對低滲透油田井壓裂工藝淺析

1、 對低滲透油田井壓裂工藝淺析 對低滲透油田井壓裂工藝技術淺析編 寫：韓 慶 高 芳 清單 位：長慶石油勘探局井下技術作業(yè)處二 0 0七 年 六 月對低滲透油田井壓裂工藝技術淺析韓 慶 高芳清 （長慶石油勘探局技術作業(yè)處 甘肅慶陽 745113）摘要 本文通過對低滲透油層壓裂工藝技術的總結分析，比較好的采取措施通過壓裂（酸化）改善地層滲透性，增強油層近井地帶的滲流能力，提高油井產(chǎn)能。主題詞 低滲透 水力壓裂 工藝技術前 言鄂爾多斯盆地砂巖儲層屬典型低壓、低產(chǎn)、低滲儲層，其特殊的成藏條件使儲層一般不經(jīng)過措施改造是沒有產(chǎn)能的，壓裂（酸化）作為提高儲層產(chǎn)能的最有效手段已經(jīng)成功應用于油氣田的勘探開發(fā)。長

2、慶油田是以陸相河流及三角洲沉積為主形成的以細中石英砂巖為主的多層系儲層形成的油氣田。儲層非均質(zhì)性強，平均孔隙度310%左右不等；滲透率0. 110×10-3um；泥質(zhì)含量占儲層巖石總量的310%，呈中弱水敏性。儲層壓力系數(shù)普遍小于0.97Mpa/100m。油氣儲集空間以孔喉為主。經(jīng)過三十年的勘探開發(fā)、實踐與總結，在鄂爾多斯盆地內(nèi)對低滲透油田井基本上形成了一套獨特的壓裂（酸化）改造增產(chǎn)工藝技術，同時在新技術領域，借鑒國際國內(nèi)先進經(jīng)驗和技術。一、分層壓裂技術壓裂施工中目的層有多層時如果采取籠統(tǒng)壓裂技術，往往只能壓開其中一個層或某幾個層，達不到徹底改造的目的。分層壓裂技術可分為采取投球封逐

3、層壓裂方法、封隔器封堵逐層壓裂方法以及取流分層壓裂方法完成井壓裂。1、投球分層壓裂投球分層壓裂技術適用于間隔小、油氣井段跨度大（一般大于50 m）、層間巖性、特性差異大，不能用封隔器分卡的已射孔的多個油層進行壓裂。當一個壓裂層段內(nèi)有多個已按常規(guī)射孔的壓裂目的層時，在第一個目的層（破裂壓力最低的層）被壓開后，絕大部分壓裂液都將被已壓開層吸收，井底壓力很難上升到第二個目的層破裂的水平，通常一層施工只能壓開一個目的層。投球施工的頂替液，將堵球攜入井內(nèi)，堵球依靠孔眼處的液體分流速度所產(chǎn)生的對堵球的拖力，使堵球攜入井內(nèi)，堵球靠孔眼處的液體進入其它未壓開層。如此反復進行，直到壓裂層段內(nèi)所有的層都被壓開為止

4、。施工完畢后堵球依靠自重或抽汲返排產(chǎn)生的壓差落至井底或是依靠井溫和熱原油熔化掉（蠟球）。目前，使用的堵球有兩類：一類是高密度的（如尼龍球或包以橡膠的鋁球），球的密度比液體密度大；一類是低密度的（如蠟球），球的密度比液體密度小，它具有明顯的浮力效應。堵球的直徑應與孔眼大小相適應，其密度應與壓裂液密度相適應，堵球的材料應具有較好的韌性，避免在壓差下進入炮眼內(nèi)，反排時又可掉落下來。堵球直徑應大于孔眼直徑2.2倍，投球數(shù)是射球孔孔眼數(shù)附加10%-15%。投球分層壓裂技術的優(yōu)點是省錢省時、經(jīng)濟效果好適應范圍廣。缺點地面不能準確判斷各目的層被壓開的順序，投球的數(shù)量帶有一定的盲目性。如當堵球量不夠時，可能造

