水平井重复压裂改造工艺概述与分析

李卫东，张敏，吕栋

水平井重复压裂改造工艺概述与分析

李卫东，张敏，吕栋

（延长油田股份有限公司， 陕西 延安 716000）

对于低渗透或超低渗透油气藏而言，水平井已成为主要开发手段，但其产量递减快、后期稳产难度大，并且由于国际油价长期处于低位震荡中，新钻井成本压力大，所以开展水平井重复压裂可以提升区块整体开发效果。分析了水平井重复压裂选井原则及影响因素，对老缝延长压裂、老缝暂堵压裂、老缝封堵、补压新缝、增能压裂、管外窜压裂六种重复压裂改造方式进行阐述，最后提出了水平井重复压裂面临的挑战。

水平井； 重复压裂； 低渗透

对于低渗透或超低渗透油气藏而言，水平井已成为主要开发手段，由于自然产能低，压裂改造是常用的技术手段。随着对储层认识的加深、压裂工艺技术的不断创新与发展，初次压裂的工艺和参数与储层已不相适应，再加上油藏开发过程中由于井底污染、支撑剂失效等原因，产能出现下降，与预测产量不符，导致采收率降低。由于水平井人工裂缝周边还存在大量剩余油未动用，因此开展水平井重复压裂是一项亟需解决的问题，目前国内外在这方面开展了多项探索试验，本文将从重复压裂选井原则、影响因素、方式方法、工艺技术、风险挑战等方面进行阐述与分析。

1 水平井重复压裂选井原则

水平井作为低渗透油气藏的主要开发手段，通过不断摸索和创新，已形成了以分段改造为核心的多种改造工艺。为了提高重复压裂的改造效果，提升经济效益，经过研究和摸索，制定了以下选井原则[1-2]。

1） 水平井初次压裂后产量较高，并且油井周边剩余油饱和度高，具备足够的可采储量，地层压力保持水平较好。

2） 井筒状况符合重复压裂要求，未发生变形，能下入桥塞等工具，并且固井质量合格。

3） 在生产过程中，未发现井筒遗留前次压裂的封隔器残留或者有结蜡、出砂结垢等情况，水平段全通径是重复压裂选井的首要前提。

4） 初次压裂设计由于储层认识不清、裂缝间距偏大、压裂液和支撑剂选取不恰当、工程参数偏小等原因导致产量低于预测产量。

5） 压裂施工结束后返排过程中，油嘴选取不恰当，导致返排过快，支撑剂被携带出地层，裂缝过早闭合。

6） 重复压裂候选井与临井有足够的间距，不会出现因提高施工规模导致溢流、水窜等问题。

7） 重复压裂候选井一侧有长时间生产老井时，应对老井进行能量补充，防止出现单侧裂缝过长，影响压裂效果。

常用的选井方法有矿场经验法、人工神经网络、模糊评判法、灰色关联法等方法[3-4]，在实际应用中运用合理的选井方法可以使得重复压裂效果得到显著提高。

2 水平井重复压裂影响因素

重复压裂效果的影响因素很多，根据油田实际情况和国内外专家经验总结，可以归纳为四类，分别为地质因素、完井因素、生产因素、岩石力学因素。各因素内部之间关系复杂，在不同程度上影响压裂效果[5-6]。

1） 地质因素是油井产能的主控因素，主要包括储层渗透率、孔隙度、含油饱和度、含油砂岩长度、油层厚度、自然伽马、地层流体黏度等。

2） 完井因素代表了初次改造规模的大小，主要包括压裂段数、簇数、段间距、簇间距、单段液量、单段砂量、排量等。

3） 生产因素代表了地层能量保持水平和采出程度，主要包括返排率、地层压力、初周月日产量及含水率、目前日产量及含水率、累计产量等。

4） 岩石力学因素是储层改造的核心因素，代表了能否形成复杂缝网，主要包括储层脆性、地应力、天然裂缝密度、储隔层应力差、杨氏模量、泊松比等。

3 水平井重复压裂方式

3.1 老缝延长压裂

目前水平井补充能量依然处于摸索阶段，主要依靠天然能量进行开发。如图1所示，老缝延长压裂主要针对以下两种情况。

1） 由于储层认识不足导致初次压裂规模较小，人工裂缝与储层动用不匹配，原油产量较低，通过加大规模进行重复压裂，形成新的油气渗流通道，增大有效泄流面积，提升储层动用程度，进而提高油井产量。

