水平井压裂工艺现状及发展趋势_曾凡辉

[收稿日期]2010 07 02

[基金项目]国家油气重大专项(2008ZX05006 005 002)。 [作者简介]曾凡辉(1981 ),男,2004年大学毕业,博士,讲师,现主要从事压裂酸化理论与现场应用研究工作。

水平井压裂工艺现状及发展趋势

曾凡辉 (西南石油大学地质资源与地质工程博士后科研流动站,四川成都610500)

郭建春,苟 波 (西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室,四川成都610500)

袁 伟 (塔里木油田分公司开发事业部油藏工程部,新疆库尔勒841000)

[摘要]水平井是薄、低渗透以及小储量边际油气藏开发的有效方式。对于渗透率极低、渗流阻力大、连

通性差的油气藏,往往压开多条裂缝来增加油气渗流能力。水平井段跨度大,压裂时如何实现各段间的

有效封隔,是保证水平井改造有效性需要考虑的重要方面。广泛调研了国内外水平井现有压裂工艺,对

限流法、封隔器分段、封隔器+滑套分段、水力喷射分段、不动管柱滑套式水力喷射分段压裂工艺的特

点、适应性及关键问题进行了讨论,并列举了相关应用实例。针对不同的水平井完井情况,推荐了相适

应的分段压裂改造工艺,对以后水平井压裂改造工艺的选择具有借鉴意义。

[关键词]水平井;压裂;分段压裂;工艺现状;适应性

[中图分类号]T E357 1[文献标识码]A [文章编号]1000 9752(2010)06 0294 05

水平井在开发油气藏过程中具有泄油面积大、单井产量高、储量动用程度高等优点,它是薄储层、低渗透、稠油油气藏以及小储量边际油气藏的有效开发方式。为了进一步提高开采效果,往往需要采取水力压裂工艺对水平井压裂形成多条裂缝增加油气井产量。水平井分段压裂改造的难点在于水平段跨度大,为了实现各改造段间有效封隔,要求分段工具能够 下得去、封得住、取得出 。为此,笔者广泛调研了目前各种水平井分段压裂改造的工艺现状,分析了各种工艺的优缺点,对分段工艺的发展进行了展望,对以后水平井分段压裂工艺的选择具有指导意义。

1 水平井压裂增产机理

水平井压裂后的裂缝形态主要取决于水平井筒轴线方向与地层最大主应力方向的关系。水平井压裂后裂缝形态主要有3种:水平井筒与最大主应力方向平行,形成纵向裂缝;水平井筒与最大主应力方向垂直,形成横向裂缝;水平井筒与最大主应力方向有一定的夹角,形成扭曲裂缝[1]。水平井压裂的增产机理在于压裂改变了渗流模式:压裂前的径向流流线在井底高度集中,井底渗流阻力大;压裂后的流线平行于裂缝壁面,其渗流阻力相对小很多。高渗透、裂缝性储层水平井压裂后形成纵向裂缝有利于提高改造效果,低渗透储层水平井压裂形成横向裂缝对改造有利[2]。

2 水平井压裂工艺现状

为了充分利用水平井开发低渗透油气藏,水平井的压裂施工一般是沿着水平井筒压开多条裂缝。与单裂缝压裂工艺相比,需要解决压开多条裂缝的有效隔离问题。目前压开多裂缝的技术主要有限流法压裂和分段压裂两类。

2 1 限流法压裂

采用套管作为压裂管柱,在低密度布孔前提下,压裂液高速通过射孔孔眼进入储层时会产生摩阻, 294 石油天然气学报(江汉石油学院学报) 2010年12月 第32卷 第6期

