李衛(wèi)東，張敏，呂棟

水平井重復(fù)壓裂改造工藝概述與分析

李衛(wèi)東，張敏，呂棟

（延長(zhǎng)油田股份有限公司， 陜西 延安 716000）

對(duì)于低滲透或超低滲透油氣藏而言，水平井已成為主要開發(fā)手段，但其產(chǎn)量遞減快、后期穩(wěn)產(chǎn)難度大，并且由于國(guó)際油價(jià)長(zhǎng)期處于低位震蕩中，新鉆井成本壓力大，所以開展水平井重復(fù)壓裂可以提升區(qū)塊整體開發(fā)效果。分析了水平井重復(fù)壓裂選井原則及影響因素，對(duì)老縫延長(zhǎng)壓裂、老縫暫堵壓裂、老縫封堵、補(bǔ)壓新縫、增能壓裂、管外竄壓裂六種重復(fù)壓裂改造方式進(jìn)行闡述，最后提出了水平井重復(fù)壓裂面臨的挑戰(zhàn)。

水平井； 重復(fù)壓裂； 低滲透

對(duì)于低滲透或超低滲透油氣藏而言，水平井已成為主要開發(fā)手段，由于自然產(chǎn)能低，壓裂改造是常用的技術(shù)手段。隨著對(duì)儲(chǔ)層認(rèn)識(shí)的加深、壓裂工藝技術(shù)的不斷創(chuàng)新與發(fā)展，初次壓裂的工藝和參數(shù)與儲(chǔ)層已不相適應(yīng)，再加上油藏開發(fā)過程中由于井底污染、支撐劑失效等原因，產(chǎn)能出現(xiàn)下降，與預(yù)測(cè)產(chǎn)量不符，導(dǎo)致采收率降低。由于水平井人工裂縫周邊還存在大量剩余油未動(dòng)用，因此開展水平井重復(fù)壓裂是一項(xiàng)亟需解決的問題，目前國(guó)內(nèi)外在這方面開展了多項(xiàng)探索試驗(yàn)，本文將從重復(fù)壓裂選井原則、影響因素、方式方法、工藝技術(shù)、風(fēng)險(xiǎn)挑戰(zhàn)等方面進(jìn)行闡述與分析。

1 水平井重復(fù)壓裂選井原則

水平井作為低滲透油氣藏的主要開發(fā)手段，通過不斷摸索和創(chuàng)新，已形成了以分段改造為核心的多種改造工藝。為了提高重復(fù)壓裂的改造效果，提升經(jīng)濟(jì)效益，經(jīng)過研究和摸索，制定了以下選井原則[1-2]。

1） 水平井初次壓裂后產(chǎn)量較高，并且油井周邊剩余油飽和度高，具備足夠的可采儲(chǔ)量，地層壓力保持水平較好。

2） 井筒狀況符合重復(fù)壓裂要求，未發(fā)生變形，能下入橋塞等工具，并且固井質(zhì)量合格。

3） 在生產(chǎn)過程中，未發(fā)現(xiàn)井筒遺留前次壓裂的封隔器殘留或者有結(jié)蠟、出砂結(jié)垢等情況，水平段全通徑是重復(fù)壓裂選井的首要前提。

4） 初次壓裂設(shè)計(jì)由于儲(chǔ)層認(rèn)識(shí)不清、裂縫間距偏大、壓裂液和支撐劑選取不恰當(dāng)、工程參數(shù)偏小等原因?qū)е庐a(chǎn)量低于預(yù)測(cè)產(chǎn)量。

5） 壓裂施工結(jié)束后返排過程中，油嘴選取不恰當(dāng)，導(dǎo)致返排過快，支撐劑被攜帶出地層，裂縫過早閉合。

6） 重復(fù)壓裂候選井與臨井有足夠的間距，不會(huì)出現(xiàn)因提高施工規(guī)模導(dǎo)致溢流、水竄等問題。

7） 重復(fù)壓裂候選井一側(cè)有長(zhǎng)時(shí)間生產(chǎn)老井時(shí)，應(yīng)對(duì)老井進(jìn)行能量補(bǔ)充，防止出現(xiàn)單側(cè)裂縫過長(zhǎng)，影響壓裂效果。