2） 由于在压裂施工及返排过程中的不当操作，导致压裂失败；初次压裂液和支撑剂选择不合适导致储层污染；或者在生产过程中支撑剂失效导致裂缝导流能力降低，影响油气渗流，降低原油产量。通过重复压裂可以有效清除裂缝内污染，并恢复已闭合的裂缝，用高强度压裂砂提供新的有效支撑，恢复裂缝导流能力，恢复油井产量。

图1 老缝延长压裂效果图

3.2 老缝暂堵压裂

初次压裂导致井筒周围地应力发生改变，老缝暂堵压裂就是使用暂堵剂对初次压裂裂缝端部进行封堵，使裂缝发生转向，形成新的裂缝，如图2所示。在压裂过程中，压裂液携带暂堵剂进入原有裂缝，暂堵剂在裂缝端部建立封堵，使压裂液转向到未压裂区域，形成新的裂缝，增大岩石破碎体积，增加新的渗流通道。最后，暂堵剂逐步降解，解除对原有裂缝的封堵。长庆油田在安塞选用油溶性蜡球作为暂堵剂，高强度的陶粒为支撑剂，措施后效果明显 。该方法成本低，施工难度低，但是对于暂堵剂量无法准确把握，因此需要与实际区块地层、井筒、泵注程序相结合进行优化[7]。

图2 老缝暂堵压裂效果图

3.3 封堵老缝、补压新缝

针对原有射孔段出水等情况，采用机械封隔技术，使用内置小套管或膨胀衬管对原有射孔簇进行永久封隔，相当于形成一口小孔径新井眼，再通过类似新井投产的方法选取新的射孔簇进行压裂，如图3所示。该方法封隔效果好，能实现对出水段或者亏空段射孔簇的完全封堵，缺点是投资大、施工难度较高。

1） 内置小套管封隔技术。该工艺是通过在原有生产套管中下入小孔径套管，并采用水泥重新固井，形成新的小孔径井眼，然后选取新的射孔簇进行分段压裂。目前延长油田多采用外径139.7 mm、内径124.26 mm或121.36 mm的油层套管，可以在该尺寸套管内下入外径88.9 mm套管，然后进行固井。该工艺由于套管尺寸偏小，并且与地层相隔两层套管和两层水泥环，导致射孔有效孔眼直径偏小，水力摩阻使得施工排量偏低，进而导致射孔簇压裂效果不均匀。为解决该项缺点，可以增加压裂段数，减少段内射孔簇数。

2） 膨胀衬管封隔技术。该工艺是先对原有套管进行刮削，然后下入膨胀衬管，从水平段趾部向根部泵送，使得膨胀衬管在合适位置膨胀至最大直径，对原有射孔簇进行封堵，形成新的小孔径井眼，然后采用新井投产的方式进行分段压裂。根据延长油田目前采用的套管类型可以使用107.95 mm膨胀管柱进行封堵。

图3 封堵老缝压裂效果图

3.4 保留老缝、补压新缝

针对裂缝间距过大的水平井，根据储层物性、固井质量、含油饱和度等优选射孔位置，补孔后压裂新缝，提升储层改造程度，使剩余油得到充分动用，如图4所示。

缝间暂堵转向技术是目前主流的重复压裂技术，压裂过程中采用暂堵剂对原有射孔簇进行封堵，使得压裂液转向新的射孔簇，压裂形成新的裂缝，最后暂堵剂降解，解除对原有裂缝的封堵，形成原有裂缝和新裂缝并存的情况，可以增大储层改造体积，增加新的渗流通道，进而提高油井产量，提升最终采收率[8-9]。

