壓裂防砂技術(shù)

壓裂防砂技術(shù)研究張靜（大慶油田井下作業(yè)二大隊(duì)）摘要壓裂防砂技術(shù)是一項(xiàng)新技術(shù)，具有防砂和增產(chǎn)的雙重作用。詳細(xì)介紹了膠液充填壓裂防砂和鹽水充填壓裂防砂2種壓裂防砂技術(shù)，其中著重論述鹽水充填壓裂防砂技術(shù)。通過(guò)表皮因子統(tǒng)計(jì)分析比較2種技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果,并從導(dǎo)流能力、油層特征及施工限制角度確定選井條件，最后闡明2種壓裂防砂技術(shù)具有同樣良好的生產(chǎn)效果一般來(lái)說(shuō)膠液充填壓裂防砂適用于低滲透率油層和射孔段大于15m的薄砂頁(yè)巖層序油層;鹽水充填壓裂防砂適用于油層接近油水、油氣界面大斜度長(zhǎng)井段和高溫油藏。因此,科學(xué)選井是其施工成功的關(guān)鍵之一。主題詞壓裂防砂膠液充填鹽水充填表皮因子導(dǎo)流能力最早將壓裂與防砂2種工藝結(jié)合起來(lái)應(yīng)用于中、高滲透疏松砂巖的想法出現(xiàn)在20世紀(jì)60年代的委內(nèi)瑞拉，但由于常規(guī)壓裂技術(shù)在應(yīng)用于中、高滲透性油藏時(shí)受到限制，直到1984年才首次出現(xiàn)了以充填寬縫為主要目的的端部脫砂壓裂技術(shù)，使中、高滲油藏的壓裂防砂進(jìn)入一個(gè)新時(shí)期，近10年來(lái)得到不斷完善和發(fā)展。從發(fā)展趨勢(shì)看，今后中高滲透層壓裂防砂作業(yè)量比低滲油層增長(zhǎng)要快。1技術(shù)原理1.1防砂機(jī)理均質(zhì)未壓裂地層井底流體的流入模式為標(biāo)準(zhǔn)徑向流，不同等壓線為以井底為圓心的大小不等的同心圓。油井壓裂以后,地層中形成具有高導(dǎo)流能力的裂縫，地層流體流入井底不再是徑向流動(dòng),而是簡(jiǎn)化為垂直于裂縫的直線流和沿裂縫直線流入井底的直線流，又稱為雙線性流動(dòng)模式。流體沿著具有高導(dǎo)流能力裂縫的方向流動(dòng)，流動(dòng)阻力非常小。壓裂防砂目的是形成裂縫，穿透污染帶并加砂，在形成擋砂屏障的同時(shí),增加泄油面積，降低流速，控制出砂并提高油井產(chǎn)能。而管內(nèi)礫石充填盡管是最廣泛的應(yīng)用方法，但油井產(chǎn)量低,無(wú)法減少炮眼以外的地層傷害。1.2施工工藝該技術(shù)利用壓裂車組將壓裂液高泵壓大排量正擠入地層中，在地層中形成人工裂縫。然后攜砂液將礫石攜帶進(jìn)入人工裂縫,在裂縫內(nèi)形成高滲透率的人工砂橋，防治油層細(xì)粉砂。利用井筒內(nèi)的防砂管柱或樹(shù)脂膠結(jié)砂，防止礫石的返吐,從而實(shí)現(xiàn)防砂目的。壓裂防砂按攜砂液類型可分為膠液充填壓裂防砂技術(shù)和鹽水充填壓裂防砂技術(shù)。2膠液充填壓裂防砂技術(shù)膠液充填壓裂防砂技術(shù)通常采用端部脫砂水力壓裂技術(shù)，使攜砂液在裂縫的端部漏失,造成支撐劑脫砂，控制裂縫進(jìn)一步延長(zhǎng);在脫砂前裂縫增長(zhǎng)規(guī)律及壓力特征同常規(guī)壓裂一樣，但在開(kāi)始出現(xiàn)脫砂后,縫長(zhǎng)和縫高不再增長(zhǎng)，只有縫寬增長(zhǎng)較快，象吹氣球一樣形成一個(gè)短的、寬的高導(dǎo)流能力的裂縫，同時(shí)井底壓力開(kāi)始按一定速度穩(wěn)步升高。常規(guī)壓裂在整個(gè)施工過(guò)程中，裂縫長(zhǎng)、寬、高一般都是不斷增長(zhǎng)的,因而井底壓力是基本穩(wěn)定的。