“井工厂”压裂模式在大牛地气田的应用

李克智 何 青 秦玉英 李国锋 张永春 李月丽

（中国石化华北分公司，河南郑州 450006）

大牛地气田位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡北部，上古生界砂岩气藏埋深2 500～2 900 m，水平井开发目的层主要为太2、山1、山2及盒1气层。储层以辫状河流相沉积为主，纵向上交错叠合发育，平面上分片展布，非均质性较强，气藏内部差别较大，呈现出“三低两高”的特征（低压、低渗、低孔，有效应力高、基块毛管压力高），是一个典型的低压、低孔、低含气饱和度的致密气藏。

大牛地气田盒1气层平均孔隙度9.09%，平均渗透率0.55 mD，地层压力系数0.91，采用水平井分段压裂工艺获得了较好的改造效果，截至2012年5月底，盒1气层水平井压后平均无阻流量达7.56×104m3/d［1］。为进一步提高大牛地气田盒1气层的储量动用程度，评价水平井组开发的经济技术可行性，引进了“井工厂”压裂模式，在大牛地气田已成熟应用的多级管外封隔器水平井分段压裂工艺的基础上，开展了丛式水平井组同步压裂工艺研究。大牛地气田R井组的成功试验表明，该技术的实施可提高气田的开发效率，降低单井开发成本，为实现油气增产“二次跨越”提供了技术储备。

1 施工难点及对策

大牛地气田R丛式水平井组6口井的井眼轨迹采用放射状“米”字型布局，采用二维轨道（图1），便于现场施工及后续压裂管柱的下入。

图1 R水平井组井眼轨道示意图

1.1 施工难点

“井工厂”压裂模式指以密集的井位形成一个开发“工厂”，流水线式集中压裂，目的是通过一体化、批量化施工提高效率，降低平均单次成本［2-3］。目前“井工厂”压裂模式可借鉴理论、经验较少，设计和施工均存在很大困难。

（1）施工参数优化要求高。丛式井组各水平井A靶点之间间距较小，对裂缝整体布局、压裂顺序、缝长、排量、砂比等施工参数优化要求高。

（2）现场组织实施复杂。大牛地气田2011年实施多级管外封隔器分段压裂井（水平段1 000 m左右）统计数据表明，单井压裂入井液量多（2 500 m3）、加砂规模大（315 m3）、罐具数量多（90～95 罐）、井场要求大（70 m×60 m）、返排液量多，因此现场组织实施同步压裂施工难度较大。

1.2 对策

（1）考虑井网影响，依据各水平井的井眼轨迹，优化压裂次序、裂缝布局、裂缝长度和加砂规模等施工参数，避免缝间干扰，避免压窜裂缝，达到深度改造的目的，进一步提高改造效果；依据水平井段方位与最小主地应力方位的夹角、施工压力的变化，优选段塞数量和最高砂液比，确保不出现早期脱砂等现象。

（2）采用成熟的压裂液配方体系、分段破胶和伴注液氮技术，尽可能减小对地层的伤害。

（3）合理利用压裂车组、压裂液罐和排液池，优化液罐和压裂设备的数量，在管理上降低成本，达到“省时、省力、省钱”的目的。

（4）进行裂缝实时监测，确定裂缝分布，优化压裂工艺，调整施工参数。压裂过程中掌握裂缝的分布，实时监测压裂过程，依据实际裂缝延伸情况随时调整泵注方案，优化压裂工艺，做到同步调整。

2 压裂方案优化

2.1 压裂工艺

结合盒1气层储层工程地质特征，考虑同步压裂、扩大井网泄气面积及缩短作业周期等方面因素，优选大牛地气田成熟应用的多级管外封隔器分段压裂工艺［4］。

2.2 压裂顺序

结合“井工厂”压裂模式理念，根据地质概况和井场井位分布，同时考虑降低成本、保障大牛地气田会战进度，确定压裂顺序：R-2H井→R-1H井→R-4H+ R-6H井→R-3H+ R-5H井。

