壓裂充填增產(chǎn)技術(shù)及其應(yīng)用

李古正,李運鋒,吳偉東,肖 超,趙日榮

(中國石化河南油田分公司第二采油廠,河南唐河473400)

壓裂充填增產(chǎn)技術(shù)及其應(yīng)用

李古正,李運鋒,吳偉東,肖 超,趙日榮

(中國石化河南油田分公司第二采油廠,河南唐河473400)

針對河南油田第二采油廠部分區(qū)塊油井由于油層低孔低滲或近井地帶污染堵塞,造成滲流能力差,生產(chǎn)過程中供液能力差,油井產(chǎn)量低下,開采效果差的現(xiàn)狀,通過一系列油層改造技術(shù)現(xiàn)場實驗,研究并配套應(yīng)用了壓裂充填增產(chǎn)技術(shù),該工藝適用范圍廣,增產(chǎn)效果明顯,有效期長,可提高油田開發(fā)效果。

低孔低滲;低產(chǎn)低效;壓裂充填;增產(chǎn)技術(shù);河南油田

河南油田第二采油廠部分區(qū)塊油井由于油層滲透率低或近井地帶油層污染堵塞,造成滲流能力差,生產(chǎn)過程中供液能力差,油井產(chǎn)量低下,開采效果差,儲量動用程度低。為了提高儲量動用程度,提高油井產(chǎn)量,改善開采效果,近年來先后研究配套了酸化、壓裂等油層改造技術(shù)。油井酸化易形成酸渣和有機堵塞對地層造成二次傷害,措施風(fēng)險高,且有效期短;壓裂改造措施后易“吐砂”造成裂縫閉合而影響裂縫導(dǎo)流能力,有效期短。為此研究配套了新型油層改造技術(shù)——壓裂充填增產(chǎn)技術(shù),該工藝適用范圍廣,油層改造效果好,有效期長,為低產(chǎn)低效井治理探索出了一條新路。

1 工藝原理及技術(shù)特點

工藝原理:將繞絲篩管下入到油層部位,利用壓裂充填裝置將繞絲篩管對準(zhǔn)油層并懸掛、錨定、密封(圖1),然后打開充填通道,由壓裂車組在達到地層破裂壓力、壓開油層的條件下將礫石擠壓充填到裂縫中,形成新的滲濾帶,配套繞絲篩管完井,實現(xiàn)油層解堵增孔增滲,改善開發(fā)效果的目的。

技術(shù)特點:壓裂充填增產(chǎn)施工配套繞絲篩管完井,繞絲篩管間隙大(表1),不會發(fā)生堵死現(xiàn)象,在繞絲篩管與套管環(huán)形空間中充滿致密的礫石,措施后不會發(fā)生油層“吐砂”裂縫閉合而影響裂縫導(dǎo)流能力,因而措施效果好,有效期長,對泥質(zhì)含量高、油砂細的低孔低滲油層改造效果好[1-3]。

2 施工設(shè)計及工藝

2.1 管柱設(shè)計

壓裂充填增產(chǎn)施工管柱由絲堵、繞絲篩管、增阻器、扶正器、壓裂充填裝置和高壓滑動井口等組成,結(jié)構(gòu)(圖1):絲堵+油管短節(jié)(帶扶正器)+底部信號篩管+增阻器+繞絲篩管+光管(帶扶正器)+頂部信號篩管+油管短節(jié)+壓裂充填裝置+油管+高壓滑動井口[4-5]。

(1)篩管設(shè)計:生產(chǎn)篩管一般選用繞絲篩管,縫隙尺寸等于最小充填礫石尺寸的1/2～2/3,外徑一般小于或等于套管內(nèi)徑50mm,長度應(yīng)超過改造層射孔段上、下界1.0～1.5m。信號篩管型號與生產(chǎn)篩管相同,長度一般為1～2m。

圖1 壓裂充填施工管柱結(jié)構(gòu)

表1 繞絲篩管技術(shù)指標(biāo)

