超深井酸壓及壓裂改造技術(shù)研究

修賀

(中國石化勝利油田分公司清河采油廠，山東 壽光 262714)

一、概況

深井（大于3000m）、超深井（大于4200m）的增產(chǎn)改造是油氣藏勘探由淺層向深層發(fā)展的重要手段之一。超深井地層具有超高溫（大于150℃)、高地應(yīng)力（大于70MPa）和高孔隙壓力（大于45MPa）的特點(diǎn)，它影響巖石力學(xué)性質(zhì)、孔隙度及滲透率，使得施工中具有施工泵壓高、施工參數(shù)受限、施工排量難以提高、提高砂比困難以及人工排液困難等特點(diǎn)，因此超深井壓裂難度比普通井更大，成功率更低。

二、深井、超深井壓裂特點(diǎn)

超深井酸壓及壓裂技術(shù)改造的主要難點(diǎn)主要集中在以下幾個(gè)方面：

（一）儲層滲流條件差、地層應(yīng)力高，井口施工泵壓高。

超深井壓裂井口施工泵壓高的原因主要有兩個(gè)方面。

1.井底破裂壓力高。井底破裂壓力主要受地應(yīng)力及巖性的控制。一般說來，絕大多數(shù)井底破裂壓力隨地層深度的加深而增加。

2.壓裂管路沿程摩阻高。對于選定的壓裂液及配方系列和管柱結(jié)構(gòu)，壓裂管路沿程摩阻與井段的深度成正比增加。通常，超深井壓裂施工井段深度是普通井壓裂施工井段深度的2—3倍，那么超深井壓裂施工的管路摩阻同樣是普通井的2-3倍。

（二）層薄、非均質(zhì)性強(qiáng)、異常施工壓力等因素導(dǎo)致加砂困難，需要進(jìn)一步配套壓裂工藝。

一方面層薄容易導(dǎo)致壓裂裂縫向?qū)油庋由?，非均質(zhì)性特別是天然裂縫、含有礫巖成分是進(jìn)行壓裂改造極易造成早期砂堵；另一方面復(fù)雜的巖性也給壓裂液、酸液優(yōu)選帶來了很大的困難。

1.施工方式選擇性差?？紤]采取保護(hù)套管的措施防止套管超壓，在選擇進(jìn)液方式時(shí)只能側(cè)重選擇油管進(jìn)液的單一壓裂方式。而常規(guī)普通壓裂中的套管進(jìn)液、環(huán)空進(jìn)液和油套混合進(jìn)液三種進(jìn)液方式不能選擇。采用油管壓裂通常選用必ф88.9mm油管，因直徑較小增加了管路摩阻。

2.施工參數(shù)受限。由于壓裂液在泵注過程中沿程摩阻受施工排量的影響極大，提高施工排量，沿程摩阻就會成倍增加，所以施工排量很難提高。施工排量提不高，必然導(dǎo)致水力壓裂裂縫寬度受到影響，所以在低排量壓裂的條件下很難壓開寬裂縫。即便壓開裂縫，因?yàn)榕帕康?，在施工過程中難以提高砂液比；加大施工規(guī)模，也很難形成高導(dǎo)流能力的寬縫，且很容易造成砂堵，導(dǎo)致施工失敗。

(三)水傷害、應(yīng)力敏感傷害等相對程度高，對于勘探全過程的油層保護(hù)的要求較高。

對于砂巖油氣層泥質(zhì)含量普遍較高，在粘土礦物組分中，例如西部新區(qū)中部1區(qū)塊莫西莊地區(qū)試油層泥質(zhì)含量最高達(dá)40.74%，中部2區(qū)塊成1井試油層泥質(zhì)含量高達(dá)62.35%，同時(shí)粘土礦物中伊利石、伊蒙混層的含量較高，造成儲層物性差的同時(shí)，對于勘探全過程的油層保護(hù)的要求極為苛刻。首先是如果鉆井液與儲層的配伍性，射孔、完井作業(yè)入井液等與儲層的配伍性不好，都會造成儲層的嚴(yán)重傷害，使得本來較低的孔隙度和滲透率進(jìn)一步受到傷害。

