連續(xù)油管環(huán)空壓裂在深部火成巖儲集層的應用
——以克拉瑪依油田克81井區(qū)瑪湖5井為例

龐德新，郭新維，趙　簽，黃榮輝，焦文夫（中國石油新疆油田分公司工程技術公司，新疆克拉瑪依834000）

連續(xù)油管環(huán)空壓裂在深部火成巖儲集層的應用
——以克拉瑪依油田克81井區(qū)瑪湖5井為例

龐德新，郭新維，趙簽，黃榮輝，焦文夫
（中國石油新疆油田分公司工程技術公司，新疆克拉瑪依834000）

克拉瑪依油田克81井區(qū)火成巖儲集層埋藏深、開發(fā)難度大，油井無自然產(chǎn)能，需要經(jīng)過壓裂、酸化，才能有增產(chǎn)效果。通過對儲集層巖石力學、裂縫特征和壓裂液體系對裂縫影響的分析，優(yōu)化壓裂方案，采用連續(xù)油管底封環(huán)空壓裂工藝，以體積壓裂方式大排量、高泵壓壓裂地層，形成溝通天然裂縫為主體的縫網(wǎng)結構，提高儲集層導流能力，以獲得高產(chǎn)，并在瑪湖5井成功應用，為今后克81井區(qū)及類似油井后續(xù)開發(fā)提供借鑒。

克拉瑪依油田；風城組油藏；火成巖；巖石力學；體積壓裂；連續(xù)油管環(huán)；空壓裂

自2010年起，國內(nèi)開始逐步開展連續(xù)油管壓裂工藝，其帶壓提下、靈活高效、節(jié)本增效、安全環(huán)保的優(yōu)勢逐漸被各大油田所接受，近兩年開始蓬勃發(fā)展［1-2］?？死斠烙吞锟?1井區(qū)目的層下二疊統(tǒng)風城組儲集層為火成巖，具有埋藏深（超過4 200 m），巖性致密，抗壓強度大的特點［3-4］。本文通過室內(nèi)物理模擬實驗，對火成巖巖石力學及裂縫特征進行分析，采用連續(xù)油管噴砂射孔、環(huán)空大排量體積壓裂工藝改造措施層，形成溝通天然裂縫為主體的縫網(wǎng)結構，提高儲集層導流能力，旨在為改造火成巖儲集層提供借鑒。

1　克81井區(qū)概況

克81井區(qū)位于準噶爾盆地西部隆起中拐凸起北斜坡。風城組是盆地主要烴源巖和儲集層，自下而上分為風一段（火成巖）、風二段（白云質(zhì)凝灰?guī)r、白云質(zhì)泥巖夾砂巖、泥質(zhì)白云巖薄層）、風三段（灰質(zhì)砂巖）。其中試油結果較好的風一段火成巖在研究區(qū)廣泛分布（圖1），火成巖儲集層厚12～31 m，整體西薄東厚，主要為玄武巖、凝灰?guī)r、輝綠巖和少量的安山巖，巖性致密，儲集空間以粒間孔、粒內(nèi)溶孔、微裂縫為主，平均孔隙度2.03%，平均滲透率0.045 mD，屬低孔、特低滲儲集層。根據(jù)對構造、儲集層及試油試采資料綜合分析認為，風城組油藏主要受上傾方向地層尖滅和斷裂的雙重控制，局部受巖性、物性控制，為構造-地層復合油藏。

2　火成巖儲集層特征

（1）巖石力學特征通過三軸應力測試，風一段火成巖巖石抗壓強度大于200 MPa，天然裂縫發(fā)育，基本呈低傾角，局部縱向斜交裂縫溝通良好。

經(jīng)RVIB巖石力學軟件計算，巖石儲集層中部彈性模量大于33 000 MPa，泊松比為0.275，抗拉強度為23.8 MPa，地層脆性較大，火成巖致密，壓裂形成高導流能力的人工裂縫比較困難，需優(yōu)化壓裂工藝［5-8］。

