楊文敏

中國(guó)石油大慶油田有限責(zé)任公司勘探開(kāi)發(fā)研究院（黑龍江 大慶 163318）

0 引言

中石油大慶長(zhǎng)垣外圍某低滲透油田主要開(kāi)采低豐度薄互葡萄花油層和特低滲透扶余油層，歷經(jīng)30 余年的開(kāi)發(fā)，油田已經(jīng)進(jìn)入高含水開(kāi)發(fā)階段，剩余油分布零散，穩(wěn)油控水難度加大。面對(duì)老井產(chǎn)量遞減、新井產(chǎn)能貢獻(xiàn)減少的現(xiàn)實(shí)與原油持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)的形勢(shì)壓力，壓裂成為低滲透油田剩余油挖潛的必然措施[1-3]。隨著多年開(kāi)展的壓裂措施，壓裂選井、選層越來(lái)越難，重復(fù)壓裂井?dāng)?shù)越來(lái)越多，壓裂增油效果逐漸變差，增液不增油現(xiàn)象突出[4-5]。

由于受到壓裂工藝中封隔器和噴砂器尺寸的限制，一些套損修復(fù)井區(qū)域的壓裂改造程度低、剩余油相對(duì)富集，成為剩余油挖潛的主要對(duì)象[6]。大慶油田自2004年開(kāi)始相關(guān)技術(shù)的研究，2006年對(duì)大慶長(zhǎng)垣內(nèi)部套變修復(fù)井進(jìn)行了小直徑井壓裂試驗(yàn)，技術(shù)對(duì)套管內(nèi)徑大于Φ108 mm、承溫小于50 ℃的井適用，其封隔器承壓差35 MPa，單支噴砂器最大加砂量12 m3，不動(dòng)管柱坐壓2層[7-8]。由于大慶長(zhǎng)垣外圍低滲透油田油層深度大，射孔層位井溫基本在62 ℃以上，而該技術(shù)的適應(yīng)井溫低，不能滿(mǎn)足基本的施工要求，并且由于管柱坐壓層數(shù)少、加砂量小，無(wú)法滿(mǎn)足低滲透油田壓裂的需求。2018 年小直徑井壓裂技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)套管內(nèi)徑大于Φ104 mm，承溫小于100 ℃的井適用，其封隔器承壓差50 MPa，單支噴砂器最大加砂量40 m3，可不動(dòng)管柱坐壓4 層，逐步形成了較為完善的小直徑大砂量多層壓裂技術(shù)[9-12]。但是，大慶長(zhǎng)垣外圍某低滲透油田現(xiàn)有套損修復(fù)井570余口，小井眼井110余口，現(xiàn)有小直徑壓裂技術(shù)對(duì)套管內(nèi)徑大于Φ104 mm的技術(shù)要求，對(duì)四寸半的小井眼井（套管內(nèi)徑Φ114.3 mm）可以應(yīng)用[13-16]，而對(duì)于套損修復(fù)井只有60%以上可以應(yīng)用。要使小直徑壓裂技術(shù)的適用更加廣泛，對(duì)套損修復(fù)井的覆蓋率至少要達(dá)到75%，需要對(duì)套管內(nèi)徑在Φ102 mm以上的套損修復(fù)井進(jìn)行應(yīng)用。

為進(jìn)一步挖掘某低滲透油田剩余油潛力，探索完善低滲透油田小直徑壓裂技術(shù)，套損修復(fù)井和小井眼井的小直徑壓裂技術(shù)應(yīng)用效果，對(duì)低滲透油田剩余油措施挖潛及開(kāi)發(fā)評(píng)價(jià)具有重要意義。