(四)目前的施工設(shè)備、井下工具難以適應(yīng)超高壓作業(yè)的要求，超深特殊結(jié)構(gòu)井的改造技術(shù)目前也尚不成熟配套。

深井、超深井進(jìn)行增產(chǎn)改造施工成本高，投資風(fēng)險(xiǎn)大。超深井壓裂因井下作業(yè)工作量和壓裂作業(yè)工作量成倍增加，導(dǎo)致整個(gè)作業(yè)費(fèi)用大大增加，塔里木超深井壓裂單井的改造費(fèi)用高達(dá)100多萬元。使用增壓泵施工，一次作業(yè)動用設(shè)備30多臺。

三、深井超深井壓裂井下工具研究

在油氣田的開發(fā)生產(chǎn)中，隨著井深的不斷增加，井下的溫度和壓力也隨之不斷地增加，措施作業(yè)中的施工壓力也增加，當(dāng)井深達(dá)到5000 m以上時(shí)，一般情況是：地層溫度在130℃以上，壓力在50MPa以上，施工壓力在80MPa以上。由于井深、工作量大、施工時(shí)間長，而原有井下工具的耐溫耐壓指標(biāo)較低，不能滿足現(xiàn)場需求，在使用中會出現(xiàn)如下問題：封隔器膠筒與密封盤根等橡膠件出現(xiàn)高溫脫硫或高溫碳化；在高壓下井下工具發(fā)生變形、破裂、斷裂；管柱的溫度效應(yīng)顯著，伸縮變形量大，發(fā)生應(yīng)力斷裂；管柱受高壓作用及壓力波動的影響，發(fā)生漏失和脫扣。

四、深井、超深井改造措施研究

根據(jù)深井、超深井改造的難點(diǎn)，結(jié)合以往的改造經(jīng)驗(yàn)，有針對性地開展以下幾方面改造技術(shù)的研究，并進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)用，取得了一定的效果。

(一)室內(nèi)試驗(yàn)對于選井選層和儲層改造優(yōu)化設(shè)計(jì)有著重要意義。

對于這類埋藏深，滲透率極低，巖性致密，異常高壓、地應(yīng)力值較高，加之又有裂縫的儲層，以及泥質(zhì)含量大，水敏較強(qiáng)的儲層加強(qiáng)了室內(nèi)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究，開展了敏感性評價(jià)試驗(yàn)、不同類型的工作液分析、應(yīng)力敏感評價(jià)等基礎(chǔ)試驗(yàn)，對不同儲層的物性特征有了更深入的了解，這些試驗(yàn)結(jié)果對下步的選井選層、壓裂設(shè)計(jì)的優(yōu)化都有重要的指導(dǎo)意義。

(二)針對低孔低滲、井深高溫的特征，進(jìn)行了新型耐高溫、低傷害工作液體系的研究，在某A井的大型酸壓中進(jìn)行了應(yīng)用。

根據(jù)深井高溫酸壓試油的需要，研究開發(fā)了新型的稠化酸系列，指標(biāo)達(dá)到了HCl濃度25%，50-170℃時(shí)，剪切70min后粘度為28mPa·s，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于國內(nèi)外的水平，已在某A井進(jìn)行了應(yīng)用，工藝取得了成功。

(三)建立了復(fù)雜油氣藏壓裂壓力的診斷分析方法，可為設(shè)計(jì)的優(yōu)化提供參考。

復(fù)雜油氣藏受天然裂縫發(fā)育的影響，水力裂縫的產(chǎn)生與發(fā)展過程壓力均表現(xiàn)出了不同于相對均質(zhì)儲層的特征。隨著裂縫的延伸，縫內(nèi)凈壓力不斷增加，不同組系的微裂縫依次不斷開啟導(dǎo)致壓裂液濾失增強(qiáng)，容易導(dǎo)致加砂壓裂砂堵；而在壓裂泵注停止后，隨著壓裂液在地層中不斷濾失，縫內(nèi)凈壓力逐漸下降，開啟的微裂縫又不斷閉合，壓裂液的濾失速率逐漸減小，最后天然裂縫完全閉合，壓裂液繼續(xù)通過基質(zhì)向地層濾失，直至裂縫完全閉合。

(四)提出了相應(yīng)的配套工藝技術(shù)。