常用的選井方法有礦場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊評(píng)判法、灰色關(guān)聯(lián)法等方法[3-4]，在實(shí)際應(yīng)用中運(yùn)用合理的選井方法可以使得重復(fù)壓裂效果得到顯著提高。

2 水平井重復(fù)壓裂影響因素

重復(fù)壓裂效果的影響因素很多，根據(jù)油田實(shí)際情況和國(guó)內(nèi)外專家經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，可以歸納為四類，分別為地質(zhì)因素、完井因素、生產(chǎn)因素、巖石力學(xué)因素。各因素內(nèi)部之間關(guān)系復(fù)雜，在不同程度上影響壓裂效果[5-6]。

1） 地質(zhì)因素是油井產(chǎn)能的主控因素，主要包括儲(chǔ)層滲透率、孔隙度、含油飽和度、含油砂巖長(zhǎng)度、油層厚度、自然伽馬、地層流體黏度等。

2） 完井因素代表了初次改造規(guī)模的大小，主要包括壓裂段數(shù)、簇?cái)?shù)、段間距、簇間距、單段液量、單段砂量、排量等。

3） 生產(chǎn)因素代表了地層能量保持水平和采出程度，主要包括返排率、地層壓力、初周月日產(chǎn)量及含水率、目前日產(chǎn)量及含水率、累計(jì)產(chǎn)量等。

4） 巖石力學(xué)因素是儲(chǔ)層改造的核心因素，代表了能否形成復(fù)雜縫網(wǎng)，主要包括儲(chǔ)層脆性、地應(yīng)力、天然裂縫密度、儲(chǔ)隔層應(yīng)力差、楊氏模量、泊松比等。

3 水平井重復(fù)壓裂方式

3.1 老縫延長(zhǎng)壓裂

目前水平井補(bǔ)充能量依然處于摸索階段，主要依靠天然能量進(jìn)行開發(fā)。如圖1所示，老縫延長(zhǎng)壓裂主要針對(duì)以下兩種情況。

1） 由于儲(chǔ)層認(rèn)識(shí)不足導(dǎo)致初次壓裂規(guī)模較小，人工裂縫與儲(chǔ)層動(dòng)用不匹配，原油產(chǎn)量較低，通過加大規(guī)模進(jìn)行重復(fù)壓裂，形成新的油氣滲流通道，增大有效泄流面積，提升儲(chǔ)層動(dòng)用程度，進(jìn)而提高油井產(chǎn)量。

2） 由于在壓裂施工及返排過程中的不當(dāng)操作，導(dǎo)致壓裂失??；初次壓裂液和支撐劑選擇不合適導(dǎo)致儲(chǔ)層污染；或者在生產(chǎn)過程中支撐劑失效導(dǎo)致裂縫導(dǎo)流能力降低，影響油氣滲流，降低原油產(chǎn)量。通過重復(fù)壓裂可以有效清除裂縫內(nèi)污染，并恢復(fù)已閉合的裂縫，用高強(qiáng)度壓裂砂提供新的有效支撐，恢復(fù)裂縫導(dǎo)流能力，恢復(fù)油井產(chǎn)量。

圖1 老縫延長(zhǎng)壓裂效果圖

3.2 老縫暫堵壓裂

初次壓裂導(dǎo)致井筒周圍地應(yīng)力發(fā)生改變，老縫暫堵壓裂就是使用暫堵劑對(duì)初次壓裂裂縫端部進(jìn)行封堵，使裂縫發(fā)生轉(zhuǎn)向，形成新的裂縫，如圖2所示。在壓裂過程中，壓裂液攜帶暫堵劑進(jìn)入原有裂縫，暫堵劑在裂縫端部建立封堵，使壓裂液轉(zhuǎn)向到未壓裂區(qū)域，形成新的裂縫，增大巖石破碎體積，增加新的滲流通道。最后，暫堵劑逐步降解，解除對(duì)原有裂縫的封堵。長(zhǎng)慶油田在安塞選用油溶性蠟球作為暫堵劑，高強(qiáng)度的陶粒為支撐劑，措施后效果明顯 。該方法成本低，施工難度低，但是對(duì)于暫堵劑量無法準(zhǔn)確把握，因此需要與實(shí)際區(qū)塊地層、井筒、泵注程序相結(jié)合進(jìn)行優(yōu)化[7]。

