水力喷射压裂技术在深层水平井的应用

2015-03-25董立伟

石油知识 2015年1期

董立伟马勇白梅

(1.中国石油辽河油田公司兴隆台采油厂辽宁盘锦 124011；2.海西州冷湖油田管理处青海海西 816300；3.青海油田企业文化处甘肃敦煌 736202)

1 油藏概况

1.1 地质概况

兴古潜山构造位于辽河盆地西部凹陷南部兴隆台—马圈子潜山构造带东北部，与盘山洼陷、陈家洼陷、冷家断阶带、马圈子构造四周相接，构造面积28.4km2。该区钻井揭露的地层自下而上依次为：太古界、中生界、下第三系(沙三段、沙一+二段、东营组)、上第三系(馆陶组、明化镇组)、第四系(平原组)。

1.2 地质特征

1.2.1 储层特征

兴隆台太古界潜山由变质岩及侵入岩2大类岩石组成。岩性分布整体以片麻岩为主占59.6%，其次混合花岗岩和花岗斑岩，分别占8.4%和9.9%，闪长玢岩占9.0%，其它非储集岩合计占13.1%。

储集空间类型以构造裂缝为主，次为破碎粒间孔和溶孔。孔隙度最大13.3%，最小0.6%，平均5.1%；渗透率最大值953mD，最小值0.53mD，其中1mD以下占70%。

1.2.2 流体性质

兴古潜山原油性质好，属稀油。高压物性分析地层原油密度0.6442g/cm3，黏度0.384mPa·s。原油样品统计地面原油密度0.8133～0.8423g/cm3，平均0.8252g/cm3，黏度3.04～5.3mPa·s，平均黏度3.77mPa·s，凝固点18 ～31 ℃，含蜡7.6%～24.8%，胶质+沥青质1.76%～7.38%；天然气相对密度0.5835～0.7621，平均0.6755，甲烷含量74.68%～95.59%，平均83.6%，属溶解气。

1.2.3 压力和温度系统

根据实测地层压力和地层温度数据分析，兴古潜山油藏具有统一的压力系统和温度系统，平均压力系数为1.13，地层中部平均温度126℃。

2 存在的问题与困难

2.1 井口施工泵压高

深井压裂井口施工泵压高的原因主要有两个方面：

①井底破裂压力高。井底破裂压力主要受地应力及岩性的控制，绝大多数井底破裂压力随地层深度的加深而增加。

②压裂管路沿程摩阻高。对于选定的压裂液及配方系列和管柱结构，压裂管路沿程摩阻与井段的深度成正比增加，超深井压裂施工的管路摩阻一般是普通井的2～3倍。

2.2 施工参数受限

由于压裂液在泵注过程中摩阻受施工排量的影响较大，施工排量很难提高。但施工排量不提高，必然影响水力压裂裂缝高度(排量每增加1m3/min，裂缝高度增加1～2m)。即便压开裂缝，因为排量低，难以提高砂液比加大施工规模，也很难形成高导流能力的宽缝，且很容易造成砂堵，导致施工失败。

2.3 对压裂材料性能要求高

兴古潜山压裂井段深、地层温度高、地层闭合压力大，要求压裂液应具有良好的耐高温、耐剪切、摩阻低等性能；支撑剂具有高强度、高导流能力。

3 水力喷射压裂工艺技术

水力喷射压裂是集射孔、压裂、隔离一体化的新型增产改造技术，适用于低渗透油藏直井、水平井的增产改造，是低渗透油藏压裂增产的一种有效方法。其工艺技术基于伯努利方程，是结合水力射孔和水力压裂的新型增产工艺，由水力喷砂射孔、水力压裂(通过普通油管或钻杆或连续油管)以及环空挤压3个过程共同完成。安装在施工管柱上的水力喷射工具，在水击作用在地层形成一个(或多个)喷射孔道，在近井地带产生微裂缝，裂缝产生后环空增加一定压力使产生的微裂缝得以延伸，实现水力喷射压裂(图1)。

图1 水力喷射压裂原理示意图

3.1 技术优点

(1)一次管柱可进行多段压裂，施工周期短，有利于降低储层伤害；

(2)不需要机械封隔，能够自动隔离，可用于裸眼、套管完井；

(3)可进行定点喷射压裂，准确造缝；

(4)喷射压裂可以有效降低地层破裂压力，保证高破裂压力地层的压开和压裂施工。

3.2 压裂液支撑剂的改进

3.2.1 压裂液优选

结合水力喷射压裂工艺特点，考虑到水力喷射过程中的压裂液高剪切历史，尤其是在喷嘴处，压裂液流速≥180m/s，由于目前水力喷射采用的是水基胍胶压裂液体系，稠化剂胍胶是一种由天然植物胶改性而成的高分子聚合物，由其配制而成的压裂液体系是一种假塑性流体，具有剪切稀释性的特点，在高剪切中其黏度损失有一部分是不可逆的。考虑到交联剂官能团的特性，选用有机硼交联剂，其主要优点是：有机硼交联剂分子与胍胶分子其交联强度较弱，在经历高剪切或高温下，能够先于胍胶分子本身断链，而在恢复低剪切或低温条件后.又能够重新实现交联。

3.2.2 支撑剂优选

为了评价喷射作用对支撑剂性能影响大小，在180m/s喷砂速度条件下，选用常用支撑剂对其喷射前后的导流能力进行评价(表1)。

表1 喷砂与支撑剂导流能力关系表

从表可以看出，喷砂对支撑剂导流能力有一定的影响，但影响不大。一般一支喷枪的有6～8个孔，呈对称分布，每个孔直径为6mm。在保证强度的情况下，选用0.425～0.85mm的支撑剂。

3.3 水力喷射压裂技术现场应用

2010年4月引进水力喷射压裂技术，在兴古7-H4兴古、7-H303井和兴古7-H253井，开展筛管和裸眼两种完井方式下的超深水平井分段、多点压裂工艺试验，取得成功。

兴古7-H253井是部署在兴古9块的一口鱼骨水平井，于2010年5月份投产自喷16h后停喷，之后一直处于间开状态。该井位于兴古7潜山二段中部，层位Ar，井深5200.0m，水平段长1242.09m，钻遇油层939.03m。裸眼段3957.91～5200.00m，Z1段4430.00～728.08m，Z2段4578.00～4882.00m，Z3段4727.00～5027.50m。高压物性分析地层原油密度为0.6442g/cm3，黏度0.384mPa·s，折算地层压力为42.8MPa。

兴古7-H253井岩性特殊，井况相对比较复杂：1个主井眼加3个分支井眼，通井难度大，环空液体滤失增加，压裂起裂点选择受限；水平段长，温度140℃，地层压力42.8MPa，对压裂工具、压裂液、支撑剂、压裂工艺等都提出了较高的要求。通过精心论证选取4070、5120两个点进行压裂(表2)。射孔采用胍胶基液携100目粉砂进行水力喷砂射孔。压裂采用油管注入交联液携支撑剂、油套环空注入胍胶基液。

表2 兴古7-H253水平井分段压裂层段参数表

2012年2月19日至2月25日压裂施工，压前通井至人工井底5200m，确保裸眼段无坍塌。压裂中严格按要求完成了设计加砂量。压后于3月8日自喷生产，(5mm油嘴)日产油19.5t，日产气2541m3，目前日产油13.8t，日产气1526m3；累计增油847t。该井压裂的成功，为鱼骨水平井油层改造提供经验和技术支持。