段威，張明，楊生文，王曉鵬，陳麗孔(.中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司，天津 30045；

2.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300452)

0 引言

為了滿足海上疏松砂巖增產(chǎn)增效的開發(fā)需要[1]，以南海某井高泥質(zhì)含量的低滲疏松砂巖油藏[2]為例，通過對(duì)其水平段進(jìn)行水力噴砂射孔和壓裂設(shè)計(jì)，包括壓裂可行性分析、壓裂工藝優(yōu)選、建立壓裂模型、壓裂液支撐劑優(yōu)選和施工參數(shù)優(yōu)化5個(gè)方面，實(shí)現(xiàn)壓裂造縫效果最佳，相比改造前產(chǎn)液12 m3/d增加至26 m3/d，同時(shí)新增產(chǎn)氣116 m3/d，因此，針對(duì)疏松砂巖油藏進(jìn)行水力噴砂射孔壓裂可有效增大井筒泄油面積，提高油井采收率。

1 水力噴射壓裂技術(shù)原理

水力噴射壓裂將水力噴射射孔和水力壓裂結(jié)合。從井口泵入高壓的攜砂液通過井下固定位置且直徑較小的噴嘴射出，由于伯努利方程，流體孔道截面積越小流體速度越快，流體能量保持不變，因此噴嘴處射出的攜砂液具有較高的動(dòng)量，從而對(duì)套管和地層進(jìn)行沖蝕。射孔完畢后環(huán)空及管柱內(nèi)同時(shí)泵入壓裂液，當(dāng)壓裂液壓力大于地層破裂壓力時(shí)地層被壓出網(wǎng)狀裂紋，繼續(xù)壓裂使裂紋得以不斷延伸和擴(kuò)展，最后泵入支撐劑將裂紋固定和支撐。根據(jù)調(diào)研，國(guó)內(nèi)外在水力噴砂壓裂技術(shù)方面進(jìn)行了許多研究，目前普通采用有連續(xù)油管拖動(dòng)射孔壓裂、不動(dòng)管柱射孔壓裂等技術(shù)。常規(guī)水力壓裂僅從單一渠道進(jìn)行泵液，水力噴砂壓裂不僅需要油管泵液，同時(shí)還需要進(jìn)行環(huán)空補(bǔ)液，油管泵液主要產(chǎn)生射孔孔眼并形成初步裂縫，環(huán)空補(bǔ)液產(chǎn)生高于地層破裂壓力的整體壓力使得裂縫得到擴(kuò)展和延伸。

2 壓裂可行性分析

該井巖性為泥質(zhì)粉砂巖，泥質(zhì)含量為26%，平均孔隙度為21.3%，平均滲透率為13.4 mD，氣油比為40 m3/m3，原產(chǎn)液為12 m3/d。通過在室內(nèi)采用清水、瓜膠等不同壓裂液模擬疏松砂巖裂縫起裂及延伸規(guī)律試驗(yàn)，如圖1所示，經(jīng)過仿真分析和同類經(jīng)驗(yàn)對(duì)比判斷，采用水力壓裂可解除近井地帶污染和達(dá)到較好的增產(chǎn)效果，在該低滲疏松砂巖油藏進(jìn)行水力噴砂壓裂技術(shù)可以進(jìn)行。

圖1 清水模擬試驗(yàn)

3 壓裂工藝優(yōu)選

采用水力噴槍和扶正器的水力噴砂射孔工具，如圖2所示，通過高速噴射攜帶磨料的液體射開套管和地層，并依靠噴嘴處的高速射流在工具與套管之間形成一個(gè)相對(duì)負(fù)壓區(qū)，卷吸著套管壓裂液進(jìn)入目的層段，依靠形成的負(fù)壓區(qū)達(dá)到“自封隔”的效果，從而降低環(huán)空壓力，如圖3壓力分布示意圖所示。同時(shí)高速水力噴射增壓動(dòng)態(tài)封隔作用，最大限度降低壓裂過程中壓裂層與其他層的竄通，精確控制裂縫起裂點(diǎn)并降低壓裂液濾失，進(jìn)而控制壓裂縫高。

