塔中超深致密砂岩油藏水平井分段压裂技术

米强波，伊向艺，罗攀登，任　岚

塔中超深致密砂岩油藏水平井分段压裂技术

米强波1，2*，伊向艺2，罗攀登1，任岚3

1.中国石化西北油田分公司工程技术研究院，新疆 乌鲁木齐 830011 2.成都理工大学能源学院，四川 成都 610059 3.“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室·西南石油大学，四川 成都 610500

水平井分段压裂技术目前已在国内大庆、辽河、华北、西南等油气田进行了广泛的应用，但主要用于垂深小于4 000 m的储层。顺9井区为埋藏深、物性差的砂岩储层，常规直井压裂增产幅度有限，无法获得持续的工业油流，需通过水平井的分段改造增加泄油面积，提高单井产能。而顺9井区埋藏深、闭合压力与破裂压力高等特点给水平井的分段改造工具、液体体系和工艺技术方法的优选带来一系列的难度，在分析国外深层水平井分段压裂工艺技术的基础上，结合顺9井区的储层特点和国内水平井分段改造技术能力，从水平井分段改造工艺与工具、液体体系及裂缝参数等方面进行优化研究，初步形成了适合顺9井区的水平井分段压裂工艺技术。

顺9；致密砂岩；水平井；分段压裂；闭合应力

网络出版地址：http：//www.cnki.net/kcms/detail/51.1718.TE.20150330.1717.007.html

米强波，伊向艺，罗攀登，等.塔中超深致密砂岩油藏水平井分段压裂技术［J］.西南石油大学学报：自然科学版，2015，37（2）：114-118.

Mi Qiangbo，Yi Xiangyi，Luo Pandeng，et al.Horizontal Well Staged Fracturing Technology of Tight Sandstone Reservoirs with Super Depth in Tazhong Area［J］.Journal of Southwest Petroleum University：Science&Technology Edition，2015，37（2）：114-118.

引言

顺9井区位于塔里木盆地顺托果勒地区，油藏类型为受构造与岩性双重控制的边水岩性油藏，目的层为志留系柯坪塔格组，岩性主要为细粒岩屑石英砂岩，储层厚度薄，砂泥岩互层，物性较差，储层埋深5 500.00∼5 650.00 m（垂）；地温梯度为2.25◦C/100 m，储层中部温度约为123.7◦C；孔隙度在6.00%∼10.00%，平均值为6.14%；渗透率为0.08∼1.28 mD，平均值为0.18 mD，属于特低孔超低渗砂岩储层，常规直井压裂增产幅度有限，无法获得持续的工业油流。因此，这些区块需进行水平井开发，实施分段改造才能实现产量最大化。近年来，国内外中、浅层水平井分段改造技术主体技术已经成熟，工具形成系列化。深层、超深水平井也逐步应用于油气资源的开发利用，但分段改造井次少，技术手段相对单一，工艺技术与配套工具处于试验与攻关阶段。概括国内外深层水平井分段改造技术，主要有水力喷射分段压裂技术［1］、射孔+泵送桥塞联作分段压裂技术［2］、裸眼封隔器+滑套分段压裂技术［23］。水力喷射分段压裂技术不受完井方式的限制，可一趟管柱完成多段压裂，施工管柱可作为生产管柱；射孔+泵送桥塞联作分段压裂技术适用于套管完井，射孔后泵送桥塞，压裂段数多，压后可钻除桥塞；裸眼封隔器+滑套分段压裂技术采用压裂与生产一体化管柱，投球打开滑套分压各段，分压段数多，施工快捷。

1　施工难点及技术对策

（1）该区块志留系前期未进行类似储层改造，压裂施工存在不确定性，对地层认识不充分，因此主压裂前先进行小型压裂测试，求取地层参数，据此优化泵注程序。（2）埋藏深，高温（123.7◦C）、高地层压力（73.1MPa）、高破裂压力（0.0247MPa/m），井眼尺寸不规则，局部井眼曲率过大，入井管串对工具要求较高。在顺9井区采用裸眼封隔器+滑套分段压裂工艺技术，优选斯伦贝谢的StageFRAC工具。（3）储层物性差、储层致密，低孔低渗，对压裂液性能提出很高要求，斯伦贝谢YF135HTD胍胶压裂液耐温性能好、携砂能力强、残渣含量低，总体性能优异。（4）底水发育，储隔层应力差小，缝高控制难度较大。斯伦贝谢J-FRAC技术，采用专门设计的固体封堵材料，用以控制裂缝高度的延伸，避免沟通附近水层。