5、成目的層的重復處理，相應地就可能出現(xiàn)沒處理的遺漏目的層，影響壓裂效果。投蠟球分層壓裂相對要好得多，因為蠟球密度小，封堵蠟球密度小，封堵率能達到100%，并可連續(xù)數(shù)次分壓作業(yè)。2、封隔器分層壓裂封隔器分層壓裂是目前國內(nèi)外應用較廣泛的一種壓裂工藝技術，它是通過封隔器分層管柱來實現(xiàn)的。封隔器是分層壓裂管柱的關鍵工具，它的作用是將目的層與上下油層隔離開來，阻止壓裂液進入上下油層，使目的層獨立地與壓裂管柱內(nèi)壓力系統(tǒng)聯(lián)系起來。根據(jù)所選用的封隔器和管柱不同，封隔器分層壓裂有多種方法。（1）單封隔器分層壓裂它是對最下面一層進行壓裂。此項技術的特點是：施工管柱結構簡單，適用于各種類型油氣層。壓裂層射孔段與上面一

6、層射孔段之間的隔層，中深井應小于3 m，深井應不小于5 m。（2）雙封隔器分層壓裂它是在射開多層的油氣井中，對其中任意一層進行壓裂。此頂技術的特點是：控制壓裂層位準確可靠；壓裂層射孔段與上下層射孔段之間的距離一般不小于5 m，最小不小于3 m；施工中兩個封隔器之間拉力較大，對深井和破裂壓力高的地層，不宜采用此種工藝技術。（3）橋塞+封隔器分層壓裂它是在射開多層的油氣井中，對其中任意一層進行墳裂。此頂技術的特點是；施工比較安全，不易發(fā)生砂卡和拉斷油管事故；控制壓裂層段準確可靠；適用于深井壓裂；施工工藝較復雜，壓裂前需先下入橋塞，封堵被壓裂層以下的產(chǎn)層；壓裂后，若橋塞下面的產(chǎn)層仍需打開生產(chǎn)時，則需

7、打撈或鉆掉橋塞。3、限流分層壓裂限流分層壓裂使用于多層而各層之間的破裂壓力有一定差別的油井，此時可用控制各層的孔眼數(shù)及孔眼直徑的辦法，限制各層的吸水能力以在到逐層壓開的目的。A1、A2、A3三個油層，其相應的破裂壓力為40，35，40MPa。按射孔方案將各層按一定孔眼射開。當注入井底壓力為35Mpa時，A2層的孔眼摩阻大到2MPa時，注入的井底壓力達到37Mpa，此時A3壓開。繼續(xù)提高排量，當孔眼摩阻達到3MPa時，注入的井底壓力達到40MPa，A1層被壓開，這就是限流分層壓裂法，這個方法能使逐層連續(xù)壓開一直到注入壓力達到套管允許的強度值為止。這個方法的特點是在完井射孔時，要按照壓裂的要求投計

8、射孔方案，包括孔眼位置、孔密及孔徑，從而壓裂成為完井的一個組成部分。二、控制裂縫高度壓裂技術在水力壓裂作業(yè)期間，發(fā)何控制裂縫高度的延伸，是由來已久的比較棘手的問題。當油氣層很薄或者產(chǎn)層與遮擋層間最小水平主應力差較小，壓開的裂縫高度很容易進入遮擋層，裂縫高度不論是向上還是向下過度延伸，都會影響壓裂液效率和裂縫效率，進而影響裂縫的導流能力和壓裂效果。而且當裂縫竄入臨近的氣水層時，不但不能起到增產(chǎn)效果，反而會引起由井含水暴增或者“引氣入井”因此，控制裂縫高度延伸高度延伸是水力壓裂成功與否的關鍵之一。壓裂裂縫能否控制在生產(chǎn)層內(nèi)，主要取決于地應力大小和分布、巖石力學性質(zhì)、層間界面性質(zhì)、蓋層/底層厚度、地

