超低滲油藏多級(jí)噴砂射孔壓裂技術(shù)研究與應(yīng)用

趙小光，林志波，黃 燕，鄭志剛

（1.長(zhǎng)慶油田分公司第十采油廠，甘肅 慶陽(yáng) 745100；2.長(zhǎng)慶油田分公司第二采油廠，甘肅 慶陽(yáng) 745100）

H 油田位于中國(guó)西北部的鄂爾多斯盆地，儲(chǔ)層致密，滲透率一般不超過(guò)0.3 mD[1]，屬典型的超低滲透油藏[1-2]，但油層厚度較大，一般單井發(fā)育油層在15～50 m。鉆完井后僅采用射孔方式無(wú)法獲得工業(yè)油流，必須對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行壓裂改造才能使油井獲得工業(yè)油流生產(chǎn)能力。前期采用常規(guī)射孔、常規(guī)分層壓裂方式對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行壓裂改造。但常規(guī)分層壓裂工藝存在滑套級(jí)數(shù)有限無(wú)法實(shí)現(xiàn)多級(jí)多層分層壓裂、雙封單卡上提管柱分層壓裂施工效率低下并極易發(fā)生井下故障等問(wèn)題。

面對(duì)這些難題，進(jìn)行了攻關(guān)，引入了連續(xù)油管，并與水力噴砂射孔工藝相結(jié)合，形成多級(jí)噴砂射孔壓裂工藝配套技術(shù)，極大提高了壓裂施工效率和施工成功率。該工藝技術(shù)通過(guò)噴嘴的節(jié)流將高壓射孔液轉(zhuǎn)化為高速射流液體，對(duì)套管及巖層進(jìn)行噴砂沖蝕，建立地層與井筒之間初級(jí)通道，然后對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行加砂壓裂。該壓裂工藝技術(shù)優(yōu)化集成了連續(xù)管柱高效作業(yè)、多級(jí)噴砂射孔、封隔器分層、大排量注入等技術(shù)，對(duì)于縱向油層厚度大、產(chǎn)層多的油藏精準(zhǔn)實(shí)施分層壓裂，特別是薄互層壓裂具有顯著優(yōu)勢(shì)。

1 常規(guī)分層壓裂存在的不足

隨著科技不斷進(jìn)步和技術(shù)人員的不斷努力改進(jìn)，油田開(kāi)發(fā)過(guò)程的儲(chǔ)層壓裂改造工藝已經(jīng)發(fā)展出多種工藝技術(shù)手段，特別是分層壓裂的出現(xiàn)，提高了儲(chǔ)層改造程度和精度，但常規(guī)分層壓裂在實(shí)際實(shí)施過(guò)程，存在以下不足。

運(yùn)用封隔器+壓裂滑套組合管柱進(jìn)行分層壓裂，由于滑套級(jí)數(shù)的限制，一般單井最多實(shí)施分3 層壓裂[3]，面對(duì)厚油層無(wú)法實(shí)施更多層級(jí)精細(xì)壓裂。運(yùn)用雙封單卡[4-5]管柱進(jìn)行上提管柱分層壓裂，易發(fā)生井下卡鉆故障，為解除井筒故障導(dǎo)致壓裂施工占井周期較長(zhǎng)并影響壓裂增產(chǎn)效果。運(yùn)用雙封單卡管柱壓完一層后，上提管柱過(guò)程易發(fā)生封隔器損壞無(wú)法繼續(xù)實(shí)施壓裂的故障，只能通過(guò)起出井內(nèi)壓裂管柱后重新下入壓裂管柱才能繼續(xù)實(shí)施下一層壓裂，導(dǎo)致壓裂施工效率低。運(yùn)用雙封單卡管柱壓完一層后，調(diào)整鉆柱前必須先打開(kāi)防噴器并拆卸井口，高壓井、超前注水區(qū)塊存在較大安全隱患。運(yùn)用雙封單卡管柱壓完一層后，必須先進(jìn)行放噴才能動(dòng)管柱，地層高壓高速流體返出容易對(duì)井下工具、管柱造成損傷，很多井因此必須更換工具，重新下井才能繼續(xù)壓裂，導(dǎo)致壓裂施工周期長(zhǎng)、效率低。

2 多級(jí)噴砂射孔壓裂設(shè)計(jì)

H 油田油層厚度大、物性差，屬典型的超低滲透油藏，需對(duì)儲(chǔ)層實(shí)施精細(xì)壓裂改造，以確保獲得較好的產(chǎn)能。面對(duì)常規(guī)分層壓裂存在的不足，進(jìn)行了技術(shù)攻關(guān)，大膽提出用連續(xù)油管作為壓裂管柱，并對(duì)壓裂管柱和壓裂工藝技術(shù)進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

