夏金娜，黃 杰，袁 征，高彥才，李開興

（中海油田服務股份有限公司油田生產(chǎn)事業(yè)部，天津塘沽 300459）

1 端部脫砂在渤海油田的不適用性

上世紀80年代，端部脫砂的概念被首次提出，即泵注過程中，隨著攜砂液的漏失，支撐劑到達裂縫的尖端，從而阻止裂縫長度的繼續(xù)延伸，一旦裂縫長度不再增加，后續(xù)砂漿的泵入將膨脹裂縫，即裂縫的寬度將大幅增加[1]。近幾年，端部脫砂逐漸成為疏松砂巖地層壓裂充填防砂的主導，其應用規(guī)模不斷擴大。為了達到端部脫砂的目的，停砂的時機往往不好控制，停砂過早，容易造成過頂替，從而起不到防砂目的；停砂過晚，則會導致鉆桿脫砂（圖1），尤其在高砂比階段，井筒脫砂會導致反循環(huán)困難，進而沉砂，極易造成工具遇卡。

渤海油田早期的壓裂充填就經(jīng)歷過此階段，施工時應用一趟多層的充填工具，結構較為復雜 （圖2）。且存在較小的過流面積，密封圈較多[2]，增加了卡工具的風險，而一趟多層的工具中心管較長，鉆桿脫砂時反循環(huán)的摩阻較大，會出現(xiàn) “頂不動”的現(xiàn)象，這種情況下，陶粒極易沉降，如堆積在過流面積小或密封較多的工具處，就會發(fā)生卡工具的現(xiàn)象?？ㄔ诰锏墓ぞ邇?nèi)徑較小（一般是沖管），并有一定的長度，生產(chǎn)時是一種截流，相當于增加了生產(chǎn)壓差，從而降低油井產(chǎn)量[3]。

圖1 端部脫砂壓裂充填案例

圖2 壓裂充填工具內(nèi)管柱示意圖

2 誘導脫砂

針對上述問題，在渤海油田引進了一種新型的脫砂方式——誘導脫砂[4]，即在確保泵注砂量達到設計量后，地面停砂，頂替陶粒，然后通過降低排量，打開環(huán)空旁通路分流的方式，誘導裂縫閉合，并使陶粒填埋篩套環(huán)空。這種方法會使得脫砂后井筒中的陶粒較少，大大降低了反循環(huán)阻力，能在脫砂后迅速建立反循環(huán)通路，從而減少了卡工具的風險，提高了作業(yè)的成功率。

3 設計思路

裂縫無因次導流能力CfD是裂縫中的導流能力與地層中導流能力的比值[5]，它的大小直接影響到壓裂后的產(chǎn)能，是壓裂優(yōu)化設計的一個重要參數(shù)，對于不同的油藏設計時所要求的無因次導流能力是不一樣的。

式中：CfD為裂縫無因次導流能力，無因次；xf為裂縫半長，m；k為地層滲透率，μm2；w為裂縫寬度， m；kf為裂縫滲透率，μm2。

油井的產(chǎn)能可以由無因次生產(chǎn)指數(shù)JD來反映[6]，這個指數(shù)越大說明油井的產(chǎn)能越高：

式中：JD為 無因次生產(chǎn)指數(shù)，無因次；α為單位轉換常數(shù)，無因次；B為地層體積因子，無因次；μ為地層流體黏度， mPa·s ；k為地層滲透率， μm2；h為產(chǎn)層厚度，m；J為生產(chǎn)指數(shù)，μm2。

壓裂充填井的無因次生產(chǎn)指數(shù)與無因次導流能力有直接的關系，對于壓裂充填井而言，JD主要受到以下幾個因素影響：裂縫的形態(tài)、地層的鋪砂濃度、裂縫滲透率與地層滲透率之比，可歸結為受無因次導流能力（CfD）和無因次支撐劑數(shù) （Nprop）的影響[7-8]，其中：