Journal of Oil and Gas Technology (J JPI) Dec

2010 Vol 32 No 6

图1 限流压裂管柱示意图且随排量增加而增大,带动井底压力上升。当压力超过多个压裂层段

的破裂压力时,将会在每一个层段上压开裂缝,一次施工同时压开多

个层段的目的。该方法的关键是制定合理的射孔方案,使各层段破裂

压力接近。现场常采用小型压裂测试摩阻分析法判断压开孔数,如判

断预计的裂缝数目没有全部压开,可投一定数量的炮眼球强制压裂液

转向分流,达到一次加砂同时处理多段的目的。图1给出了限流压裂

的管柱示意图。目前主要有两套压裂管柱: 139 7m m

9 17mmN80以上钢级套管固井、射孔完井; 244 5mm 套管悬挂

139 7m m 9 17m mN80以上钢级套管固井完井。工艺优点是:无

工具下入,施工周期短;工艺简单,一次压开多条裂缝,有利于油层

保护。缺点是:只适用套管完井;分段针对性相对较差;各裂缝延伸

不均衡,影响了增产效果;射孔孔眼少,打开程度不完善,产量较大时,影响后期生产;返排时流速快,容易出砂。

该项工艺主要用在埋藏浅、采用套管射孔完井以及各段破裂压力相近的储层,在大庆、吉林、长庆油田采用较多。大庆油田在肇57 平35井通过射孔工艺研究,优选了4个射孔段,将射孔段长度控制在1m 以内,孔密10孔/m,施工排量7 5m 3/min,改造后获得了日产油19 9t 的高产,是相邻直井压后产量的5 5倍。

2 2 分段压裂

当水平井需要改造的段数较多,不能使用限流法压裂实现一次改造所有层段时,就需要采用分段压裂工艺。分段压裂的突出特点是逐段改造,每次只压裂开1个井段,根据工艺技术的不同,可以分为以下5类:段塞分段压裂、封隔器分段压裂、封隔器+滑套喷砂器水平井分段压裂、水力喷射分段压裂和不动管柱滑套式水力喷射分段压裂。

2 2 1 段塞分段压裂

基本原理是在前一段施工快结束的时候,使用高粘度的物理、化学物质在顶替完成后在井筒中故意形成堵塞,使后续液体和支撑剂进入新裂缝。堵塞材料主要有高浓度支撑剂、超粘完井液、填砂液体胶塞3种。该工艺优点是无需下入专门工具,就可以确保按照预计的多裂缝压裂进行施工。缺点是作业周期长、冲胶塞施工时易造成伤害;胶塞强度有限,在深井中不能实现有效的封隔,目前已经较少应用。长庆油田自1993年在塞平1井成功实施段塞分段压裂以来,已利用该项技术改造了7口井17层段。其中塞平1井增油量最大,该井一、二段分别日产油49 1t 和52 2t,三、四两段合计日产油64 4t 。2 2 2 封隔器分段压裂

图2 单封隔器+桥塞分段压裂示意图

为了解决段塞分段压裂工艺可靠性的问题,研究形成了封

隔器分段压裂工艺。主要有单封隔器+桥塞分段、环空封隔器

分段2种。

1)单封隔器+桥塞分段 其基本步骤是先射开第1段,

通过油管进行压裂;射开第2段,上提桥塞封堵已压开井段、

通过油管压裂,根据需要重复该步骤(见图2)。优点是工具简

单,具备双封分压的能力;对水平井筒的封隔有效、可靠,能

够保证形成相互独立的裂缝系统;封隔工具性能良好、操作简

单。缺点是施工周期长,每次施工后需下入工具打捞桥塞;封

隔器存在砂埋或砂卡的风险。长庆油田采用K344封隔器配合可捞式桥塞对塞平5井水

平段(套管完井)开展了分两段压裂:先用桥塞隔离裸眼段,对1505 0~1508 0m 进行压裂;再隔离已处理层段,压裂1442 0~1445 0m 段。压裂裂缝监测表明形成了2条独立裂缝,证明了分段压裂工艺技术是成功的。改造后第一段日产油6 9m 3,第二段日产油7 8m 3,是邻井产量的3倍左右[3]

。 295 第32卷第6期曾凡辉等:水平井压裂工艺现状及发展趋势