9、層流體性質(zhì)、射孔位置與厚度、施工參數(shù)等。利用壓裂液密度控制裂縫高度，是通過壓裂液中垂向壓力分布來實現(xiàn)的。若要控制裂縫向上延伸，應采取密度較高的壓裂液，若在控制裂縫向下延伸，則應采用密度較低的壓裂液。三、重復壓裂技術隨著生產(chǎn)周期的延長，縫裂口將慢慢閉合,導致油井產(chǎn)能降低。為恢復或提高初次壓裂井的生產(chǎn)能力，要采用重復壓裂技術。1、重復壓裂機理一般情況，地下巖石受到三個主應力的作用：垂向主應力z、兩個水平主應力，對于形成垂直裂縫的壓裂井，裂縫方位總是垂直于最小水平主應力，地層中已存在的支撐裂縫和壓裂井因生產(chǎn)造成地層存在孔隙壓力梯度這兩個因素，改變了眼附近的地應分布力，使得原來最大的水平主應力變小。重

10、復壓裂裂縫方位發(fā)生轉(zhuǎn)向的認識，已在現(xiàn)場行到驗證，美國油田利用傾斜儀測量重復壓裂裂縫方位發(fā)生轉(zhuǎn)向的認識，已在現(xiàn)場得到驗證。美國LOSTHILL油田利用傾斜以測量重復壓裂裂縫方位，然后與第一次壓裂裂縫方位相比較，結果167井次的重復壓裂平均裂縫方位為N250E，而100多次的初次壓裂裂縫方位為550E，兩者相差300，由此，可說明重復壓裂形成的裂縫方位不同于初次壓裂形成的裂縫方位。 2、重復壓裂的選井選層原則 重復壓裂選井層的基本原則應是油井復壓后能恢復或提高產(chǎn)能，選擇的對象是：1）對那些初次壓裂改造力度不夠、導流參力不足、不足夠的井控儲量的油井；2） 對那些注采比關系差、處于低滲透區(qū)暫時難以見到

11、注水效果的進；3） 因遭受嚴重污染而低產(chǎn)的井；4）井筒固井質(zhì)量合格、套管無變形、井底無落特的油井。4、重復壓裂改造工藝技術油井重復壓裂是指對同一口油井或同一油層段實施兩次或兩次以上的壓裂施工，達到提高油井產(chǎn)有的目的，重復壓裂工藝技術是油田開發(fā)后期的主要穩(wěn)產(chǎn)措離之一。41堵水端部脫砂暫堵壓裂堵水一端部脫砂暫堵壓裂工藝主要針對長6低滲、特低滲儲層，在開發(fā)過程中出現(xiàn)的含水上升過快甚至水淹這一情況而提出的油藏改造方案。該工藝的實施思路主要體現(xiàn)在先對老裂縫前沿及高滲地帶進行堵水，再采用端部脫砂暫堵技術老裂縫中壓開新的支撐裂縫，改善裂縫支撐剖面，充分發(fā)揮油井潛能，進而提高單井產(chǎn)能。（1）堵水機理對裂縫性見

12、水的油井地層，應用堵水固體材料CQD-1、延遲性堵水劑CQD-1、可控性堵水劑CDQ-3三種堵水材料對裂縫的前沿部分裂縫及高滲地層進行封堵。 延遲性堵水劑CQD-2，該產(chǎn)品在40-800C環(huán)境中，24-72小時變成凝膠，失效進間在2-3年，主要利用CQD-2在地層中的濾失，封堵裂縫前沿部分高滲地層，并攜帶堵水固體材料CQD-1進入到裂縫的前沿部分?？煽刂贫滤畡〤QD-3：該產(chǎn)品在30-1000C環(huán)境中，2-12小時變成高強度凝。一方面起堵水作用；另一方面防止延遲性堵水劑CQD-2和堵水固體材料CQD-1在抽汲過程中流動。（2）端部脫砂暫堵機理端部脫砂暫堵壓裂技術是通過壓裂過程中的施工控制，在縫