式中：Nprop為無因次支撐劑數(shù)，無因次；kf為裂縫的滲透率，μm2；Vf為支撐劑撐開裂縫的體積，m3；k為地層滲透率，μm2，Vr為油藏體積，m3。

通過圖版（圖3、圖4），我們可以得到最大無因次生產(chǎn)指數(shù)JD對應的無因次導流能力CfD，確定最佳CfD后，可以通過以下公式獲得裂縫的尺寸：

圖3 無因次生產(chǎn)指數(shù) JD 與無因次導流能力CfD優(yōu)化圖版（Nprop≤0.1）

圖4 無因次生產(chǎn)指數(shù) JD與無因次導流能力CfD優(yōu)化圖版（Nprop>0.1）

式中：CfD為裂縫無因次導流能力，無因次；xf：裂縫半長，m；k為地層滲透率，μm2；w為裂縫寬度，m；kf為裂縫滲透率，μm2；Vf為支撐劑撐開裂縫的體積，m3；h為油層厚度，m。

4 現(xiàn)場應用

基于這種設計思路，我們對X1井進行施工設計，其基本理念是在滿足裂縫無因次導流能力的前提下，實現(xiàn)誘導脫砂。表1是該井的射孔信息。

表1 射孔段信息

表1給出了儲層的厚度和滲透率，根據(jù)地質儲量及井間距計算，該井的泄油半徑為300 m。而由于受海上平臺作業(yè)空間、吊裝、承重等因素的限制，每次作業(yè)泵注的砂量須不大于100klb（千磅，1klb=453.59kg），通過計算可得：

根據(jù)圖版1，可得最佳無因次采油指數(shù)JD對應的無因次導流能力CfD。進而可以計算得到最佳裂縫長度、寬度[9-10]。在應用軟件進行模擬時，通過改變泵注程序來調整裂縫形態(tài)，以獲得計算所得的裂縫尺寸。由此得到的泵注程序（表2）、壓力預測（圖5）及裂縫形態(tài)（圖6），對現(xiàn)場作業(yè)均有較高的指導意義。

運行上述泵注程序，所得到的施工參數(shù)如下所示。

經(jīng)過模擬可得，主壓施工壓力約為1500～2000psi，凈壓力增加114psi。

模擬得到的裂縫長111.8ft（1ft=0.3048 m），寬0.935in（1in=2.54cm），裂縫無因次導流能力1.57。

圖7是實際施工的曲線，泵注程序基本按照模擬設計進行，由曲線可以看出，實際泵注壓力、凈壓力與模擬的結果基本一致，在泵注完設計砂量63.36klb后地面停砂，頂替一定體積后，降排量，并實現(xiàn)誘導脫砂，最終井筒中剩余砂漿約為10bbls（1bbls=0.159 m3），反循環(huán)正常進行。

X1井在壓裂充填完井結束后投產(chǎn)，初期產(chǎn)液量為1000bpd（1bpd=0.159 m3/d）（含水率為0），比油藏配產(chǎn)832bpd高16.8%（圖8）。除此之外，誘導脫砂壓裂充填技術在渤海油田的應用超過了200口井，卡工具的幾率小于1%，增產(chǎn)成功率較高，防砂效果良好。

表2 泵注程序

圖5 施工曲線模擬

圖6 裂縫形態(tài)模擬

圖7 X1井壓裂充填施工曲線

5 結論

（1）針對完井工具復雜的井，誘導脫砂是較為安全的脫砂方式，能夠大大降低卡工具的風險，提高作業(yè)的成功率。

（2）自誘導脫砂在渤海油田初次應用后，這項技術即取代了端部脫砂，成為渤海油田主導的脫砂方式。經(jīng)過對多口應用井的產(chǎn)量跟蹤可得出，誘導脫砂能實現(xiàn)油井的增產(chǎn)及穩(wěn)產(chǎn)。

（3）裂縫的無因次導流能力與油井的生產(chǎn)壓差、裂縫的尺寸都有直接的關系，因此裂縫的設計重點在于無因次導流能力的確定。

圖8 X1井生產(chǎn)曲線

（4）對于海上油田的壓裂充填，其設計不僅取決于產(chǎn)能、產(chǎn)出比等因素，還應考慮平臺的條件限制[10]，如：平臺承重、空間等。

（5）在保證無因次導流能力的前提下，實現(xiàn)誘導脫砂的關鍵在于壓裂充填設計，這要求我們對油井有足夠的了解，油藏的各項參數(shù)要足夠準確。