1 低滲透油田小直徑壓裂工藝

1.1 小直徑封隔器

小直徑封隔器對(duì)外徑的限制決定了膠筒必須要產(chǎn)生更大的變形，而且不能損壞，這對(duì)膠筒的承壓性能和伸展性能的要求比常規(guī)封隔器要高。同時(shí)，膠筒坐封對(duì)封隔器鋼體的應(yīng)力隨著封隔器的外徑越小而變得越大，封隔器鋼體的屈服強(qiáng)度要求也要比常規(guī)封隔器要高。

針對(duì)小直徑封隔器的需求，研究了Φ98 mm 型小直徑封隔器（表1），采用了4項(xiàng)技術(shù)：

表1 小直徑封隔器的主要參數(shù)

1）封隔器鋼體的材質(zhì)采用42CrMo材料，對(duì)中心管采用割縫工藝，抗拉強(qiáng)度1 080 MPa，抗內(nèi)壓強(qiáng)度50 MPa，提高了小封隔器鋼體部分的抗變形能力，確保封隔器坐封強(qiáng)度。

2）封隔器下膠筒座采用浮動(dòng)式設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)度補(bǔ)償，消除封隔器部分應(yīng)力，改善受力狀況，有助于封隔器解封順暢。

3）封隔器內(nèi)設(shè)計(jì)有濾砂結(jié)構(gòu)的導(dǎo)壓通道，封隔器膠筒坐封時(shí)，膠筒內(nèi)部只進(jìn)液膨脹，防止了膠筒內(nèi)部砂卡影響收放性能。

4）封隔器膠筒材質(zhì)采用鋼絲氫化丁腈橡膠（HNBR），耐溫120 ℃，抗內(nèi)壓強(qiáng)度50 MPa，提高了膠筒的耐溫、承壓和伸展性能，保障了坐封與解封成功率。

1.2 小直徑噴砂器

噴砂器要做到小直徑，可以同時(shí)減小各部件壁厚，但會(huì)降低噴砂器的強(qiáng)度與耐磨能力，若在優(yōu)化材質(zhì)的同時(shí)也優(yōu)化噴砂器結(jié)構(gòu)，可以在保證噴砂器強(qiáng)度與耐磨能力的同時(shí)滿(mǎn)足噴砂量的技術(shù)要求。

針對(duì)小直徑噴砂器的需求，研究了Φ98 mm 型小直徑噴砂器（表2），采用了3項(xiàng)技術(shù)：

表2 小直徑噴砂器的主要參數(shù)

1）優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，增加中心管壁厚并選用合金材質(zhì)，抗內(nèi)壓強(qiáng)度74.8 MPa；增加出砂口面積減少磨損，最大施工排量4.5 m3/min。

2）根據(jù)排量設(shè)計(jì)不同型號(hào)的噴砂器，滑套式最大內(nèi)徑Φ36 mm、無(wú)滑套最大內(nèi)徑Φ47 mm，單層最大加砂量40 m3，滿(mǎn)足大排量施工需求。

3）將凡爾座與下接頭采用銷(xiāo)釘連接，避免大排量施工時(shí)凡爾座旋轉(zhuǎn)脫扣；同時(shí)增加了活動(dòng)凡尓限位機(jī)構(gòu)，保證彈簧不會(huì)被過(guò)量壓縮損壞。

1.3 工藝管柱結(jié)構(gòu)優(yōu)化

為進(jìn)一步擴(kuò)大工藝適用范圍，降低套損點(diǎn)位置限制，配套了Φ98 mm型水力錨，并優(yōu)化小直徑封隔器與噴砂器多層壓裂管柱配置（圖1），利用噴砂器設(shè)計(jì)的無(wú)套、Φ30 mm、Φ33 mm、Φ36 mm 4 種，配合Φ32 mm、Φ35 mm、Φ38 mm 3種投球，適用套管內(nèi)徑大于Φ102 mm 的小直徑井不動(dòng)管柱4 層壓裂，滿(mǎn)足大慶長(zhǎng)垣外圍低滲透油田的壓裂措施需求。