圖2 老縫暫堵壓裂效果圖

3.3 封堵老縫、補(bǔ)壓新縫

針對(duì)原有射孔段出水等情況，采用機(jī)械封隔技術(shù)，使用內(nèi)置小套管或膨脹襯管對(duì)原有射孔簇進(jìn)行永久封隔，相當(dāng)于形成一口小孔徑新井眼，再通過類似新井投產(chǎn)的方法選取新的射孔簇進(jìn)行壓裂，如圖3所示。該方法封隔效果好，能實(shí)現(xiàn)對(duì)出水段或者虧空段射孔簇的完全封堵，缺點(diǎn)是投資大、施工難度較高。

1） 內(nèi)置小套管封隔技術(shù)。該工藝是通過在原有生產(chǎn)套管中下入小孔徑套管，并采用水泥重新固井，形成新的小孔徑井眼，然后選取新的射孔簇進(jìn)行分段壓裂。目前延長(zhǎng)油田多采用外徑139.7 mm、內(nèi)徑124.26 mm或121.36 mm的油層套管，可以在該尺寸套管內(nèi)下入外徑88.9 mm套管，然后進(jìn)行固井。該工藝由于套管尺寸偏小，并且與地層相隔兩層套管和兩層水泥環(huán)，導(dǎo)致射孔有效孔眼直徑偏小，水力摩阻使得施工排量偏低，進(jìn)而導(dǎo)致射孔簇壓裂效果不均勻。為解決該項(xiàng)缺點(diǎn)，可以增加壓裂段數(shù)，減少段內(nèi)射孔簇?cái)?shù)。

2） 膨脹襯管封隔技術(shù)。該工藝是先對(duì)原有套管進(jìn)行刮削，然后下入膨脹襯管，從水平段趾部向根部泵送，使得膨脹襯管在合適位置膨脹至最大直徑，對(duì)原有射孔簇進(jìn)行封堵，形成新的小孔徑井眼，然后采用新井投產(chǎn)的方式進(jìn)行分段壓裂。根據(jù)延長(zhǎng)油田目前采用的套管類型可以使用107.95 mm膨脹管柱進(jìn)行封堵。

圖3 封堵老縫壓裂效果圖

3.4 保留老縫、補(bǔ)壓新縫

針對(duì)裂縫間距過大的水平井，根據(jù)儲(chǔ)層物性、固井質(zhì)量、含油飽和度等優(yōu)選射孔位置，補(bǔ)孔后壓裂新縫，提升儲(chǔ)層改造程度，使剩余油得到充分動(dòng)用，如圖4所示。

縫間暫堵轉(zhuǎn)向技術(shù)是目前主流的重復(fù)壓裂技術(shù)，壓裂過程中采用暫堵劑對(duì)原有射孔簇進(jìn)行封堵，使得壓裂液轉(zhuǎn)向新的射孔簇，壓裂形成新的裂縫，最后暫堵劑降解，解除對(duì)原有裂縫的封堵，形成原有裂縫和新裂縫并存的情況，可以增大儲(chǔ)層改造體積，增加新的滲流通道，進(jìn)而提高油井產(chǎn)量，提升最終采收率[8-9]。