2.1 多級(jí)噴砂射孔壓裂管柱設(shè)計(jì)

連續(xù)油管多級(jí)噴砂射孔壓裂工藝管柱如圖1所示。多級(jí)噴砂射孔壓裂管柱組合最初設(shè)計(jì)為（從上至下）：連續(xù)油管+連續(xù)油管連接頭+Φ4×4.5 mm 水力噴射器+K344-108 封隔器+導(dǎo)向絲堵[6]。各工具作用與原理如下。

圖1 連續(xù)油管多級(jí)噴砂射孔壓裂工藝管柱

連接頭：用于將連續(xù)油管和井下工具或兩段連續(xù)油管連接起來(lái)。

水力噴射器：通過(guò)噴嘴的節(jié)流將高壓射孔液轉(zhuǎn)化為高速射流液體，對(duì)套管及巖層進(jìn)行噴砂沖蝕，建立地層與井筒之間初級(jí)通道。

封隔器：用于多級(jí)噴砂射孔壓裂時(shí)封隔下部已壓開(kāi)的射孔層段，避免層間干擾，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)壓裂改造。

2.2 多級(jí)噴砂射孔壓裂技術(shù)設(shè)計(jì)

連續(xù)油管與工具連接后，下入井底，進(jìn)行數(shù)據(jù)校核。然后上提拖動(dòng)管柱使水力噴射器準(zhǔn)確位于工程設(shè)計(jì)深度，地面泵車打壓坐封封隔器，之后通過(guò)連續(xù)油管以一定排量將具有一定含砂濃度的射孔液通過(guò)水力噴射器進(jìn)行噴砂射孔。射孔完成后，循環(huán)沖砂直至干凈，然后泵入高壓液體壓開(kāi)地層，按壓裂工程設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)射孔層段進(jìn)行加砂壓裂；一段壓裂完成后，解封封隔器，上提管柱使水力噴射器到另一深度，再按上述程序?qū)α硪簧淇讓佣芜M(jìn)行加砂壓裂；按此循環(huán)完成所有層段的壓裂后，從井內(nèi)提出多級(jí)噴砂射孔壓裂管柱或放噴后再提出井內(nèi)多級(jí)噴砂射孔壓裂管柱。連續(xù)油管多級(jí)噴砂射孔壓裂工藝流程圖如圖2 所示。

圖2 連續(xù)油管多級(jí)噴砂射孔壓裂工藝流程圖

3 多級(jí)噴砂射孔壓裂改進(jìn)

運(yùn)用上述設(shè)計(jì)的多級(jí)噴砂射孔壓裂工藝技術(shù)，在H 油田B**-α井、B**-β井和B**-γ井進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，施工取得了成功，但發(fā)現(xiàn)存在以下3 個(gè)不足，具體如下。

第一，發(fā)現(xiàn)該多級(jí)噴砂射孔壓裂管柱在井筒內(nèi)不是完全處于居中狀態(tài)，一般有微小傾斜，管柱與中垂線有偏差，分析這是因?yàn)檫B續(xù)油管柱外徑比套管內(nèi)徑明顯小，在施工管柱和套管之間存在相當(dāng)大的環(huán)形空間造成的，這個(gè)微小傾斜可能給水力噴砂射孔造成誤差。

第二，在水力噴砂射孔壓裂過(guò)程，該管柱有輕微的擺動(dòng)和蠕動(dòng)，這個(gè)擺動(dòng)和蠕動(dòng)可能造成噴砂射孔點(diǎn)位不夠精確或造成壓裂施工壓力過(guò)高等危害，分析原因，這是由于管柱底部沒(méi)有充分錨定造成的。

第三，水力噴砂射孔后進(jìn)行壓裂時(shí)，壓開(kāi)地層所需的破裂壓力很高。分析認(rèn)為主要有以下2 個(gè)原因：①連續(xù)油管內(nèi)徑?。棣?1.1 mm）、噴射器孔眼直徑?。é?×4.5 mm），泵注液體時(shí)摩阻大，造成施工壓力高；②連續(xù)油管地面部分處于盤繞狀態(tài)，完成水力噴砂射孔后沖砂時(shí)，砂子上返有一定的阻力，導(dǎo)致井內(nèi)在噴點(diǎn)附近有砂子堆積殘留。

3.1 工具及組合的改進(jìn)

上述第一和第二個(gè)不足之處，主要通過(guò)優(yōu)化改進(jìn)管柱及工具組合來(lái)解決。一是在水力噴射器上部增加扶正器，對(duì)管柱進(jìn)行“對(duì)中扶正”，達(dá)到“糾偏”效果。二是在封隔器下部增加錨定器[7]，防止管柱擺動(dòng)和上下蠕動(dòng)，增加管柱在施工時(shí)的穩(wěn)定性。三是在工具與連續(xù)油管連接部位增加安全丟手接頭，利于處理井筒故障。改進(jìn)后的連續(xù)油管多級(jí)噴砂射孔壓裂工藝管柱如圖3 所示。