圖1　克81井區(qū)風一段頂面構造

在室內(nèi)采用450 kV射線源、最小分辨率0.5 mm的大型工業(yè)CT設備分析火成巖樣品內(nèi)裂縫形成情況，其工作原理是由密封注液管向樣品內(nèi)高壓注液模擬壓裂，控制圍壓板壓力模擬樣品在地層內(nèi)受到的圍壓，通過壓裂前構建的CT三維可視化圖像（圖2a）與壓裂后CT三維圖像（圖2b）對比分析壓裂效果。

研究區(qū)火成巖的脆性較強，延展性很小，發(fā)育大量天然裂縫和溶孔，造成火成巖壓裂時裂縫破裂、延伸與常規(guī)砂巖不同?；鸪蓭r的基體巖石破裂一般從天然裂縫起裂，壓裂裂縫須以溝通天然裂縫和溶孔為主。

（2）裂縫特征及方位分析瑪湖5井目的層段（4 272—4 296 m）最大水平主應力方向與克81井區(qū)的總體應力方向傾向相似。井徑分析、井壁崩落以及鉆井誘導縫產(chǎn)狀統(tǒng)計一致表明，瑪湖5井井旁現(xiàn)今最大水平主應力方向為近東西向。

地層微電阻率掃描成像測井表明（圖3），目的層段火成巖儲集層天然裂縫發(fā)育，以發(fā)育高導縫和微裂縫為主，基巖物性極差。壓裂時應以連通并打開天然裂縫，以溝通油氣流通道為主要目的。

圖2　瑪湖5井壓裂前后效果三維圖像對比

圖3　瑪湖5井風一段火成巖地層微電阻率掃成像測井

3　優(yōu)化壓裂方案

克81井區(qū)1997年至2013年的17年間共鉆探井4口，出油井無自然產(chǎn)能，需經(jīng)過壓裂、酸化或多次壓裂酸化改造，措施層段為2～6級，單級層厚8～23 m，壓裂用胍膠壓裂液，用量193～245 m3，支撐劑用16～32 m3陶粒，按批次逐級上返采用籠統(tǒng)壓裂改造，即射孔后下入管柱+喇叭口逐層壓裂，破裂壓力高，均在58 MPa以上，且壓裂改造后各井穩(wěn)產(chǎn)時間短（表1）。經(jīng)模擬實驗及地層微電阻率掃描成像測井綜合分析，認為原有壓裂規(guī)模小，波及范圍小，未能有效溝通地層的天然裂縫。為此，在優(yōu)化壓裂方案的基礎上，采用連續(xù)油管底封分段壓裂工藝，以滿足體積壓裂的施工要求。

（1）優(yōu)化壓裂液體系前期研究區(qū)壓裂液體系采用胍膠壓裂液，殘渣含量286 mg/L，儲集層傷害嚴重。本次施工采用高降阻率滑溜水作為前置液，溝通天然裂縫，GTF聚合物清潔交聯(lián)液作為攜砂液，滑溜水和清潔壓裂液黏度都很低，有利于控制縫高縱向延伸。清潔壓裂液對儲集層污染小（殘渣含量接近0），能夠?qū)崿F(xiàn)對儲集層的清潔改造，有利于后期穩(wěn)產(chǎn)。為了降低滑溜水及GTF聚合物清潔交聯(lián)液的水敏傷害，防止地層中黏土顆粒膨脹運移形成堵塞，壓裂液中添加占壓裂液總液量1%的氯化鉀。GTF聚合物清潔交聯(lián)液屬黏彈性壓裂液，0.35%濃度的GTF聚合物清潔交聯(lián)液在100℃溫度下，剪切2 h后黏度大于20 mPa·s，滿足黏彈性壓裂液行業(yè)標準的剪切性能，高降阻率滑溜水采用0.15%質(zhì)量濃度的GTF—V2+1%KCl，黏度5 mPa·s，經(jīng)試驗1 m3/min排量下1 000 m直徑為66.675 mm連續(xù)油管內(nèi)摩阻為1.92 MPa，為清水的36%，能夠滿足施工改造要求。

