工壓力為74.1 MPa。

在定點(diǎn)起裂階段，施工壓力還和液體密度、地層破裂壓力等參數(shù)有關(guān)：

pt≥pfrac+pb+pft-ph

(2)

式中：pfrac為破裂壓力，MPa；ph為靜液柱壓力，MPa。

施工壓力預(yù)測見表1。采用105.0 MPa級(jí)別井口和施工設(shè)備可以滿足射孔和起裂要求，但是達(dá)不到深穿透酸化壓裂所需施工排量。

表1 水力噴射施工壓力預(yù)測

3 深穿透酸化壓裂工藝

裂縫定點(diǎn)起裂后，更換第2趟酸化壓裂管柱，繼續(xù)完成深穿透酸化壓裂施工。優(yōu)化施工排量，優(yōu)選耐高溫壓裂液和清潔地面交聯(lián)酸體系，采用非均勻刻蝕工藝，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)儲(chǔ)集體的高效溝通。

3.1 施工排量優(yōu)化

Ф88.9 mm×6.45 mm油管下入深度相對(duì)較淺，為5 050.0 m(套管懸掛器位置為4 944.0 m)，同時(shí)下入耐溫為177 ℃、耐壓差為70.0 MPa的可取式套管封隔器封隔環(huán)空，保護(hù)上部套管(圖2)。

第2趟管柱的長度比第1趟管柱減少了約1 000.0 m，同時(shí)沒有噴嘴產(chǎn)生節(jié)流壓差，因此，管柱壓力損失大幅降低，在不同壓裂液密度的情況下，酸化壓裂施工時(shí)井口預(yù)測壓力見表2。由表2可知：在不超過井口和施工設(shè)備耐壓(105.0 MPa)的情況下，不加重壓裂液施工排量可以達(dá)到8.0 m3/min；若加重壓裂液當(dāng)量密度至1.20，施工排量可達(dá)到10.0 m3/min。

圖2 第2趟入井管柱示意圖

3.2 酸化壓裂液體系優(yōu)選

P5井儲(chǔ)層溫度為158 ℃，對(duì)前置液和酸液的耐溫能力要求較高。優(yōu)選耐高溫、低傷害壓裂液為前置液體系，配方為：0.6%稠化劑+1.0%破乳劑+1.0%助排劑+1.0%溫度穩(wěn)定劑+0.5%增效劑+0.5%交聯(lián)劑A+0.3%交聯(lián)劑B。在160 ℃、170 r/s條件下剪切120 min，黏度平均值超過50 mPa·s。

由于目標(biāo)儲(chǔ)集體到井筒距離為103 m，對(duì)高溫條件下酸液的深穿透能力提出了挑戰(zhàn)。同時(shí)，該井儲(chǔ)層微裂縫發(fā)育，優(yōu)選黏度高、酸巖反應(yīng)速度慢、穿透能力強(qiáng)的清潔地面交聯(lián)酸體系，有利于提高酸蝕裂縫穿透距離。優(yōu)化酸液配方為：20.0%HCl +1.0%稠化劑+2.0%緩蝕劑+1.0%助排劑+1.0%破乳劑+1.0%鐵離子穩(wěn)定劑。實(shí)驗(yàn)測定了交聯(lián)酸和地層巖石的反應(yīng)參數(shù)(表3)。由表3可知，交聯(lián)酸的反應(yīng)速度常數(shù)為0.721 8×10-6mol/(s·cm2)，同膠凝酸相比，反應(yīng)速度約低一個(gè)數(shù)量級(jí)[14]，在超深高溫儲(chǔ)層中，有利于提高酸液作用距離，實(shí)現(xiàn)深度改造。

表3 交聯(lián)酸酸巖反應(yīng)參數(shù)測定結(jié)果

3.3 非均勻刻蝕工藝

P5井儲(chǔ)層有效閉合應(yīng)力達(dá)到47.0 MPa，酸蝕裂縫導(dǎo)流能力保持困難[15-16]。非均勻刻蝕工藝?yán)梅蔷鶆蛩嵋悍植己头蔷鶆蛩釒r反應(yīng)強(qiáng)度的雙重作用，在水力壓裂裂縫面形成較強(qiáng)的、明顯的非均勻刻蝕形態(tài)，提高裂縫在高閉合應(yīng)力狀態(tài)下的抗閉合能力[17-18]。采用交聯(lián)酸+膠凝酸組合刻蝕工藝，在閉合應(yīng)力為50.0 MPa時(shí)導(dǎo)流能力可提高37%。

4 應(yīng)用效果

P5井定點(diǎn)深穿透酸化壓裂施工實(shí)際泵注數(shù)據(jù)見表4。定點(diǎn)射孔起裂階段共使用當(dāng)量密度為1.45的加重壓裂液基液100 m3，加20～40目磨料2.4 m3，射孔階段最高施工壓力為67.8 MPa，憋壓起裂階段最高施工壓力達(dá)到89.7 MPa。起換管柱后進(jìn)行酸化壓裂施工，前置液為400 m3，酸液為380 m3，通過2級(jí)“交聯(lián)酸+膠凝酸”交替注入，強(qiáng)化非均勻刻蝕效果，在深穿透的同時(shí)提高裂縫長期導(dǎo)流能力。最高注酸排量達(dá)到9.0 m3/min，最高泵壓為93.5 MPa，在注酸階段后期，明顯觀察到井口壓力降低，降低幅度達(dá)到30.7 MPa，說明酸蝕裂縫已經(jīng)有效溝通了目標(biāo)縫洞體。P5井改造后生產(chǎn)效果顯著，壓裂后初期自噴日產(chǎn)油為107 t/d，井口壓力為32.0 MPa，生產(chǎn)90 d累計(jì)產(chǎn)油8 852.3 t，油壓穩(wěn)定在28 MPa左右。

表4 P5井定點(diǎn)深度酸化壓裂施工泵注數(shù)據(jù)

5 結(jié) 論

(1) 通過水力噴射技術(shù)實(shí)現(xiàn)超深裸眼井的定點(diǎn)射孔、起裂，產(chǎn)生人工應(yīng)力薄弱區(qū)，是實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)酸化壓裂，溝通儲(chǔ)集體的關(guān)鍵。

(2) 新型水力噴射定點(diǎn)深度酸化壓裂技術(shù)通過2種工藝組合、2趟施工管柱來實(shí)現(xiàn)。第1趟管柱完成水力噴射定點(diǎn)射孔起裂；第2趟管柱完成大排量深度酸化壓裂，裂縫沿著薄弱區(qū)繼續(xù)延伸，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)點(diǎn)的深穿透溝通，優(yōu)化第2趟管柱下入深度和壓裂液密度等參數(shù)，最高施工排量可達(dá)到10.0 m3/min，解決了常規(guī)水力噴射方式深井應(yīng)用受限的問題。

(3) P5超深水平井采用新型水力噴射定點(diǎn)射孔起裂工藝和非均勻刻蝕深度酸化壓裂工藝，準(zhǔn)確溝通了目標(biāo)儲(chǔ)集體，壓裂后初期日產(chǎn)油為107 t/d。