圖4 補(bǔ)壓新縫壓裂效果圖

3.5 水平井儲(chǔ)能/增能重復(fù)壓裂

通過地質(zhì)特征和巖石力學(xué)研究，目前延長(zhǎng)油田水平井壓裂多采用大規(guī)模體積壓裂的模式，在油層中形成復(fù)雜縫網(wǎng)，提升改造體積，提高油井產(chǎn)量。但由于鄂爾多斯盆地多屬于低壓油藏，壓力系數(shù)0.6-0.8，因此油井降產(chǎn)較快，后期產(chǎn)量較低。通過數(shù)值模擬證明，提升地層壓力，可以起到裂縫縫長(zhǎng)增大、加速微裂縫開啟、人工裂縫延伸更平衡等作用。針對(duì)體積壓裂水平井，采用重復(fù)壓裂時(shí)可以先泵入一定體積的活性水或者驅(qū)油液，然后進(jìn)行大液量的重復(fù)壓裂，最后再悶井一定時(shí)間。該種方式可以補(bǔ)充地層能量，通過大液量的重復(fù)壓裂激活地層能量，最后悶井過程中在復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)中通過滲吸進(jìn)行油水置換，進(jìn)一步提升油井產(chǎn)量。對(duì)于塔里木油田，泵入的活性水體積采用累計(jì)采出量的兩倍；而對(duì)于長(zhǎng)慶油田，泵入的驅(qū)油液體積采用下列公式計(jì)算[10-16]：

式中：—水平井單段注入液量，m3；

η—地層能量保持程度；

V—單段虧空體積，m3；

0—基質(zhì)滲透率，mD。

3.6 管外竄封堵重復(fù)壓裂

注水區(qū)域水平井固井質(zhì)量較差，或者由于大規(guī)模壓裂時(shí)對(duì)固井質(zhì)量的破壞，重復(fù)壓裂會(huì)出現(xiàn)管外竄流的情況，影響壓裂效果。針對(duì)該問題，長(zhǎng)慶油田經(jīng)過自主研發(fā)，試驗(yàn)形成了纖維降濾+多級(jí)粒徑堵劑充填的封堵技術(shù)，通過在壓裂過程中泵入堵劑對(duì)固井質(zhì)量較差的部分進(jìn)行封堵，取得了顯著效果。

以上六種重復(fù)壓裂方式可單獨(dú)施工，也可以相互結(jié)合。比如可以將老縫延長(zhǎng)和補(bǔ)壓新縫結(jié)合，將暫堵轉(zhuǎn)向和增能壓裂結(jié)合等，可以進(jìn)一步增加改造規(guī)模，提升壓裂效果。

4 水平井重復(fù)壓裂工藝技術(shù)

4.1 雙封單卡壓裂工藝

老縫加大規(guī)模壓裂、補(bǔ)壓新縫及縫內(nèi)暫堵轉(zhuǎn)向三種重復(fù)壓裂措施均可以采用該工藝管柱，如圖5所示。該工藝具有以下特點(diǎn)：

1） 針對(duì)性強(qiáng)，可控制各層段處理規(guī)模。

2） 加砂量大，通過優(yōu)化材料和噴嘴，應(yīng)用耐磨導(dǎo)壓噴砂器，應(yīng)用低摩阻支撐劑，可大幅度提高加砂規(guī)模。

3） 安全性高，小直徑封隔器，有可靠地防卡、解卡機(jī)構(gòu)。

4） 效率高，一趟管柱可完成3～5層壓裂，節(jié)省施工時(shí)間，降低作業(yè)工人勞動(dòng)強(qiáng)度。

1—安全接頭；2—扶正器；3—水力錨；4—封隔器；5—噴射器+皮碗式封隔器；6—導(dǎo)向裝置

4.2 大規(guī)模單卡壓裂工藝

大規(guī)模單卡壓裂工藝通常與暫堵轉(zhuǎn)向壓裂相結(jié)合，特別適應(yīng)于由于固井質(zhì)量及井筒完整性較差無法采用雙封單卡工藝管柱進(jìn)行分段壓裂的水平井，如圖6所示。目前延長(zhǎng)油田水平井水平段較長(zhǎng)，并且壓裂段數(shù)較多，大規(guī)模單卡壓裂工藝應(yīng)用空間較小。

5 水平井重復(fù)壓裂面臨的挑戰(zhàn)

水平井重復(fù)壓裂雖然在國(guó)內(nèi)外部分油田取得了一定效果，但是依然處于探索和試驗(yàn)階段，面臨成本控制、工藝特性、施工風(fēng)險(xiǎn)等挑戰(zhàn)[17-22]。