圖2 水力噴砂射孔工具

圖3 壓力分布示意圖

4 建立壓裂模型

首先選取鄰井的陣列聲波數(shù)據(jù)作為巖石力學(xué)參數(shù)計(jì)算的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，考慮鄰井油組解釋滲透率異常偏高，沿用油藏處理結(jié)果，目的層滲透率取7.8 mD，為了獲取較低的孔眼摩阻和方便控制縫高，預(yù)先設(shè)定水平段第一級(jí)壓裂射孔位置為8孔，孔徑大小為20 mm，以此條件建立地層模型，得到目的層應(yīng)力為16.3 MPa，上下隔層應(yīng)力差為1.1 MPa，目的層靜態(tài)楊氏模量為14.5 GPa，破裂壓力梯度及應(yīng)力方向如圖4所示。

圖4 破裂壓力梯度及應(yīng)力方向

5 壓裂液和支撐劑優(yōu)選

參考行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，取鄰井巖心、巖屑及地層水后進(jìn)行壓裂液評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，優(yōu)選壓裂液參數(shù)的主要參數(shù)有基液黏度為≥15 mPa·s，耐溫耐剪切性能≥80 mPa·s，濾失系數(shù)為1.0×10-3m/min?，同時(shí)與地層水配伍性好。

在水力噴砂壓裂的工藝參數(shù)設(shè)計(jì)中，選擇合適的支撐劑至關(guān)重要。由于水力噴砂壓裂與常規(guī)壓裂以及礫石充填作業(yè)均不相同，不僅要滿足高強(qiáng)度的端部脫砂壓裂，還要滿足高導(dǎo)流能力的需求，而且需要考慮礫石充填的情況。選用支撐劑時(shí)需要根據(jù)實(shí)際地層的硬度、孔隙度、是否出砂等情況，同時(shí)，選擇更為合適的支撐劑粒徑才能確保裂縫支撐完好且能夠?qū)崿F(xiàn)防砂和導(dǎo)流的效果。根據(jù)油組地層砂粒度中值D50的8～12倍，計(jì)算優(yōu)選40/70目陶粒為支撐劑，視密度為2.8 g/cm3，破碎率為5.81%。

6 施工參數(shù)優(yōu)化

6.1 射孔參數(shù)優(yōu)化

水力噴射壓裂作業(yè)首先采用大排量攜帶磨料的液體經(jīng)由硬質(zhì)合金噴嘴噴向套管壁，油管施工排量受到噴嘴個(gè)數(shù)和噴嘴直徑的共同影響，在確保井口壓力安全的基礎(chǔ)上應(yīng)盡可能提高油管排量。為了實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的噴射液速度不小于170 m/s，應(yīng)盡量保持排量穩(wěn)定。優(yōu)選噴嘴和施工參數(shù)如表1所示。

表1 水力射孔相關(guān)參數(shù)計(jì)算

6.2 壓裂參數(shù)優(yōu)化

經(jīng)模擬加砂過程計(jì)算并對(duì)計(jì)算結(jié)果分析表明，排量越低，造縫、攜砂效果越差，當(dāng)排量不低于3.5 m3/min時(shí)不會(huì)形成砂堵且壓裂穩(wěn)定，如圖5所示。

圖5 模擬加砂過程的壓力變化

但隨著排量越高，縫高越難控制，當(dāng)排量達(dá)到最高4.5 m3/min時(shí)裂縫形態(tài)可控，但趨于失控臨界，如圖6所示?？紤]一定安全系數(shù)，故優(yōu)化施工壓裂排量設(shè)計(jì)值為3.5～4.5 m3/min。

圖6 模擬加砂過程的裂縫形態(tài)

7 結(jié)語

低滲疏松砂巖采用水力噴砂射孔壓裂可實(shí)現(xiàn)裂縫長(zhǎng)度118 m，裂縫高度24 m，平均裂縫寬度0.4 cm，為后續(xù)生產(chǎn)提供足夠的安全泄油通道，能夠提高油氣采收率2倍以上，推廣意義重大。