端部脫砂壓裂形成具有高導(dǎo)流能力的“短寬裂縫”是中高滲透油藏壓裂防砂成功的關(guān)鍵。裂縫8~16m,排量2.5?4m3/min,支撐劑濃度1440~1800kg/m3，加砂量1300kg/m，縫寬10cm以下,壓裂防砂產(chǎn)量是礫石充填產(chǎn)量的5倍左右。3鹽水充填壓裂防砂技術(shù)鹽水充填壓裂防砂技術(shù)以填砂為目標(biāo)，主要是充填炮眼和穿過(guò)近井污染帶的裂縫,不要求較長(zhǎng)的裂縫。例如對(duì)于1口滲透率200X10-3“m2的油井，當(dāng)裂縫超過(guò)3~6m時(shí)，增產(chǎn)作用已經(jīng)很不明顯了。一些研究表明,當(dāng)?shù)貙游廴編О霃綖?m時(shí),3.6m長(zhǎng)縫具有最大產(chǎn)能。當(dāng)?shù)貙游廴編О霃綖?.5?1m時(shí)，縫長(zhǎng)應(yīng)為1.5m。因此采用低黏攜砂液（鹽水）并且施工規(guī)模小，可以采用礫石充填設(shè)備，功率幾百千瓦而不是壓裂防砂充填設(shè)備的幾千千瓦?？p長(zhǎng)2~5m,排量

1.3~2m3/min，支撐劑濃度120~240kg/m3，加砂量150~200kg/m。用鹽水做攜砂液的優(yōu)點(diǎn)是:低黏液有利于礫石在近井地帶的沉積，充填質(zhì)量高，減少空洞形成;可消除壓裂表皮、射孔表皮、裂縫節(jié)流表皮和液體漏失表皮。壓裂表皮由膠液殘?jiān)a(chǎn)生;射孔表皮由不良的炮眼充填質(zhì)量造成;裂縫節(jié)流表皮由于膠液充填質(zhì)量不好，需要放壓使充填砂返吐充實(shí)空洞，從而造成近井地區(qū)裂縫變窄造成的節(jié)流損失;液體漏失表皮由高黏液漏失造成地層傷害而產(chǎn)生。4兩種壓裂防砂技術(shù)的效果比較鹽水充填壓裂防砂與膠液充填壓裂防砂正常情況下，完井表皮因子為0?3,但由于采用堵漏劑或膠液破膠不好，致使個(gè)別井表皮因子較高。下面比較一下BakerOilTool公司所施工的57口膠液充填井和23口鹽水充填井表皮因子，并對(duì)表皮因子高于10的施工井進(jìn)行原因分析（見(jiàn)圖1）。從表皮因子分布比較可以看出，盡管鹽水充填施工規(guī)模小，但與膠液充填有相似的完井效果。>10 >1014% 13%>10 >1014% 13%膠液填充井 鹽水填充井圖1膠液充填和鹽水充填井表皮因子分布5完井方法選擇5.1地層特性影響膠液充填形成長(zhǎng)縫并加砂，鹽水充填在近井形成短寬縫通過(guò)加砂改進(jìn)近井地帶滲透率。當(dāng)油井地層滲透率小于50X10-3Mm2、氣井小于10X10-3Mm2時(shí)，形成長(zhǎng)縫更有利于增產(chǎn),應(yīng)采用膠液充填。表1高表皮因子井原因分析井例完井方式表皮因子原因分析A鹽水充填31壓后使用堵漏劑B鹽水充填26壓前漏失700m3液體,地層受到傷害C鹽水充填18用酸和膠液多階段充填D膠液充填16射孔效果不好，僅處理部分油層E膠液充填15液體破膠不完全F-H膠液充填24~28施工提前結(jié)束，未端部脫砂，其中2口井機(jī)械故障,1口井閉合壓力估計(jì)不準(zhǔn)I膠液充填15未破膠，返排不夠決定是否采用鹽水充填防砂的一個(gè)因素是采用鹽水及修井機(jī)泵送裝置能否在某一特殊地層中形成裂縫。控制裂縫形成的因素有地層滲透率、井段長(zhǎng)度、地層傷害程度、油藏孔隙壓力、壓縮性和流體黏度。大多數(shù)油藏導(dǎo)流能力小于4500X10-3Mm2,用鹽水容易造縫并穿透污染帶，可以采用鹽水充填和膠液充填。當(dāng)油藏導(dǎo)流能力為(4500?120QQ)X1Q-3pm2時(shí),用鹽水造縫比較困難。