2.3 滑套/喷嘴位置优化

以井组考虑，同侧3口井的压裂裂缝进行交叉设计（图2），同时结合录井、气测、随钻伽马资料进行选段，避免缝间干扰：（1）相邻两口井之间采用交错排列方式；（2）滑套/喷嘴尽量放置在录井显示好、AVO（Amplitude Versus Offset,振幅随偏移距的变化）也好的位置（图2）。

2.4 裂缝间距及压裂段数优化

合理的裂缝间距应综合考虑储量动用程度和保证水平井具有较高的产能。以气藏储层条件为基础，分别利用气藏数值模拟法及极限控气半径公式优化水平井裂缝间距［5］。综合两种方法，结合前期水平井压裂经验［6］，确定气藏水平井的合理裂缝间距为135～166 m时不存在裂缝间干扰。1 000 m水平段压裂段数为7～8段。

2.5 施工参数优化

结合储层工程地质特征、单井钻遇显示情况以及井网条件对施工参数进行优化。

（1）储层砂岩弹性模量为18.76 GPa，利于压裂裂缝的延伸［7］。

（2）根据单井的录井显示以及封隔器控制范围，在全烃显示好的位置以及封隔器间距大的地方，适当加大加砂量，全烃显示差的位置以及封隔器间距小的地方，适当减少加砂量。

（3）考虑避免R井组相邻井水平段裂缝延伸可能产生的裂缝干扰，B靶点附近扩大有效改造体积，造长缝，适当提高施工排量和加砂规模；A靶点附近结合邻井对应压裂点之间距离控制缝长，适当控制加砂规模（30 m3左右），并降低施工排量。

结合前期施工经验，单井裂缝长度130 m，裂缝高度50 m，裂缝宽度4.0 mm，优化施工参数为：加砂规模第一级为42 m3，逐级降低至30 m3左右；施工排量由4.5 m3/min逐级降低至4.0 m3/min；前置液比例由41%逐级降低至37%；砂比为20%～23%左右；采用渐进式加砂程序，10%→16%→22%→28%→32%→38%逐渐增加；液氮伴注比例9%～6%，从B靶点到A靶点逐渐减少，液氮注入量大，孔隙压力增加值大，促使更好排液。

各井压裂施工设计及参数模拟见表1，其中两井同压模拟时考虑以下问题：（1）根据单井压裂施工情况及裂缝监测情况进行调整；（2）R-3、R-4井压裂规模适当减小，避免井间压连通，保证施工安全；（3）R-5、R-6井压裂规模适当加大，增加边部压裂改造体积。

表1 R井组压裂施工设计参数

2.6 压裂液体系、支撑剂优选

2.6.1 压裂液体系 选用前期单井施工应用成熟的羟丙基瓜胶压裂液体系，基液配方：0.45%HPG（一级）＋1.0%KCl+0.1%甲醛+1%起泡剂+0.2%助排剂+0.2%Na2CO3。该体系采用BCL-61交联剂；前置液阶段现场添加胶囊破胶剂，携砂液和顶替液阶段现场楔形追加过硫酸铵，根据现场实际情况调整各级加入比例，尽量做到分段同时破胶，减少前几段由于破胶时间早造成的水锁伤害。

基液黏度在室温剪切速率170 s–1下为57 mPa·s，交联时间96 s；在89 ℃条件下，0.5 h测得压裂液破胶水化液黏度1.25 mPa·s；压裂液破胶液残渣210 mg/L；压裂液滤液对岩心的平均伤害率为20%。该压裂液体系中温、耐剪切性能好、较低残渣含量、低滤失、低伤害［8］。

2.6.2 支撑剂 根据邻井施工资料反映，区块裂缝延伸压力梯度为0.017～0.019 MPa/m，地层闭合压力43～48 MPa，目前大牛地气田常用的20/40目、强度52 MPa中密度陶粒通过多次的试验评价，满足裂缝导流能力需求。

3 现场应用

从2012年5月20日—6月1日，共对R井组6口井开展了“井工厂”模式压裂，6口井累计无阻流量77.63×104m3/d，平均无阻流量12.94×104m3/d，取得了明显的增产效果（表2）。