(2)光管設(shè)計:光管即油管或短節(jié),直徑與繞絲篩管的中心管相同,長度根據(jù)井深、夾層厚度確定。

(3)壓裂充填工具的選用:壓裂充填工具有帶夾壁通道和無夾壁通道兩種(均帶反循環(huán)通道)。無夾壁通道充填工具用于改造層上部套管漏失或分層改造。

(4)增阻器設(shè)計:增阻器與等徑?jīng)_管和底部信號篩管組合使用,用于控制液流方向,實現(xiàn)礫石自下而上充填并提高礫石充填密度。

(5)扶正器設(shè)計:扶正器位于篩管與篩管兩端和之間,使施工管柱居中,礫石均勻地充填在篩管周圍。

(6)高壓滑動井口的選用:高壓滑動井口提供循環(huán)通道,便于調(diào)整管柱,確保倒扣丟手順利,根據(jù)地層破裂壓力選擇其規(guī)格型號。

2.2 礫石設(shè)計

(1)礫石尺寸:礫石有石英砂和陶粒兩種,石英砂粒度優(yōu)選粒徑0.4～0.8mm,陶粒粒度優(yōu)選粒徑0.45～0.9mm。這種礫石形成的人工砂體孔隙度大,滲透率高。

(2)礫石的用量:是炮眼容積、擠入地層裂縫的礫石數(shù)量、施工管柱與套管之間環(huán)形空間中的儲備量以及絲堵與井底間的井筒容量的總和。

2.3 攜砂液設(shè)計

為提高攜砂液懸浮性,降低礫石在攜砂液中的沉降速度,滿足高砂比施工需要,減小砂堵砂埋風(fēng)險,確保加砂順利和改造效果,攜砂液需要適當(dāng)?shù)恼扯取?/p>

礫石在攜砂液中沉降速度的計算公式如下[3]:

式中:v——礫石沉降速度,m/s;g——重力加速度, m/s2;ρs——顆粒密度,kg/m3;ρ——液體密度,kg/ m3;d——顆粒直徑,m;μ——液體動力粘度,Pa· s;

把礫石密度ρs=2200kg/m3,攜砂液密度ρ=1 000kg/m3,g=9.806m/s2,代入以上公式計算得出對應(yīng)的礫石沉降速度范圍如表2。

表2 礫石在攜砂液中的沉降速度

從表2得知,中粘液懸浮性高,具有“礫石后沉效應(yīng)”,攜砂能力強。為降低礫石的沉降速度,滿足高砂比施工需要,減小砂堵砂埋風(fēng)險,確保加砂順利,改善充填效率和改造效果,應(yīng)使用粘度100～120mPa·s的中粘攜砂液。

2.4 油層保護液設(shè)計

當(dāng)油層泥質(zhì)含量大于5%時,需要進行粘土穩(wěn)定處理,避免由于粘土膨脹、分散和運移造成地層孔隙堵塞。方法是預(yù)先向地層擠入粘土穩(wěn)定劑溶液。一般用溫度70℃以上的清水配制,濃度15%～20%,處理半徑2～3m。

2.5 施工參數(shù)設(shè)計

(1)施工壓力:根據(jù)地層破裂壓力確定,最高壓力應(yīng)達到地層破裂壓力但控制在壓裂充填流程耐壓等級和套管抗內(nèi)壓強度以內(nèi)。

(2)施工排量:攜砂液排量應(yīng)達到2.5m3/min以上,有利于壓開油層和改善礫石充填效率。

(3)攜砂比:根據(jù)施工壓力和排量確定,安全砂比30%～40%,最高砂比一般要求達到50%～60% (體積比)。

2.6 施工工序及參數(shù)

(1)井筒準(zhǔn)備:探、沖(填)砂(距管鞋3m左右)、通井、刮管、油、套管試壓合格。

(2)下施工管柱:按設(shè)計要求下入施工管柱。

(3)反循環(huán)洗井:排量0.5m3/min,清洗掉施工管柱內(nèi)的污物。

(4)座封、開啟通道:投鋼球,裝井口,蹩壓座封、驗封、開啟壓裂充填通道。

(5)地層預(yù)處理:擠入油層保護劑溶液,關(guān)井平衡壓力。

(6)壓裂充填:壓裂充填流程按設(shè)計要求試壓合格,打開套管閘門灌前置液至井筒充滿后倒為壓裂充填流程,正擠前置液、無砂攜砂液,記錄壓力、排量,當(dāng)排量穩(wěn)定、壓力達到或超過地層破裂壓力且逐漸下降時開始加砂,砂比由小到大逐漸提高,至設(shè)計砂量后打開套管閘門進行循環(huán)充填,至設(shè)計停泵壓力后結(jié)束。

(7)反洗井:反洗至返出液中無砂為止,排量0. 5m3/min。

(8)丟手起管柱:正轉(zhuǎn)施工管柱倒扣丟手并起出丟手后管柱。

(9)探?jīng)_砂:下入等徑?jīng)_管+油管探,沖砂至絲堵位置。

(10)投產(chǎn):按設(shè)計要求下完井管柱,裝好井口,及時投產(chǎn)。投產(chǎn)初期要控制產(chǎn)液量,由低到高逐步增大產(chǎn)量,以避免流速過快刺破繞絲篩管導(dǎo)致地層吐砂。

