水力喷砂分段压裂工艺在中平6井的现场施工分析

王昱茜，赵 婷，胡国强，张 欣，汪泳潮，常向阳

（延安大学石油工程与环境工程学院，陕西延安 716000）

研究区属低渗透-特低渗透油田，地层压力均较低，经过长时间注水开发，油藏天然能量严重不足，水窜严重，水驱效率降低，油田开采开发出现了产量低的严重问题[1]。中平6井位属靖边油田地块，该井是延长油田股份有限公司靖边采油厂的一口水平井，构造为鄂尔多斯盆地伊陕部斜坡，其油层孔隙度范围为5.4%～9.3%，渗透率范围为0.01 mD～0.3 mD，含油饱和度范围为19.6%～58%，该井为新井，井筒为空井筒，部分井段固井质量较差，对此应急需改进，并使该井投入生产[2，3]。

水力喷砂分段压裂技术是20世纪90年代末发展起来的一种新型的水力压裂技术，通过高速射流射开套管和地层，形成一定深度的喷孔，流体动能转化为压能，在喷孔附近产生水力裂缝，实现射孔压裂联作[4]。该工艺具有射孔、压裂、隔离一体化作业的特点，井下工具简单，安全风险小，适用于多种储层类型和完井方式[5]。

因此，对中平6井实行水平井水力喷砂分段压裂工艺技术以提高油井采油量。本文通过对中平6井水力喷砂分段压裂工艺相关参数，现场施工等进行研究以求达到稳油控水、提高产能的目的。

1 中平6井井况

1.1 油井基本数据

中平6井是鄂尔多斯盆地伊陕部斜坡的一口水平井，地处陕西省靖边县。该井完钻井深为2 475.0 m，水平段长度为360 m，最大井斜为90°，井眼方位18°，钻井无异常显示，完钻层位为长6。该井采取套管完井方式，具有低孔低渗，低压力的特点。

1.2 油层基本数据（见表1）

表1 油层基本数据表Tab.1 Reservoir basic data sheet

2 水力喷砂分段压裂工艺

2.1 压裂原理

该工艺的原理：水力喷砂分段压裂的技术原理是根据伯努利方程，通过高速水射流射开套管和地层，形成一定深度的喷孔，喷孔内流体动能转化为压能，当压能足够大时，诱生水力裂缝。通过环形注入液体使井底压力刚好控制在裂缝延伸压力以下，射流出口周围流体速度最高，其压力最低，环空泵注的液体在压差作用下进入射流区，与喷嘴喷射出的液体一起被吸入地层。在射流出口远端的流体速度最低，压力最高，高出的压力加上井底的裂缝延伸压力驱使裂缝向前延伸。压裂下一层段时，因井底压力刚好控制在裂缝延伸压力以下，已压开层段不再延伸[6-8]。因此，不用封隔器与桥塞等隔离工具，实现自动封隔，通过控制喷嘴在水平井筒中的位置，依次压开所需改造井段。

2.2 压裂工具

压裂管柱由下到上为：导向丝堵+眼管+单流阀（带球和挡板）+封隔器+喷枪+2 7/8"外加厚倒角油管（水平段）+2 7/8"外加厚油管至井口（示意图见图1）。

2.3 压裂液体系优选

2.3.1 压裂液体系添加剂 由于压裂地层的温度，渗透率，岩石成分和孔隙压力等地层条件不同，以及研究区压裂施工的要求，需优选适当的压裂液体系[9]。经分析，采用胍胶压裂液，由水，稠化剂，交联剂和破胶剂等配制而成，并且为满足压裂液的各项性能要求，加入pH调节剂，杀菌剂，黏土稳定剂，降滤剂等，以改善压裂液流变性，高温稳定性和控制滤失性能等，为保证研究区中平6井压裂施工作业的正常进行，压裂液配方（见表 2）。

图1 水平段管柱结构示意图Fig.1 Horizontal segment string structure

表2 压裂液配方Tab.2 Fracturing fluid formula

2.3.2 压裂液体系浓度 研究表明，在压裂液流变性能相同的情况下，低浓度的胍胶压裂液体系更适合研究区的压裂施工作业[10，11]。原因如下：

低浓度胍胶压裂液体系稠化剂（羟丙基胍胶）用量较低（见表2），大大节省了经济成本。

低浓度胍胶压裂液体系破胶较彻底，低残渣，易返排，可降低对生产层的污染和对填砂裂缝渗透率的影响，可较好的应用于研究区地层。

低浓度胍胶压裂液体系抗剪切稳定性和热稳定性好（可耐高温至150℃），可避免因温度升高或流速增加压裂液体系年度大幅度增加。

3 水力喷砂分段压裂现场试验

3.1 压裂准备

现开长6层水平段压裂试油，压裂井口采用KQ65/70井口，油管用上法兰悬挂式联接，然后进行通井（∮118 mm×1.2 m通井规通井），活性水反循环洗井（洗井用液排量大于500 L/min），试压，下水力喷射钻具，油管校深后水力喷射分段射孔加砂压裂，共压裂6段。第一至六段压裂及射孔用砂均为石英砂，用量分别为 118，18。

