深层天然气裸眼水平井分层多级大规模压裂诊断技术

韩丹丹

(大庆油田有限责任公司测试技术服务分公司 黑龙江 大庆 163153)

·仪器设备与应用·

深层天然气裸眼水平井分层多级大规模压裂诊断技术

韩丹丹

(大庆油田有限责任公司测试技术服务分公司 黑龙江 大庆 163153)

针对近年深层火山岩勘探目标从徐中区块向安达、肇州及徐东区块转移，并逐步进入在常家围子、古龙莺山和双城断陷。但受储层物性条件差、区域构造条件复杂影响，压裂改造难度进一步增大，增产效果不明显。以往垂直井压后单井产量低，压后一般日产气小于二万方，较难实现产能突破。通过水平钻井方式，达到提高储层动用程度目的。通过对水平井裸眼井段开展分段压裂试验，提高单井产能，探索深层气水平井裸眼管外封隔器滑套式多段压裂工艺，探索深层气水平井大规模压裂施工工艺，开展与裸眼分段压裂相配套的地面流程及现场施工工艺试验。初步形成了以设计优化、现场施工控制技术及配液压裂组织保障等的综合控制技术措施，有效保证了该类复杂储层大规模施工目标的实现，提高了改造效果。进一步配套了大庆油田深层火山岩水平井复杂岩性增产工艺，也为同类气藏的压裂开发提供了借鉴。

增产;裸眼;分段压裂

0 引 言

大庆深层火山岩储层主要层位为营城组营四段砾岩及营城组中基性火山岩。营城组砂砾岩厚度大、分布广、普遍含气，孔隙度一般为3%～5%，主要分为一类储层区，直井可获工业气流，基本探明，二类储层区，直井低产，水平井可获得工业气流。营四段砂砾岩储层主要属于二类储层，横向分布稳定，普遍含气，基本不含水，垂直井单井产量低，压后一般日产几百立方米至一二万立方米，砂砾储层类型分类情况见表1。

表1 砂砾储层类型分类表

中基性火山岩主要分布在安达和徐南区块，从储层物性上分析，中基性火山岩抗风化能力弱，以小孔隙为主(核磁、薄片)，孔隙连通性差，渗透率低；裂缝发育差，造成可动流体饱和度低，推算中基性火山岩可动流体孔隙度为0.14%，按可动流体饱和度划分属于四类储层，直井增产改造效果不好[1]。

2013～2014年，开始通过水平钻井的方式，达到提高储层动用程度目的，并探索应用深层气水平井裸眼分层多段压裂工艺技术，实现对该类储层产能突破；裸眼分层多段压裂，是利用管外封隔器将裸眼段分成几段，逐级投钢球逐层进行压裂改造，提高单井产量。分层压裂可以省略作业困难的水平井固井以及水平井射孔，节省时间和作业费用。在徐深平XX、宋深XX、宋深平XX成功完成了压裂施工，最高实现了3段压裂，最大规模达到200 m3。

2015年继续完善应用水平井裸眼分层多段压裂工艺技术，进一步实现营四段砾岩及中基性火山岩储层产能突破；重点开展了深层低丰度致密砂砾岩裸眼封隔器分段压裂技术攻关。针对裸眼井段开展分段压裂试验，提高单井产能，探索深层气水平井裸眼管外封隔器滑套式多段压裂工艺，探索深层气水平井大规模压裂施工工艺，开展与裸眼分段压裂相配套的地面流程及现场施工工艺试验。在徐深CPXX(5段)、徐深平XX(7段)、达深CPXX(5段)井成功完成了压裂施工，最高实现了7段压裂，最大规模达到570.5 m3，压后达深CPXX井日产气5.5×104m3，徐深CPXX井2.2×104m3。

针对水平井裸眼分层多段大规模压裂，我们主要从压裂设计优化和现场施工控制技术、配液运砂和压裂组织生产等方面开展工作。

1 压裂设计优化

1.1 裂缝参数优化

根据水平井压裂裂缝造缝机理研究成果，水平井压裂裂缝主要有3种形态：横向缝、纵向缝和水平缝；最佳裂缝形态为与水平井段正交横向缝。

水平井多段裂缝的间距主要有5种类型，如图1所示。

图1 水平井裂缝间距示意图

根据研究结果表明：不同的裂缝间距组合对裂缝的累积产能影响较大。模拟结果表明：当水平井筒根部和端部的裂缝间距小、内部的裂缝间距大时产量最高(情形d)；反之，产量最小(情形e)。位于两段的裂缝产能大于内部裂缝的产能；经过一段时间后，由于裂缝的干扰内部裂缝流动区域的压力下降大，而外部裂缝具有更大的泄油面积，所以外部裂缝的产能将占主导地位[2]。

通过对水平井井眼轨迹、地应力分布特征分析，同时结合测、录井资料，尽量确保每条裂缝形态为与水平井段保持正交的横向缝。且根据目的层段的分布，优化水平井裂缝的间距，尽量确保为间距两端小中间大(情形d)的类型，以达到最佳的压裂效果。