2　裸眼封隔器+滑套分段压裂工艺

针对顺9地区储层低渗致密、超深、高温、高压、井眼尺寸小、破裂压力高、井径变化大等特点，在该区域主要采用了裸眼液压封隔器+滑套分段压裂工艺技术。该技术依据套管尺寸或裸眼段直径可一次性下入多级封隔器，通过投球打滑套分压各段，具有分压段数多、施工快捷等优点。

2.1裸眼封隔器及配套工具

裸眼液压封隔器长度短、胶筒短（30 cm），在相同狗腿度情况下，入井风险小，同时其内径大，在加砂压裂过程中产生砂堵的几率小，即使产生砂堵，也易于采取后续措施进行冲砂作业。斯伦贝谢的StageFRAC工具可适用∼的裸眼尺寸与∼的套管尺寸，压力级别70，83，105 MPa。其中工具体系最多实现25级分层措施，工具体系最多实现30级分层措施。根据顺9井区井筒条件，选择耐压70 MPa、耐温218◦C的裸眼封隔器及配套工具。

2.2裸眼封隔器及压裂端口位置的确定

水平井裸眼封隔器位置的确定需要综合考虑地质上储层改造需求，井眼轨迹，井径大小等因素，确定多级压裂封隔器及压裂端口位置的原则为：（1）压裂端口放置于本级物性、气测显示最好，应力最低的储层段；（2）裸眼封隔器要求放置在裸眼井径和封隔器尺寸尽量接近的井段；（3）StageFRAC工具串通过狗腿度大于4°/30 m的井段时需要格外注意。

2.3尾管悬挂封隔器座封位置的确定

尾管悬挂封隔器位置由最大井斜、固井质量、套管接箍、压裂时压裂管柱受力及尾管密封胶筒的位移等几个因素决定，因此，尾管悬挂封隔器及回接密封总成部分的下入要求：（1）由于密封胶筒为长6.1 m的封隔器，要求最大井斜不超过10°；（2）座封位置固井质量要好；（3）座封时避开套管接箍；（4）尾管悬挂封隔器回接密封总成承压要求满足压裂砂堵时的最高施工压力；（5）在砂堵的情况下，尾管密封胶筒的位移应小于6.1 m。

2.4分段压裂管柱

顺9井区水平井分段压裂管柱采用41/2″，油管从上到下包括悬挂封隔器、裸眼封隔器、投球滑套、锚定封隔器、压差滑套和引鞋等，管柱示意图见图1。

图1　顺9井区分段压裂管柱示意图Fig.1　Shun 9 wellblock staged fracturing string schematic diagram

3　压裂方案优化设计

3.1小型压裂测试

由于顺9井区目前处于探评阶段，对储层的认识不够充分，在主压裂之前进行小型压裂测试，可帮助我们认识储层，求取地层参数［3］。通过对顺 9CH井 6 331∼6 444 m段进行小型测试分析，取得以下认识：（1）破裂压力梯度0.018 66 MPa/m，闭合压力梯度0.016 8 MPa/m，滤失系数3.15×10−4m/min0.5，液体效率30%，为主压裂施工车组选择等提供了依据。（2）G函数曲线特征显示，在闭合点之前，曲线往下凹，说明储层存在高裂缝特征［5］，在压裂施工时应注意采取控缝高措施。

3.2裂缝参数优化

3.2.1压裂级数优化

以顺9CH井为例，储层水平段长度675 m，通过产量优化模拟软件，在K=0.158 mD，裂缝半长为150 m，支撑剂铺设浓度8.7 kg/m2的情况下对最优的裂缝级数进行优化。优化结果如图2所示，累计产量的增加速率降低。随着压裂级数增加单井累计产量增加。但裂缝级数大于7∼8级后，产量的增加率降低。从经济的角度看，顺9CH井7∼8级施工最优。