表1　瑪湖5井鄰井生產(chǎn)情況

（2）優(yōu)化施工規(guī)模施工中的排量及加砂量對裂縫的形成影響較大，整體來說，大排量更易形成高寬裂縫，壓裂液濾失性小，但排量對于摩阻影響大，對設備的要求高，小排量能夠形成長裂縫，擴大井筒周圍的泄油面積，但濾失性大，降低了壓裂液的利用率。

加砂規(guī)模的提高能夠增加裂縫的導流能力，但應結合儲集層厚度、地層物性等儲集層參數(shù)綜合考量（表2）。根據(jù)裂縫長度與產(chǎn)能比（裂縫半縫長單位內(nèi)產(chǎn)出量與存儲總量的比值）的模擬關系分析，裂縫長度應控制在140～180 m（圖4），通過FracproPT軟件模擬裂縫導流能力、排量等的參數(shù)優(yōu)化，確定單層加砂量7.2 m3，砂量占比最高20%，排量4～6 m3/min.

表2　模擬輸入?yún)?shù)

圖4　裂縫長度與產(chǎn)能比關系

（3）優(yōu)化壓裂液注入方式瑪湖5井改造深度達4 296m，常規(guī)油管分段改造方式難以滿足施工規(guī)模要求，并且工藝復雜，周期長，成本高。目前常用的連續(xù)油管分段壓裂工藝，按壓裂液注入方式，主要分為連續(xù)油管跨隔壓裂和連續(xù)油管底封環(huán)空壓裂2種［9］。連續(xù)油管跨隔壓裂是由連續(xù)油管內(nèi)注入，通過上下封隔器，能夠逐級精確壓裂目的層段，但受到連續(xù)油管內(nèi)徑限制，管內(nèi)摩阻過高，難以大排量改造措施層段。而連續(xù)油管底封環(huán)空壓裂工藝是由環(huán)空注入壓裂，其主要優(yōu)勢為:①環(huán)空壓裂相比跨隔壓裂的連續(xù)油管內(nèi)徑要大得多，能夠滿足大排量改造工藝要求；②滿足一趟管柱完成射孔和壓裂2種工藝，節(jié)省作業(yè)時間；③環(huán)空壓裂注入支撐劑對連續(xù)油管磨損程度相對較低，保證現(xiàn)場作業(yè)安全［10］。

（4）優(yōu)化井下工具組合連續(xù)油管底封環(huán)空壓裂井下工具主要由連接器、丟手、扶正器、噴槍、反循環(huán)閥、封隔器、節(jié)箍定位器、引鞋組成，每級噴砂射孔和環(huán)空壓裂前座封封隔器，壓裂后洗井確保井筒內(nèi)干凈，防止工具遇卡，在完成施工后解封封隔器轉(zhuǎn)層，繼續(xù)下一層施工［11］。

綜上所述，這一工藝的主要流程如下:①連續(xù)油管定位，座封封隔器，封隔下部層段；②連續(xù)油管噴砂射孔，完畢后循環(huán)洗井，確保井筒內(nèi)干凈；③環(huán)空注入壓裂，等量頂替或稍過量頂替，減少砂卡風險；④解封封隔器，定位下一層段，重復流程①—③；⑤全部施工完畢后上提連續(xù)油管，準備排液。

4　現(xiàn)場應用

瑪湖5井完鉆井深4 336 m，目的層段下直徑為139.7 mm套管（鋼級P110，壁厚10.54 mm，抗內(nèi)壓強度90 MPa），地層壓力50.3 MPa，地層溫度95～105℃，氣測解釋含油層9段共112 m，差油層4段共13 m，干層3段共5 m.采用直徑50.8 mm連續(xù)油管，內(nèi)徑42.8 mm，壁厚4 mm，鋼級QT900，連續(xù)油管總長5 000 m，抗內(nèi)壓強度68 MPa，工作懸重31 t，為保證施工安全，連續(xù)油管噴砂射孔時井口壓力不能超過55 MPa.為保證射孔效率，噴射速度需達到230 m/s以上。噴嘴直徑為3.5 mm，連續(xù)油管排量為0.8 m3/min時，過噴嘴流速為231.1 m/s，計算噴嘴壓降為26.65 MPa，連續(xù)油管摩阻14 MPa，井口泵壓為53 MPa左右。環(huán)空壓裂時連續(xù)油管內(nèi)泵入排量為0.2 m3/min的壓裂液平衡內(nèi)外壓力，防止支撐劑進入噴槍噴嘴，堵塞影響下級射孔（表3）。