只有表皮因子為5?25時(shí)，可以采用鹽水充填。如果地層傷害較輕，例如采用特殊鉆井液，表皮因子小于用鹽水造縫比較困難，可以采用酸液預(yù)處理鹽水充填。地層導(dǎo)流能力大于12000X10-3pm2時(shí),高度地層傷害、表皮因子大于25的油層允許用鹽水壓裂。這種情況經(jīng)常出現(xiàn)在嚴(yán)重地層傷害的老井修井作業(yè)中，地層傷害相當(dāng)于漏失失去控制，可以采用鹽水充填和膠液充填。鹽水充填一旦穿透污染帶，由于漏失增加,裂縫將停止增長(zhǎng),但滲透率足以保證油井生產(chǎn)。如果地層適度傷害，表皮因子為10~25時(shí),鹽水壓裂困難，應(yīng)采用膠液充填處理。另外,地層流體黏度也是影響壓裂的因素，高黏度原油提供漏失控制，具有高導(dǎo)流能力的地層也可采用鹽水充填。多油層井采用鹽水充填有利于礫石充填整個(gè)井段。5.2裂縫長(zhǎng)度和施工限制液體的漏失量與工作液體、排量和裂縫有關(guān)，這些因素受油藏條件限制。當(dāng)油層射孔段大于15m,含有薄層砂頁(yè)巖層序(0.15?0.3m砂質(zhì)透鏡體)，采用膠液充填更容易造成一個(gè)單裂縫將全部礫石加入各砂巖油層的情況。若沒(méi)有清晰的砂巖隔層,鹽水充填多階段處理礫石的自我暫堵不能使垂直裂縫的延長(zhǎng)。當(dāng)井段含有幾個(gè)清晰的砂巖層，應(yīng)采用鹽水充填一次施工多階段處理。如果采用膠液充填，高黏度和高濃度混砂液不利于自我暫堵，松軟頁(yè)巖阻礙垂直裂縫的增長(zhǎng),極有可能僅壓開(kāi)部分井段。當(dāng)射孔井段接近油氣水界面時(shí)，垂直裂縫的擴(kuò)展是有害的。在同一砂巖油藏內(nèi)，油氣、油水界面在3m以上,可以采用鹽水充填;在3m以內(nèi)時(shí)，不能采用壓裂。頁(yè)巖可以控制裂縫，若油水層被6m以上頁(yè)巖間隔，可以謹(jǐn)慎地采用膠液充填，但必須適用處理規(guī)模進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)或采用鹽水充填;頁(yè)巖間隔小于6m,應(yīng)用鹽水充填。鹽水充填是利用修井機(jī)泵送設(shè)備的小規(guī)模壓裂，受到油藏壓力限制。超高壓油藏要求較高功率設(shè)備，欠壓油藏液體漏失量大，同樣也要求較高功率設(shè)備，因此應(yīng)采用膠液充填。由于鹽水?dāng)y砂液可以獲得無(wú)空洞的堅(jiān)實(shí)的充填效果，并且由于不采用膠液,受地層溫度降解影響小，鹽水充填適用于高斜度長(zhǎng)井段井和高溫井。6結(jié)論壓裂防砂技術(shù)可分為膠液充填壓裂防砂技術(shù)和鹽水充填壓裂防砂技術(shù)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)例分析表明,2種技術(shù)具有同樣良好的生產(chǎn)效果。壓裂防砂技術(shù)可以在地層中形成穿透污染帶的加砂裂縫，在形成擋砂屏障的同時(shí)，增加泄油面積，降低流速，控制出砂，提高油井產(chǎn)能。科學(xué)地選井是防砂施工成功的關(guān)鍵因素之一。一般來(lái)說(shuō)膠液充填壓裂防砂適用于低滲透率油層和大于15m的薄的砂頁(yè)巖層序油層;鹽水充填壓裂防砂適用于油層接近油水、油氣界面，高斜度、長(zhǎng)井段和高溫油藏。參考文獻(xiàn)朱彩虹，孫軍.疏松砂巖稠油油藏防砂方法優(yōu)選試驗(yàn)研究.特種油氣藏,2000,7(3):36?38LedlowLB.High-PressurePackingwithWater:AnAl