3.2 压裂施工

根据录井显示和测井解释结果综合考虑裂缝间的干扰和避开套管接箍位置，对中平6井分六段压裂，射孔位置（见表3）。

地面管线、井口及设备试压45 MPa，环空管线试压35 MPa。第一段压裂施工前管柱必须校深，第二至六段压裂施工前必须进行封隔器验封，压裂过程中支撑剂采用20/40目石英砂，分段压裂施工过程中分别上提工具使喷射器喷嘴到达2 344 m～2 271 m～2 205 m～2 135 m～2 064 m，至第六段压裂施工结束后，起钻，换冲砂抽汲钻具，探砂面，采用冲砂洗井液冲至人工井底，起钻至斜井段，抽汲试油，起下钻过程中，注意做好相关井控措施（见表4）。

水力喷射射孔工艺结束，油管与套管同时注入液体，进一步冲洗水平井段沉砂，各段施工曲线（见图2～图 7）。

由图2可知：第一段施工排量油管1.5 m3/min，套管平衡0.4 m3/min，施工地面最高泵压28.4 MPa，工作压力15.9 MPa，停泵压力2.9 MPa，平均砂比24.2%，总入地支撑剂量12.0 m3，液量81.7 m3+射孔液量83.2 m3=164.9 m3。

表4 压裂施工相关参数Tab.4 Fracturing construction related parameters

图2 长6第一段施工曲线图Fig.2 The first construction curve of Chang 6

图3 长6第二段施工曲线图Fig.3 The second construction curve of Chang 6

由图3可知：第二段施工排量油管1.6 m3/min，套管平衡0.6 m3/min，施工地面最高泵压37.7 MPa，工作压力20.6 MPa，停泵压力5.5 MPa，平均砂比23.6%，总入地支撑剂量16.0 m3，液量123.4 m3+射孔液量95.1 m3=218.5 m3。

由图4可知：第三段施工排量油管1.6 m3/min，套管平衡0.6 m3/min，施工地面最高泵压32.2 MPa，工作压力23.1 MPa，停泵压力4.1 MPa，平均砂比25.4%，总入地支撑剂量18.0 m3，液量146.9 m3+射孔液量93.7 m3=240.6 m3。

由图5可知：第四段施工排量油管1.6 m3/min，套管平衡0.6 m3/min，施工地面最高泵压32.7 MPa，工作压力23.2 MPa，停泵压力4.3 MPa，平均砂比25.6%，总入地支撑剂量18.0 m3，液量122.8 m3+射孔液量95.0 m3=217.8 m3。

图5 长6第四段施工曲线图Fig.5 The fourth construction curve of Chang 6

由图6可知：第五段施工排量油管1.6 m3/min，套管平衡0.6 m3/min，施工地面最高泵压33.8 MPa，工作压力26.9 MPa，停泵压力3.5 MPa，平均砂比24.3%，总入地支撑剂量16.0 m3，液量114.3 m3+射孔液量96.9 m3=211.2 m3。

由图7可知：第六段施工排量油管1.5 m3/min，套管平衡0.4 m3/min，施工地面最高泵压26.4 MPa，工作压力19.0 MPa，停泵压力3.4 MPa，平均砂比25.6%，总入地支撑剂量15.1 m3，液量97.9 m3+射孔液量77.6 m3=175.5 m3。

在水平井喷砂压裂试验过程中，采用分段处理的方法，将6级喷枪逐级打开，并采集相关的数据（见表5）。各级喷砂压裂工作时长及前置液、射孔液等注入量消耗和压力变化。并且每2次压裂试验后对试验装置重新进行压力测试，以确保试验数据准确。本次水平井喷砂压裂试验达到了良好的增产效果，压后下泵求产，日产油36.2 t，说明水力喷射压裂取得了较好的效果。

图6 长6第五段施工曲线图Fig.6 The fifth construction curve of Chang 6

图7 长6第六段施工曲线图Fig.7 The six construction curve of Chang 6

表5 中平6井六段压裂施工参数Tab.5 Six sections of fracturing construction parameters of Zhongping 6 well

4 结论

（1）中平6井水力喷射分段压裂试验的成功，为靖边油田下步水平井水力喷射分段压裂工艺实施提供参考。

（2）水力喷射压裂技术集射孔、压裂、隔离一体化新型增产措施，无需封隔器一趟管柱实现多段压裂。它综合了水力喷射射孔、水力喷射压裂和水力分隔三项技术。简化了工艺，节省了时间，提高了作业效率。

（3）水力喷射压裂施工过程中能够有效降低井底地层破裂压力，可在任何位置准确造缝，而且不同位置可以采用不同压裂方案。