表3　施工參數(shù)

整個過程施工順利，在1 d內(nèi)完成瑪湖5井2段壓裂施工，平均單層射孔時間17 min，轉(zhuǎn)層時間25 min，具有快速轉(zhuǎn)層能力。后期生產(chǎn)效果顯著，經(jīng)統(tǒng)計，排液50 h后見油花，平均日產(chǎn)液20 m3.

用體積壓裂的理念，大規(guī)模前置滑溜水造縫、噴砂射孔降低施工壓力、分段充分改造，打破了克81井區(qū)只有經(jīng)過壓裂+酸化措施，才能見產(chǎn)的怪圈，一次改造成功?，敽?井連續(xù)油管環(huán)空壓裂的成功，預示著找到了改造克81井區(qū)儲集層的有效手段，為經(jīng)濟開發(fā)克81井區(qū)難動用儲量提供了有力的技術支撐。

5　結論

（1）火成巖儲集層脆性較強，延展性很小，發(fā)育大量天然裂縫和溶孔，基體巖石破裂一般從天然裂縫起裂。

（2）火成巖儲集層裂縫既是主要的滲流通道，又是重要的儲集空間，應以體積壓裂溝通天然裂縫為主。

（3）優(yōu)化壓裂液體系，采用高降阻率滑溜水作為前置液重構裂縫體系，清潔壓裂液攜砂，能夠保證儲集層清潔，有利于后期穩(wěn)產(chǎn)。

（4）連續(xù)油管底封環(huán)空壓裂工藝能夠快速轉(zhuǎn)層，一趟管柱能夠滿足射孔、壓裂2種工藝，相對常規(guī)油管作業(yè)程序簡單，成本低。

（5）連續(xù)油管環(huán)空壓裂能夠?qū)崿F(xiàn)大排量、大液量改造，能夠滿足體積壓裂要求，為克81井區(qū)壓裂改造提供一種安全快速的改造方式。

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（編輯曹元婷）

Application of Annulus Fracturing Technology with Coiled Tubing in Deep Igneous Reservoirs: A Case Study of Well Mahu-5 in Wellblock K-81，Karamay Oilfield

PANG Dexin，GUO Xinwei，ZHAO Qian，HUANG Ronghui，JIAO Wenfu
（Engineering Technology Company，Xinjiang Oilfield Company，PetroChina，Karamay，Xinjiang 834000，China）

The igneous reservoir of Wellblock Ke-81 in Karamay oilfield is characterized by deep burial，no natural productivity in oil wells，so there is generally no effect to increase oil production without fracturing and/or acidizing.On the basis of analyses of the rock mechanics，fracture characteristics and the impact of fracturing fluid systems on fractures，the fracturing scheme is optimized，and coiled tubing bottom sealing annulus fracturing process is used to perform fracture network fracturing.Such a large disp lacement and high pump pressure fracturing can form fracture networks connecting natural fracures and improve flow conductivity in the reservoir for obtaining high oil production.The successful application of this technology in Well Mahu-5 will provide practical guidance for future development of Wellblock Ke-81 and similar wells.

Karamay oilfield；Fengcheng reservoir；igneous rock；rock mechanics；network fracturing；coiled tubing；annulus fracturing

TE357.11

A

1001-3873（2016）03-0352-04

10.7657/XJPG20160321

2015-12-29

2016-03-15

中國石油科技重大專項（2012E-34-01）

龐德新（1963-），男，四川南充人，高級工程師，油氣田開發(fā)工程，（Tel）0990-6846098（E-mail）pangdx@petrochina.com.cn