3 現(xiàn)場應(yīng)用情況

3.1 實例

柴資2井是在王集油田柴莊含油區(qū)塊的一口評價井,生產(chǎn)層位 H3IV24,厚度6.6m,有效厚度4.6 m,由于滲透率低(表3),一直處于低效生產(chǎn),日均產(chǎn)液0.7t,日均產(chǎn)油0.2t。

表3 柴資2井油層基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

為了提高 IV24層滲流能力,提高儲量動用程度,改善生產(chǎn)效果,2008年4月27日對柴資2井實施壓裂充填增產(chǎn)施工:擠入用70℃熱污水配15%防膨抑砂劑溶液20m3做前置液,排量2.0m3/ min,施工最高壓力19MPa,壓開地層后壓力逐漸下降至12.3MPa時開始加砂,砂比5%～62%,加砂量39t,總液量178m3,停泵壓力20MPa。

根據(jù)柴資2井測井資料得到的地應(yīng)力計算結(jié)果,壓裂目的層段垂向應(yīng)力為最大應(yīng)力,壓裂形成垂直裂縫,縫長61.7m(見表4)。

表4 柴資2井地應(yīng)力計算結(jié)果

柴資2井措施后取得了較好的效果,至2009年10月31日,有效期已達554.1d,累計產(chǎn)液1.119× 104t,產(chǎn)油0.138×104t,增產(chǎn)原油0.127×104t,日均產(chǎn)液由措施前的0.7t提高到20.2t,日均產(chǎn)油由措施前的0.2t提高到2.5t,目前繼續(xù)有效。

3.2 推廣應(yīng)用情況

壓裂充填增產(chǎn)技術(shù)在柴資2井應(yīng)用成功后,又在19口低產(chǎn)低效井上進行了實施,工藝成功率100%,措施有效率95%,取得了較好的措施效果.至2009年10月31日已生產(chǎn)4465.8d,產(chǎn)液4.671 ×104t,產(chǎn)油1.185×104t,增產(chǎn)原油0.842×104t,日均產(chǎn)液由措施前的46.2t提高到措施后的214.5 t,日均產(chǎn)油由措施前的12.2t提高到措施后的51. 3t,大幅度提高了油井產(chǎn)量,改善了生產(chǎn)效果,最長有效期已達554.1d,平均有效期為223.3d。

3.3 效益分析

在20口低產(chǎn)低效井上實施壓裂充填增產(chǎn)技術(shù),取得了良好的經(jīng)濟效益,措施后油井產(chǎn)量得到大幅度提高,生產(chǎn)效果顯著改善,并總結(jié)出一套低孔低滲低產(chǎn)低效井挖潛工藝配套技術(shù),為類似油井今后的開發(fā)提供了技術(shù)保障。20口井投入總費用959.64萬元,措施后增產(chǎn)原油 0.843×104t,增油增效1821.59萬元,階段投入產(chǎn)出比為1∶1.9。

4 結(jié)論

壓裂充填增產(chǎn)技術(shù)操作簡便,適用范圍廣,由于配套繞絲篩管完井,在繞絲篩管和套管環(huán)形空間中充滿了致密的礫石,措施后不會發(fā)生油層“吐砂”造成裂縫閉合而影響裂縫導(dǎo)流能力,因而措施效果好,有效期長,可有效解決低孔低滲油井低產(chǎn)低效的問題,達到提高油井產(chǎn)量,改善油井生產(chǎn)效果,提高儲量動用程度和最終采收率的目的。該技術(shù)的成功實施,為低孔低滲油層的改造探索出了一條措施效果好、有效期長的新路,完善了低孔低滲油層改造技術(shù)體系,成為油井解堵增孔增滲、改善開發(fā)效果的有力措施。

[1] 張厚福,張萬選等.石油地質(zhì)學(xué)[M].北京:石油工業(yè)出版社,1982:58-60

[2] 張洪亮,鄭俊德等.油氣田開發(fā)與開采[M].北京:石油工業(yè)出版社,1983:70-90

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[4] 陳元千.現(xiàn)代油藏工程[M].北京:石油工業(yè)出版社, 2000:65-72

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TE357

A

2009-11-20

李古正,工程師,1968年生,1990年畢業(yè)于西安石油學(xué)院采油專業(yè),現(xiàn)從事油田開發(fā)新技術(shù)研究應(yīng)用工作。

1673-8217(2010)02-0093-03

編輯:李金華