1—安全接頭；2—水力錨；3—悶井循環(huán)閥；4—封隔器；5—封隔器；6—噴嘴

1） 成本控制。水平井重復(fù)壓裂多采用大規(guī)模壓裂，針對(duì)早期壓裂設(shè)計(jì)方案不合理的油井，可以取得一定效果。對(duì)于目前分段體積壓裂的施工工藝，雖然在排量、砂量、段間距、簇間距等方面進(jìn)行優(yōu)化，但效果仍存在一定差距，導(dǎo)致投入產(chǎn)出比偏低，成本壓力較大。

2） 工藝特性。針對(duì)不同區(qū)塊地層、不同油井的多種情況，需要選取針對(duì)性的重復(fù)壓裂措施。本文第四部分闡述了六種重復(fù)壓裂方式，各有其優(yōu)缺點(diǎn)，必須在對(duì)區(qū)塊地質(zhì)精細(xì)描述、油井狀況準(zhǔn)確把握的情況下，才能選取最合適的重復(fù)壓裂方式。

3） 施工風(fēng)險(xiǎn)。重復(fù)壓裂工藝尚處于探索和試驗(yàn)階段，對(duì)于規(guī)模的把握、裂縫的延伸不能精準(zhǔn)刻畫，存在壓竄等情況，導(dǎo)致施工井和周圍臨井因出水報(bào)廢，損失巨大。目前水平井補(bǔ)充能量依然處于摸索階段，主要依靠天然能量進(jìn)行開發(fā)。如圖1所示，老縫延長(zhǎng)壓裂主要針對(duì)以下兩種情況。

6 結(jié)束語

1） 低滲致密油藏多采用水平井進(jìn)行開發(fā)，其初產(chǎn)高，由于多種情況導(dǎo)致后期產(chǎn)量下降明顯，需采用重復(fù)壓裂的方式進(jìn)行改造，建議加快探索試驗(yàn)水平井重復(fù)壓裂，提升油田開發(fā)效果。

2） 水平井選井優(yōu)先選取剩余油飽和度高，具備足夠的可采儲(chǔ)量，地層壓力保持水平較好，并且井筒全通徑和固井質(zhì)量合格的油井，可以使得重復(fù)壓裂效果得到提升。

3） 根據(jù)水平井井況可以針對(duì)性地選擇重復(fù)壓裂措施，包括老縫延長(zhǎng)、老縫暫堵、老縫封隔、補(bǔ)壓新縫、增能壓裂、管外竄等方式。

4） 水平井重復(fù)壓裂雖然取得了一定效果，但仍然面臨成本控制、區(qū)塊特性、施工風(fēng)險(xiǎn)三方面的挑戰(zhàn)。

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Overview and Analysis of Horizontal Well Repeated Fracturing Technology

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（Yanchang Oil Field Co., Ltd., Yan’an Shaanxi 716000, China）

For low permeability or ultra-low permeability oil and gas reservoirs, horizontal well process has become a main development method, but their production decline is fast, and it is difficult to stabilize production in the later stage. Moreover, because the international oil price is low for a long time, the cost pressure of new drilling is high, so the repeated fracturing of horizontal wells can be used to improve the overall development effect of the block. In this paper, the well selection principles and influencing factors of horizontal well repeated fracturing were analyzed, six repeated fracturing reconstruction methods were expounded, including old fracture extension fracturing, old fracture temporary plugging fracturing, old fracture plugging, pressure supplement new fracture, energy increasing fracturing and out of pipe channeling fracturing. Finally,the challenges faced by horizontal well repeated fracturing were put forward.

Horizontal well; Repeated fracturing; Low permeability

2021-07-29

李衛(wèi)東（1987-），男，工程師，碩士，陜西省咸陽市人，2012年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（華東）油氣田開發(fā)工程專業(yè)，研究方向：儲(chǔ)層改造理論和應(yīng)用。

TQ357

A

1004-0935（2021）10-1572-05