3.2.2裂缝长度优化

通过产量优化模拟软件，在K=0.158 mD，支撑剂铺设浓度为8.7 kg/m2，裂缝级数为7的情况下对最优裂缝半长进行优化。模拟结果如图3所示，以累计产量为衡量标准，最优裂缝半长为150∼200 m。当裂缝半长大于200 m后，产量的增加率降低。

3.2.3支撑剂浓度优化

图2 优化施工级数Fig.2　Optimize construction stages

图3 优化裂缝长度Fig.3　Optimize fracture length

通过产量优化模拟软件，对 K=0.158 mD，裂缝级数为 7级，裂缝半长为 150 m下最优的支撑剂铺设浓度进行优化。模拟结果如图4所示，以累计产量为衡量标准，最优支撑剂铺设浓度为 8.7∼9.7 kg/m2。当支撑剂浓度大于9.7 kg/m2（2 lb/ft2）后，产量的增加率降低。

图4　优化支撑剂铺设浓度Fig.4　Optimize proppant laying concentration

3.3压裂液及支撑剂优选

3.3.1压裂液

对于超深致密砂岩油藏来说，压裂液必须是具有配伍性好、低摩阻、低滤失、携砂性能好、破胶彻底、易返排等特点。通过优选评价，顺9井区采用斯伦贝谢YF135 HTD水基冻胶压裂液，该体系是一种硼酸交联，化学延迟的压裂液体系。通过调节延迟剂加量，交联时间可以延迟到延迟时间5∼6 min，最多12 min（取决于温度），这将极大地降低管柱中的摩阻；其高温流变曲线如图5所示，在127◦C下，压裂液的黏度可以维持高于100 mPa·s超过2 h；破胶后黏度小于9 mPa·s，残渣含量为589 mg/L，满足超深特低渗储层压裂改造的需要。

3.3.2支撑剂

由于顺9井区目的层埋藏深，因此所使用的支撑剂需要较高强度，在压裂施工以后，裂缝中的支撑剂所承受的压力将是储层闭合压力与储层压力的差，但考虑到油井的长期开采，后期储层压力会下降较大，因此按储层的闭合压力大小来选择支撑剂。根据计算，该井的闭合压力约为85 MPa，按照参数对比高强度陶粒可以满足要求。根据不同闭合压力下支撑剂的渗透率对比，采用30/50目高强陶粒作为主支撑剂，该支撑剂在闭合压力86 MPa下，破碎率小于3.68%。

3.4施工泵注程序

以顺9CH为例，根据小型压裂测试分析的结果，主压裂泵注程序设计按照以下原则：（1）液体效率偏低，使用降滤失剂结合粉陶段塞提高液体效率；（2）前置液比例控制在40%左右；（3）最高加砂浓度480∼540 kg/m3；（4）为防止缝高过大，施工排量控制在5.0 m3/min。

4　施工情况及效果

目前塔中顺9井区水平井分段压裂改造共施工顺902H、顺9CH、顺9-1H3口井，3口井均采用裸眼封隔器+滑套压裂工艺技术，施工成功率达100%，顺9CH更创造了中国深井分段压裂改造的纪录。压后顺9CH、顺9-1H建产，顺902H为水层，建产率达66.7%，具体施工参数及压后增有效果见表1。

表1　顺9CH井分段压裂施工数据及效果统计表Tab.1　Shun 9CH well staged fracturing construction data and effect statistics

5　结　论

（1）水平井分段压裂技术是提高致密油藏产能和开发效果的关键技术，和原直井顺9相比，顺9CH分段压裂产能增加3∼4倍。

（2）形成了适合塔中顺9井区水平井分段压裂优化设计方法，以累计产量为衡量标准，优化了顺9井区水平井分段压裂参数：压裂级数为6∼7级，裂缝半长为150∼200 m，支撑剂浓度为8.7∼9.7 kg/m2。