圖1 小直徑大砂量多層壓裂管柱配置

1）Ⅰ型管柱結(jié)構(gòu)配置：套變修復(fù)點(diǎn)位于壓裂層上方，且距離壓裂層≥3.5 m 時(shí)，采用封隔器坐封壓裂層上下隔層，噴砂器靠近下部封隔器進(jìn)行壓裂，進(jìn)而避免對(duì)套變修復(fù)點(diǎn)產(chǎn)生二次變形，如圖2（a）所示。

圖2 小直徑大砂量多層壓裂4種管柱類(lèi)型

2）Ⅱ型管柱結(jié)構(gòu)配置：套變修復(fù)點(diǎn)位于壓裂層上方，但距壓裂層＜3.5 m 且＞2.8 m 時(shí)，采用封隔器坐封壓裂層上下隔層，噴砂器靠近下部封隔器進(jìn)行壓裂，同時(shí)在套變修復(fù)點(diǎn)上部加裝封隔器并輔助應(yīng)用平衡器進(jìn)行壓裂，進(jìn)而避免對(duì)套變修復(fù)點(diǎn)產(chǎn)生二次變形，如圖2（b）所示。

3）Ⅲ型管柱結(jié)構(gòu)配置：套變修復(fù)點(diǎn)位于壓裂層上方，距壓裂層≤2.8 m 時(shí)，將上部封隔器坐封在套變點(diǎn)上方2 m 左右，噴砂器靠近下部封隔器進(jìn)行壓裂，進(jìn)而避免對(duì)套變修復(fù)點(diǎn)產(chǎn)生二次變形，如圖2（c）所示。

4）Ⅳ型管柱結(jié)構(gòu)配置：套變修復(fù)點(diǎn)位于一個(gè)壓裂層時(shí)，將其余鄰近壓裂層合并，噴砂器靠近下部封隔器進(jìn)行壓裂，進(jìn)而避免對(duì)套變修復(fù)點(diǎn)產(chǎn)生二次變形，如圖2（d）所示。

根據(jù)套損點(diǎn)與壓裂層之間的位置，組成4 種管柱類(lèi)型，保證層間不竄的同時(shí)也保護(hù)不同位置的套變修復(fù)點(diǎn)。

2 技術(shù)應(yīng)用及效果

2.1 小直徑壓裂技術(shù)應(yīng)用情況

小直徑大砂量多層壓裂技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)應(yīng)用5口井，其中套變修復(fù)井3口、小井眼井2口。平均壓裂層段3.2 層、砂巖厚度2.4 m、液量103.1 m3、砂量12.3 m3、加砂強(qiáng)度5.5 m3/m，套變修復(fù)井最小直徑103.1 mm，壓裂管柱配置涉及Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型、Ⅳ型4種結(jié)構(gòu)（表3）。

表3 小直徑大砂量多層壓裂井基本情況

2.2 應(yīng)用效果

工具應(yīng)用方面：小直徑大砂量多層壓裂工藝現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用5口井，在壓裂過(guò)程中，小直徑封隔器順利通過(guò)套變修復(fù)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)一次性坐封、解封順利，小直徑噴砂器單層加砂量滿(mǎn)足壓裂設(shè)計(jì)的砂量要求，起出的小直徑封隔器和噴砂器無(wú)明顯損壞，施工成功率達(dá)到100%。并且，壓裂管柱結(jié)構(gòu)匹配實(shí)現(xiàn)壓裂過(guò)程不動(dòng)管柱，通過(guò)投球一次坐壓3～4層，實(shí)現(xiàn)了壓裂層之間無(wú)需擴(kuò)散壓力、放噴泄壓，節(jié)省了上提管柱的等停時(shí)間，提高了施工效率，滿(mǎn)足了小直徑大砂量多層壓裂的現(xiàn)場(chǎng)需求。