1.2 压裂工具优选

通过对国内外水平井压裂工具的调研，从工具参数、性能、价格等多方面对比，最终优选了美国贝克石油工具公司的Frac-point系统、北京华油油气技术开发有限公司裸眼封隔器及投球工具和四机赛瓦公司的MR-3D封隔器[3]。

达深CPXX、徐深XX井采用美国贝克石油工具公司的Frac-point系统将水平段分隔为五段，连续逐层进行压裂改造，如图2所示。

徐深平XX井采用北京华油油气技术开发有限公司裸眼封隔器将水平段分隔为七段，连续逐层进行压裂改造。压裂施工时，通过投堵不同尺寸的高强度球逐层打压打开裸眼滑套，进行连续分层压裂作业，如图3所示。

图2 达深CPXXX井压裂管柱示意图

图3 徐深平XX井压裂管柱示意图

2 现场施工控制技术

2.1 投球打套工艺技术

水平井裸眼分层多段压裂工艺技术采用一次性下入压裂工具到井底，通过投球打套，逐次打开各级滑套实现分段压裂。压裂通道的开启通过安装在水平段管串的球座来控制。首先，地面提高压力打开底部压力滑套进行压裂施工，施工结束后，投入一个堵塞球打开上部投球滑套进行第二段压裂施工，后续层段分别投入较大尺寸堵塞球，打开相应压裂通道实施逐级分段压裂。

该工艺是在主压裂施工加砂结束时投球，采用胶塞低排量携带，再采用高排量追球，球到井底后，憋压，利用压差剪断销钉，打开滑套，进行下一层压裂施工。该技术通过投球打套逐级分段压裂，既缩短了压裂施工周期，提高了压裂施工的效率；又通过主压裂结束时采用胶塞追球的方式替挤，以免过量替挤，有利的保证了压裂施工的效果[4]。

该工艺技术在达深CPXX和徐深XX井中成功应用，达深CPXX井五段压裂施工，五次投球打套，均有压力显示；徐深XX井7段压裂施工，7次投球打套，均有压力显示；取得了较好的效果。

2.2 测试压裂诊断技术

水平井水平段地应力特征不明确，裸眼分段压裂裂缝起裂位置也不能明确，施工时主要依靠测试压裂诊断技术判断裂缝起裂、延伸特点，为合理采取控制措施、保证施工顺利提供依据，诊断参数见表2。

现场通过小型测试压裂加强对各储层进一步的认识，根据测试压裂解释参数，确定裂缝延伸特征；针对裂缝延伸规律，制定主压裂相应的控制措施。

2.3 主压裂施工控制技术

水平井裸眼滑套多段压裂主要存在以下技术难点：1)裸眼水平段较长，压裂施工时易导致多裂缝产生，不利于主裂缝形成，工艺难度大；2)水平井近井裂缝易发生转向，裂缝转向处缝宽偏窄存在附加摩阻，致使地面压力较高、加砂困难，对设备性能要求较高。

针对以上技术难点，通过测试压裂解释进一步认识地层；结合测试压裂解释参数，现场主压裂主要采取以下控制措施：1)针对微裂缝发育、缝口偏窄等技术难点，采用静态胶塞和多段粉砂处理;2)针对裂缝高度过高，采取动态胶塞控缝高；3)针对近井易形成多裂缝且易发生转向；采取低砂比长时间处理措施；4)在主压裂施工过程中，采取“短砂段临界砂比”判断方法，确定安全加砂界限；5)根据施工压力变化，采取实时变排量处理措施，确保压裂施工顺利进行。

表2 2014年水平井测试压裂诊断参数表

徐深CPXX井4-3号层，主压裂施工曲线如图4所示。

根据测试压裂解释压前打入动态胶塞11.0 m3，静态胶塞3.0 m3，控制缝高和处理多缝；前置液阶段，粉砂三段加入，有一定效果。加砂程序7-10-14%，加砂初期压力降低明显，14%砂比施工一段时间，压力上升，有脱砂显示，降排量至3.0 m3/min，压力还是缓慢上升，并有加剧趋势，砂比降到10%，观测压力特征。到底后压力上升变缓，排量继续降低到2.7 m3/min，之后压力缓慢上升，再把排量降到2.3 m3/min施工，观测压力变化特征，压力上升速度变缓，共加入29 m3陶粒，设计规模30 m3。

图4 徐深CPXX井4-3号层主压裂施工曲线

3 配液运砂和压裂组织生产保障

水平井裸眼滑套分层多段压裂除了以上技术难点外，还存在由于压裂施工规模大，施工时所需液量、砂量较大，是常规压裂施工的十几甚至几十倍，对配液、混砂是一个极大考验。为了最大化提高大规模压裂效果，从技术保障、综合配液、压裂现场施工组织等几个方面，深入剖析难点、积极备战，制定应对措施，全力保障大型压裂的施工效果。

3.1 综合配液及运砂保障方面

1)对于液量小于1 500 m3的井，采用在配液厂配液，反复拉运的方式，就能保证正常施工；液量大于1 500 m3的井，就近选几口水源井，组织现场配液，多准备落地罐，现场配液能力保证2～3 m3/min，满足施工需求，保证每层紧密衔接。