（3）裸眼封隔器+滑套分段压裂工艺技术可一次性下入多级封隔器，投球打滑套分压各段，分压段数多、施工快捷，管柱的耐温耐压性能良好，能较好地满足顺9井区水平井分段压裂改造。

（4）斯伦贝谢YF135HTD水基冻胶压裂液是一种硼酸交联，化学延迟的压裂液体系。具有低摩阻、耐温性能好、破胶性能好、残渣含量低等特点，能较好地满足顺9井区水平井分段压裂改造的需要。

（5）裸眼封隔器+投球滑套分段改造技术在顺9井区水平井取得较大进展，但还存在投球返排困难、砂堵处理手段有限、后期修井措施少等一系列难点，需要进一步进行优化研究。

［1］刑景宝.大牛地气田水平井分段压裂技术研究与应用［J］.钻采工艺，2011，34（2）：25-28.

Xing Jingbao.Research and application of staged fracturingtechnologyforhorizontalwellinDaniudiGasField［J］. Drilling&Production Technology，2011，34（2）：25-28.

［2］王定峰，张孝栋，王建平.水平井分段压裂技术及在长北气田的适用性研究［J］.石油化工应用，2012，31（5）：28-33.

Wang Dingfeng，Zhang Xiaodong，Wang Jianping.Horizontal well multi-stage fracturing technology and appli-cability study in Changbei Gasfield［J］.Petrochemical Industry Application，2012，31（5）：28-33.

［3］胡艾国，熊佩，姚昌宇，等.大牛地气田水平井压裂技术现状及展望［J］.钻采工艺，2012，35（5）：59-62.

Hu Aiguo，Xiong Pei，Yao Changyu，et al.Status quo and prospect of horizontal wells fracturing technology in Daniudi Gas Field［J］.Drilling&Production Technology，2012，35（5）：59-62.

［4］张平，何志勇，赵金洲.水力压裂净压力拟合分析解释技术研究与应用［J］.油气井测试，2005，14（3）：8-10.

Zhang Ping，He Zhiyong，Zhao Jinzhou.Study and application of net pressure matching and analysis interpretation tech for hydraulic fracture［J］.Well Testing，2005，14（3）：8-10.

［5］Nolte K G.Fracture pressure analysis，for non-ideal behavior［J］.JPT，1991，43（2）：210-218.

［6］李宪文，凌云，马旭，等.长庆气区低渗透砂岩气藏压裂工艺技术新进展以苏里格气田为例［J］.天然气工业，2011，31（2）：20-24.

［7］喻鹏，车航，刘汉成，等.苏75-70-6H水平井裸眼封隔器10级分段压裂实践［J］.石油钻采工艺，2010，32（6）：72-76.

Yu Peng，Che Hang，Liu Hancheng，et al.Practice of 10 stage fracturing with open hole packer in horizontal well in Well Su75-70-6H［J］.Oil Drilling&Production Technology，2010，32（6）：72-76.

［8］陈作，王振铎，曾华国.水平井分段压裂工艺技术现状及展望［J］.天然气工业，2007，27（9）：78-80.

Chen Zuo，Wang Zhenduo，Zeng Huaguo.Status quo and prospect of staged fracturing technique in horizontal wells［J］.Natural Gas Industry，2007，27（9）：78-80.

［9］张恒，刘洋，李强，等.水平井裸眼分段压裂完井技术在苏里格气田的应用［J］.石油钻探技术，2011，39（4）：77-80.

Zhang Heng，Liu Yang，Li Qiang，et al.Application of staged fracturing completion technology in horizontal openhole wells in Sulige Gas Field［J］.Petroleum Drilling Techniques，2011，39（4）：77-80.

［10］曾凡辉，郭建春，苟波，等.水平井压裂工艺现状及发展趋势［J］.石油天然气学报，2010，32（6）：294-298.

［11］张应安.松辽盆地致密砂岩气藏水平井多级压裂现场实践以长深D平2井为例［J］.天然气工业，2011，31（6）：46-48.

Zhang Ying′an.Multi-stage frac treatment in horizontal wells of tight sandstone gas reservoirs in the Songliao Basin：A case history of the horizontal well Changshen D2［J］.Natural Gas Industry，2011，31（6）：46-48.