壓裂效果方面：為區(qū)分套損修復(fù)井和小井眼井的壓裂效果，分別進(jìn)行了效果統(tǒng)計(jì)。3 口套損修復(fù)井壓裂后，初期平均單井日增液2.6 t，日增油2.2 t，增油強(qiáng)度1.3t/（d·m），含水下降26.0%；目前，平均單井日增液1.0 t，日增油0.7 t，含水下降9.7%，平均單井措施有效天數(shù)212 d，累積增油830.4 t。2 口小井眼井壓裂后，初期平均單井日增液1.8 t，日增油1.6 t，增油強(qiáng)度1.1 t/（d·m），含水下降29.9%；目前，平均單井日增液0.7 t，日增油0.3 t，含水下降6.1%，平均單井措施有效天數(shù)214 d，累積增油468.6 t（表4）。

表4 小直徑大砂量多層壓裂效果統(tǒng)計(jì)表

3 應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

3.1 效果對(duì)比

將小直徑大砂量多層壓裂工藝技術(shù)應(yīng)用效果與重復(fù)壓裂、轉(zhuǎn)向壓裂效果進(jìn)行對(duì)比（表5）。

表5 小直徑大砂量多層壓裂與重復(fù)壓裂效果對(duì)比表

據(jù)統(tǒng)計(jì)，重復(fù)壓裂初期日增油1.9 t，增油強(qiáng)度0.6 t/（d·m）；轉(zhuǎn)向壓裂初期日增油2.5 t，但增油強(qiáng)度0.9 t（d·m）[17]；套損修復(fù)井初期日增油2.2 t，增油強(qiáng)度1.3 t/（d·m）；小井眼井初期日增油1.6 t，增油強(qiáng)度1.1 t/（d·m）。

3.2 效果評(píng)價(jià)

通過(guò)上述對(duì)比可以看出，小直徑大砂量多層壓裂與重復(fù)壓裂、轉(zhuǎn)向壓裂相比，各壓裂技術(shù)初期日增油相差不多，但增油強(qiáng)度相差較為明顯，反映出重復(fù)壓裂、轉(zhuǎn)向壓裂初期效果較好，但衰減快、有效期短，累積增油量不如套損修復(fù)井與小井眼井。這樣的效果充分說(shuō)明，套損修復(fù)井與小井眼井所在區(qū)域的剩余油分布較重復(fù)壓裂、轉(zhuǎn)向壓裂井所在區(qū)域的剩余油豐富，壓后衰減慢，措施潛力更為突出。應(yīng)用縫內(nèi)轉(zhuǎn)向壓裂較重復(fù)壓裂效果突出，投入產(chǎn)出比達(dá)1∶3.2[16]，按照同樣的方法測(cè)算，小直徑大砂量多層壓裂投入產(chǎn)出比達(dá)1∶4.7。

因此，小直徑大砂量多層壓裂工藝技術(shù)的應(yīng)用相比重復(fù)壓裂、轉(zhuǎn)向壓裂的效果更好，并且拓寬了壓裂選井、選層的空間，為大慶長(zhǎng)垣外圍油田剩余油挖潛提供了有效的技術(shù)支撐。

4 結(jié)論

1）小直徑大砂量多層壓裂工藝實(shí)現(xiàn)了不動(dòng)管柱一次坐壓4 層，單層加砂量40 m3，不僅擴(kuò)大了套損井壓裂改造范圍，而且壓裂層之間無(wú)需擴(kuò)散壓力、放噴泄壓，提高了施工效率。

2）小直徑大砂量多層壓裂技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)套損修復(fù)井實(shí)現(xiàn)初期平均單井日增液2.6 t，日增油2.2 t含水下降26.0%的效果；對(duì)小井眼井實(shí)現(xiàn)初期平均單井日增液1.8 t，日增油1.6 t，含水下降29.9%的壓裂效果。

3）小直徑大砂量多層壓裂工藝技術(shù)為大慶長(zhǎng)垣外圍低滲透油田小直徑井潛力挖潛提供了技術(shù)支撐，具有廣闊的應(yīng)用前景。