2)对于砂量小于120 m3的井，采用砂罐拉运的方式，就能保证正常施工；砂量大于120 m3的井，采用托板车拉砂到现场，对施工完的砂罐现场进行装砂，满足大砂量的施工需求，保证每层紧密衔接。

3)充分做好施工的各项准备工作，与生产运行部协调沟通，对大规模压裂井所需使用的配液点，提前一天开展设备检查、清洁配液池、各种管线，储备充足的生产用水，保证施工顺利进行。

3.2 压裂施工保障方面

1)抽调最好的压裂设备车组，技术部门选派技术较强的工程技术人员投入到施工中，不论是设备性能技术力量都得到了进一步的保障，为大型压裂井施工提供设备和技术保障。

2)在施工技术上，施工前技术部门组织施工相关工程技术人员认真讨论施工方案，做到“三点三清楚”：落实有关疑点，找到施工难点，提出预防重点；清楚施工技术要求，清楚预压层地质特点，清楚施工时出现异常情况应采取的补救措施，做到施工时心中有数，预防事故发生，保证各项技术指标的有效实施。

3)在施工(大型压裂)井过程中，各级领导干部靠前指挥，统筹安排、统一行动确保了压裂施工的顺利进行。施工前派专人多次进行现场勘查，落实基液存储能力储存罐的摆放，确定多组压裂车定位摆放的地点，混砂车位置的摆放是否能够满足连续加砂要求。经过努力实现了压裂液拉运数千立方米，连续加砂数百立方米的施工能力，保证了大型压裂井的施工要求[6]。

通过以上措施的制定，通过对三口水平井裸眼滑套分层多段大规模压裂的现场试验，取得了较好的效果，基本验证了压裂设计和现场施工控制技术的适用性。其中徐深平XX井创造了深层气水平井压裂施工四“最”：总规模最大570.5 m3支撑剂；总液量最多5291.3 m3；单层加砂最多130.5 m3；分层段数最多7段。

4 结论与认识

1)针对水平井裸眼分层多段压裂，初步形成了以设计优化、现场施工控制技术及配液压裂组织保障等的综合控制技术措施，有效保证了该类复杂储层大规模施工目标的实现。

2)上述技术的成功应用，进一步配套了大庆油田深层火山岩水平井复杂岩性增产工艺，也为同类气藏的压裂开发提供了借鉴。

[1] 米卡尔J.埃克诺米德斯. 油藏增产措施[M].石油工业出版社，2002:120-177.

[2] 王鸿勋，张士诚. 水力压裂设计数值计算方法[M]，1998:105-166.

[3] 曹宝军,李相方,姜子杰，等. 压裂火山岩气井不对称裂缝产能模型研究[J]，天然气工业. 2009, 29(8):79-81.

[4] 王艳丽，压裂压力曲线解释方法研究[D].中国石油大学(华东)，2007.

[5] 潘林华，张士诚，程礼军,等. 水平井“多段分簇”压裂簇间干扰的数值模拟[J]，天然气工业，2014, 34(1):74-79.

[6] MORROW R N.Physics and Thermodynamics of Capillary Action in Porous Media[J]. Industrial and Engineering Chemistry Re-search, 1970,62(6):32- 56.

Diagnosis Technology Application in Large-scale Staged Fracturing Operation on Open-hole Horizontal Well in Deep Gas Reservoir

HAN Dandan

(DaqingOilFieldCo.Ltd.TestingTechnicalServiceCompany,Daqing,HeiLongjiang163153,China)

In recent years, the exploration target of deep extrusive rock transferred from Xu Zhong block to Anda, Zhaozhou and Xu Dong block, and gradually enters Changjiaweizi, Gulong Yingshan and Shuangcheng fault depression. But affected by the bad conditions in reservoir physical property and complicated regional tectonic conditions, the difficulties of fracture reconstruction has further increased, which makes the yield-increasing effect unapparent. The well production rate of vertical well after killing in the past is low and the general daily gas after killing is less than twenty thousand cubic meters, which means the capacity is more difficult to achieve a breakthrough. While through the horizontal well drilling method, the purpose of improving producing reservoirs is achieved. Through the partition fracturing test to the open hole of the horizontal well section, the well production rate can be improved. And also, the sliding sleeve type partition fracturing process of open hole packer and the large scale fracturing construction technology of deep gas horizontal well can be explored, so that the surface process flow and site construction technology test matching with the open partition fracturing can be developed. Integrated control technology measures of design optimization, site construction control technology and fluid distribution fracturing guarantee are initially formed, which can effectively guarantee the realization of the large-scale construction target of such kind of complex reservoirs, and improve the transformation effect. What’s more, the process for increasing production of complex lithology of deep volcanic rock horizontal well in Daqing Oilfield is also matched, and the reference for fracturing development of similar gas reservoirs is also provided.

increase production; open-hole; staged fracturing

韩丹丹，女，1987年生，2009毕业于东北石油大学，目前主要从事资料解释工作。E-mail:117261735@qq.com

P631.8+1

A

2096-0077(2016)06-0075-05

2016-02-26 编辑：马小芳)