圖3 改進(jìn)后的連續(xù)油管多級(jí)噴砂射孔壓裂工藝管柱

3.2 降低破裂壓力的技術(shù)改進(jìn)

為克服上述第三個(gè)不足，創(chuàng)新出以下4 種技術(shù)來(lái)降低地層破裂壓力，確保順利完成壓裂施工。

加酸破壓法。當(dāng)遇地層破裂壓力太高，地層難壓開(kāi)，可考慮加酸破壓法，一般采用的土酸配方為12%HCl+3.0%HF+0.5%鐵離子穩(wěn)定劑+0.5%MH-16 緩蝕劑+0.5%WN-200 黏土穩(wěn)定劑，酸量一般在5～8 m3即可，先小排量將酸液注入近井地帶，關(guān)井反應(yīng)45 min，利用酸的溶蝕作用破壞近井地帶巖石部分結(jié)構(gòu)，然后高壓泵入壓裂液壓開(kāi)地層，壓開(kāi)后逐級(jí)提升排量至設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行該層壓裂。

沖洗孔眼法。當(dāng)?shù)貙悠茐汉?，有一定吸水量但提不起排量，提排量壓力突升直至超壓，這種情況多數(shù)是因?yàn)榭籽壑車猩白樱螞_洗后常常能解決。

憋壓放噴法。地層初次壓開(kāi)后，裂縫開(kāi)啟不大，特別是在套管逐步提排量補(bǔ)液過(guò)程中，會(huì)把井筒未完全沖洗出來(lái)的砂子帶入裂縫，形成裂縫堵塞，無(wú)法提排量，可采用快速放噴法，將裂縫中砂子返吐出來(lái)后再次壓裂。

解封沖洗法。采用以上3 種方法都無(wú)法壓開(kāi)地層或者壓開(kāi)提不起排量時(shí)，可采用解封沖洗法。即上提連續(xù)油管解封后，從套管大排量反循環(huán)沖洗，目的是沖洗孔眼周圍堆積砂子，再重新坐封重新壓裂。

4 應(yīng)用與效果情況

2019—2021 年在H 油田共實(shí)施多級(jí)噴砂射孔壓裂106 口，與常規(guī)分層壓裂相比，該壓裂工藝技術(shù)施工一次成功率為97.2%，較常規(guī)分層壓裂一次成功率提高15%；單層壓裂施工周期平均為1.2 d，較常規(guī)分層壓裂施工周期縮短73%；并且最多實(shí)現(xiàn)了一趟管柱分15層壓裂，較常規(guī)分層壓裂分層級(jí)數(shù)提高275%；壓后平均單井放噴量減少了300 m3，在減少壓后廢水處理量的同時(shí)也提高了壓后地層能量保持水平；同時(shí)還大大減小了安全環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)；產(chǎn)能方面，這106 口井年單井平均產(chǎn)能較常規(guī)分層壓裂提高了0.5 t/d，壓裂改造效果明顯提升。

5 結(jié)論

通過(guò)分析常規(guī)分層壓裂存在的不足以及工具的優(yōu)選，創(chuàng)新設(shè)計(jì)了多級(jí)噴砂射孔壓裂工藝管柱及多級(jí)噴砂射孔壓裂技術(shù)；在實(shí)踐中對(duì)該壓裂工藝管柱及壓裂技術(shù)進(jìn)行了優(yōu)化與改進(jìn)，形成并完善了多級(jí)噴砂射孔壓裂工藝配套技術(shù)。

創(chuàng)新形成了4 種降破壓工藝技術(shù)方法，解決了部分井應(yīng)用多級(jí)噴砂射孔壓裂工藝進(jìn)行壓裂時(shí)，破壓高、難以實(shí)施壓裂的難題，進(jìn)一步完善了多級(jí)噴砂射孔壓裂工藝技術(shù)體系。

該多級(jí)噴砂射孔壓裂工藝技術(shù)大大提高了分層壓裂級(jí)數(shù)與能力，滿足縱向油層厚度大、產(chǎn)層多的油藏精準(zhǔn)實(shí)施分層壓裂的施工需要。

該多級(jí)噴砂射孔壓裂工藝技術(shù)，大大提高了單井多段分層壓裂施工的一次成功率、大大縮短了壓裂施工周期，提高了壓裂施工的效率。

該多級(jí)噴砂射孔壓裂工藝技術(shù)實(shí)施過(guò)程不需放噴，不需拆卸井口，不需起下管柱，降低了安全環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)，降低了井控風(fēng)險(xiǎn)，大大減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。