13、內(nèi)形成脫砂條件，輔以裂縫暫時屏蔽措施，使裂縫內(nèi)產(chǎn)生高壓環(huán)境，從而產(chǎn)生新的支裂縫或溝通更多微裂縫。端部脫砂暫堵壓裂工藝可以達一增產(chǎn)增注的目的，通過近幾年的現(xiàn)場試用，目前已發(fā)展成為一項成熟的低滲油田重復改造技術。42小型解堵壓裂工藝技術侏羅系油層電阻率較低，含水量水飽和度較高，吳旗、油房莊油田部分井層邊底不活躍，隔層較薄或無明顯的隔層，應防止壓裂裂縫溝通邊底水，靖安油田延9-延10油層僅局部有邊底水。使用水力壓裂方式，應立足于解除堵塞，改善滲流狀況，提高近井地帶裂縫的導流能力，應采取“三小一低”小砂量、小排量、小砂比、低濾失的施工方法，施工類型只能小型解堵壓裂改造。43砂巖油層酸化工藝技術常規(guī)土酸

14、是由鹽酸、氫氟酸、添加劑和水按一定配方制而成的酸液，能夠解除近井地帶地層損害，實現(xiàn)油井增產(chǎn)、增注。常規(guī)土酸對泥質(zhì)、硅質(zhì)溶解能力較強，因而適用于碳酸巖含量較低、泥質(zhì)含量較高的非酸敏性巖地層解堵酸化。應用土酸酸化，一定先用鹽酸對地層進行預處理，以溶解油層中碳酸巖類胨膠結物和一部分鈣、鋁等，以免氫氟酸與之接觸生成氟化鈣、氟化鎂等水不溶物，沉淀后會造成堵塞。四、煤層壓裂技術煤儲層與天然裂縫性砂巖或碳酸鹽巖儲層有相似之處，但在它們之間還有一個很大的不同，即煤層的楊氏模量比一般的砂巖或碳酸鹽巖儲層低一個數(shù)量級，而壓縮系數(shù)高，氣水共存，氣藏壓力低，天然裂縫發(fā)育，因此，對煤層進行壓裂難以形成長的支撐裂縫，并且

15、多裂縫擴展。壓裂時濾失量較大，煤層易受傷害。因此，針對煤層的特點，要選擇配套的壓裂技術：1）選擇能適應高排量（一般大為3.0-5.0m3/min）、 高泵壓的泵注設備；2）在正式施工前進行測試壓裂，了解層壓裂延伸壓力及合理施工排量；3）壓裂方式盡量采用油大混注或套管注入，盡可能增大液體進液面積，降低施工摩阻；4）盡量提高砂液比，提高裂縫導流能力；5）優(yōu)選低傷害壓裂液，目前研究應用3種壓裂液體系：1、活性水壓裂液：具有對地層傷害小、摩阻高、攜砂能力差的特點；2、線性膠壓裂液：包括羥丙基胍膠及羥及乙基纖維素（HEC），其攜砂能力較強，殘渣對地層傷害?。?、凍膠壓裂液：主要為羥丙基胍膠，具有攜膠能力強，摩阻低、對地層濾失量小的特點； 6）采用兩種壓裂方式： （1）光套管壓裂 能夠降低摩阻，但壓后套管損壞現(xiàn)象嚴重。（2）光油管壓裂 壓裂砂堵后，返沖砂后可繼續(xù)進行壓裂作業(yè)。7）加強與壓裂工藝相結合的列縫診斷技術實施，提高對壓裂施工的分析評估能力。六、認識、結論與建議1、堵水脫砂暫堵壓裂工藝技術、分層壓裂工藝技術適用于低壓、低滲、低含油飽和度的油層特征，增產(chǎn)效果明顯。2、重復壓裂改造技術是低滲透油田提高采收率和單井產(chǎn)能的有效手段。3、砂巖土酸酸化是解除近井地層堵塞，實現(xiàn)油井的增產(chǎn)、水井增注的常用