［12］郑云川，陶建林，蒋玲玲，等.苏里格气田裸眼水平井分段压裂工艺技术及其应用［J］.天然气工业，2010，30（12）：44-47.

Zheng Yunchuan，Tao Jianlin，Jiang Lingling，et al.Application of open hole horizontal well multiple fracturing in the Sulige Gas Field［J］.Natural Gas Industry，2010，30（12）：44-47.

［13］曹阳，陈琛，史雪枝，等.川西致密气藏裸眼水平井分段压裂技术［J］.石油钻探技术，2012，40（3）：13-17.

CaoYang，ChenChen，ShiXuezhi，etal.Multi-stagefracturingtechniquesforopenholehorizontalwellsinwestern Sichuan tight gas reservoirs［J］.Petroleum Drilling Techniques，2012，40（3）：13-17.

［14］詹鸿运，刘志斌，程智远，等.水平井分段压裂裸眼封隔器的研究与应用［J］.石油钻采工艺，2011，33（1）：123-125.

Zhan Hongyun，Liu Zhibin，Cheng Zhiyuan，et al.Research on open hole packer of staged fracturing technique in horizontal wells and its application［J］.Oil Drilling& Production Technology，2011，33（1）：123-125.

［15］Maddox B D，Wharton M，Hinkie R L，et al.Cementless mult-zone horizontal completion yields three-fold increase［C］.SPE 112774，2008.

米强波，1981年生，男，汉族，四川遂宁人，高级工程师，博士研究生，主要从事储层改造方面的研究工作。E-mail：miqiangbo@163.com

伊向艺，1961年生，女，回族，辽宁法库人，教授，博士生导师，主要从事油气储层增产技术、油藏工程及提高采收率等方面研究。E-mail：yxy610059@yahoo.com.cn

罗攀登，1985年生，男，汉族，湖南邵阳人，工程师，硕士，主要从事储层改造方面的研究。E-mail：luopandeng.xbsj@sinopec.com

任岚，1979年生，男，汉族，四川南部人，讲师，博士，主要从事油气田增产理论及技术方面的研究教学工作。E-mail：renren@swpu.edu.cn

编辑：牛静静

编辑部网址：http：//zk.swpuxb.com

Horizontal Well Staged Fracturing Technology of Tight Sandstone Reservoirs with Super Depth in Tazhong Area

Mi Qiangbo1，2*，Yi Xiangyi2，Luo Pandeng1，Ren Lan3
1.Research Institute of Engineering Technology，Northwest Oilfield Branch，SINOPEC，Urumqi，Xinjiang 830011，China 2.College of Energy Resources，Chengdu University of Technology，Chengdu，Sichuan 610059，China 3.Key Laboratory of Gas Reservoir Geology And Exploitation Engineering，Southwest University of Petroleum，Chengdu，Sichuan 610500，China

Horizontal Staged fracturing technology has been widely used in oil and gas fields in Daqing，Liaohe，and Huabei and Xi′an in China，but it is mainly used in reservoirs with vertical depth of less than 4 000 m.Conventional vertical well fracturing stimulation has limitations in production increase，and cannot sustain the industrial oil flow as sandstone reservoirs in Shun-9 well area，which has super depth reservoirs and their poor physical properties.So there has great needs to increase thedrainageareaandimprovewellproductivitythroughhorizontalstagedfracturingtechnology.Butthecharacteristicsofsuper buried depth，high closure pressure and fracture pressure of Shun-9 well bring a series of difficulties for the staged fracturing technology of transformation tool selection，liquid systems and technology method.Based on the analysis of foreign fracturing technology deep horizontal well of Shun-9 well reservoir characteristics and an domestic technical capabilities horizontal well transformation，the horizontal well transformation process and tools，liquid systems and fracture parameters are optimized for developing the horizontal well fracturing technology for Shun-9 well area.

shun-9；tight sandstone；horizontal well；staged fracturing；closure pressure

10.11885/j.issn.1674-5086.2013.01.05.02

1674-5086（2015）02-0114-05

TE357

A

2013-01-05网络出版时间：2015-03-30

米强波，E-mail：miqiangbo@163.com