表2 现场实施效果统计

3.1 同步压裂技术应用

同步压裂施工时，如何同步是该工艺实施的关键点。现场采取方法如下：同压时同时起泵，各段打开滑套后各自继续压裂；前4段，施工时间相差若小于20 min则继续各自施工，若相差大于20 min，则快的车组打开滑套压力平稳后等待；前4段压后停泵检修设备，第5段同时起泵压裂。该方法的实施保障了同步压裂的顺利进行。

3.2 裂缝监测及现场实时调整

采用3种裂缝监测方法对6口井进行了实时裂缝监测（表3），确保每口井均有2种监测方法进行监测解释。同时现场针对同步压裂进行了2次实时调整，初步形成丛式水平井组压裂现场优化调整技术，即“优化技术=工程+地质+裂缝监测+工具”，工程方面分析压裂施工曲线变化，地质方面分析单井钻遇情况，同时结合裂缝监测缝长、方位等参数以及单井球座尺寸大小，优化靠近A靶点各级规模、排量，保证了2次优化调整后施工的顺利进行。

表3 R井组裂缝监测统计

3.3 突发情况应急处理

现场大规模施工及同步压裂试验易出现以下突发情况，如滑套打开不明显、滑套打不开、砂堵、施工中出现异常压力、投球不到位、压连通、返排液量大、污水及时转移等，为此，成立现场技术领导小组，制定详细的应急预案，确保井组“井工厂”模式压裂成功实施。其中R-3井因投球滑套提前打开，放弃了3段施工。

4 结论

（1）水平井井组“井工厂”压裂模式在大牛地气田R井组获得成功应用，有效提升了盒1气层难动用储量的动用程度，为利用水平井组“井工厂”压裂模式开发致密砂岩气藏积累了经验。

（2）初步形成的丛式水平井组裂缝及压裂设计参数优化技术、同步压裂及裂缝监测实时调整技术可为其他油气田采用水平井组开发提供经验借鉴。

（3）目前井组6口井采用二维放射状井眼轨迹，井口距离较大，征地面积过多；B靶点附近裂缝长度未能沟通全部储层。建议继续开展水平井组三维轨迹设计优化及试验应用，进一步缩小井场面积，优化钻机可移动性，降低搬迁周期和难度，实现“井工厂”作业，同时继续开展水平井丛式井组设计优化研究，动用更多难动用储量，增加井组改造体积及改造效果。

［1］秦玉英，杨同玉.华北分公司致密低渗油气藏水平井分段压裂技术进展［A］//中国石化油气开采技术论坛论文集（2012）［C］.北京：中国石化出版社， 2012：69-75.

［2］MEYER B R, BAZAN LW, JACOT R H, etal.Optimization of multiple transverse hydraulic fractures in horizontal wellbores［R］. SPE 131732, 2010.

［3］MOUSLI N A, RAGHAVAN R, CINCO-LEY H, et al.The in fl uence of vertical fractures intercepting active and observation wells on interference tests［J］. SPEJ, 1982,22（6）：933-944.

［4］陈守雨，杜林麟，贾碧霞，等.多井同步体积压裂技术研究［J］.石油钻采工艺，2011，33（6）：59- 65.

［5］ELRAFIE E A，WATTENBARGER R A. Comprehensive evaluation of horizontal wells with transverse hydraulic fractures in a layered multi-phase reservoir［C］. Texas:Permian Basin Oil and Gas Recovery Conference, 1996.

［6］玉英.水平井压裂技术在大牛地气田的试验应用［A］//中国石化油气开采技术论坛论文集（2009）［C］.北京：中国石化出版社， 2009.

［7］雷群，胥云，蒋廷学，等.用于提高低-特低渗透油气藏改造效果的缝网压裂技术［J］.石油学报，2009， 30（2）：237-241．

［8］靳宝军，邢景宝，郑锋辉，等.压裂液降低水锁伤害在大牛地气田的应用［J］.钻采工艺，2012， 36（2）：56-61.