图4 补压新缝压裂效果图

3.5 水平井储能/增能重复压裂

通过地质特征和岩石力学研究，目前延长油田水平井压裂多采用大规模体积压裂的模式，在油层中形成复杂缝网，提升改造体积，提高油井产量。但由于鄂尔多斯盆地多属于低压油藏，压力系数0.6-0.8，因此油井降产较快，后期产量较低。通过数值模拟证明，提升地层压力，可以起到裂缝缝长增大、加速微裂缝开启、人工裂缝延伸更平衡等作用。针对体积压裂水平井，采用重复压裂时可以先泵入一定体积的活性水或者驱油液，然后进行大液量的重复压裂，最后再闷井一定时间。该种方式可以补充地层能量，通过大液量的重复压裂激活地层能量，最后闷井过程中在复杂裂缝网络中通过渗吸进行油水置换，进一步提升油井产量。对于塔里木油田，泵入的活性水体积采用累计采出量的两倍；而对于长庆油田，泵入的驱油液体积采用下列公式计算[10-16]：

式中：—水平井单段注入液量，m3；

η—地层能量保持程度；

V—单段亏空体积，m3；

0—基质渗透率，mD。

3.6 管外窜封堵重复压裂

注水区域水平井固井质量较差，或者由于大规模压裂时对固井质量的破坏，重复压裂会出现管外窜流的情况，影响压裂效果。针对该问题，长庆油田经过自主研发，试验形成了纤维降滤+多级粒径堵剂充填的封堵技术，通过在压裂过程中泵入堵剂对固井质量较差的部分进行封堵，取得了显著效果。

以上六种重复压裂方式可单独施工，也可以相互结合。比如可以将老缝延长和补压新缝结合，将暂堵转向和增能压裂结合等，可以进一步增加改造规模，提升压裂效果。

4 水平井重复压裂工艺技术

4.1 双封单卡压裂工艺

老缝加大规模压裂、补压新缝及缝内暂堵转向三种重复压裂措施均可以采用该工艺管柱，如图5所示。该工艺具有以下特点：

1） 针对性强，可控制各层段处理规模。

2） 加砂量大，通过优化材料和喷嘴，应用耐磨导压喷砂器，应用低摩阻支撑剂，可大幅度提高加砂规模。

3） 安全性高，小直径封隔器，有可靠地防卡、解卡机构。

4） 效率高，一趟管柱可完成3～5层压裂，节省施工时间，降低作业工人劳动强度。

1—安全接头；2—扶正器；3—水力锚；4—封隔器；5—喷射器+皮碗式封隔器；6—导向装置

4.2 大规模单卡压裂工艺

大规模单卡压裂工艺通常与暂堵转向压裂相结合，特别适应于由于固井质量及井筒完整性较差无法采用双封单卡工艺管柱进行分段压裂的水平井，如图6所示。目前延长油田水平井水平段较长，并且压裂段数较多，大规模单卡压裂工艺应用空间较小。

5 水平井重复压裂面临的挑战

水平井重复压裂虽然在国内外部分油田取得了一定效果，但是依然处于探索和试验阶段，面临成本控制、工艺特性、施工风险等挑战[17-22]。

1—安全接头；2—水力锚；3—闷井循环阀；4—封隔器；5—封隔器；6—喷嘴

1） 成本控制。水平井重复压裂多采用大规模压裂，针对早期压裂设计方案不合理的油井，可以取得一定效果。对于目前分段体积压裂的施工工艺，虽然在排量、砂量、段间距、簇间距等方面进行优化，但效果仍存在一定差距，导致投入产出比偏低，成本压力较大。

2） 工艺特性。针对不同区块地层、不同油井的多种情况，需要选取针对性的重复压裂措施。本文第四部分阐述了六种重复压裂方式，各有其优缺点，必须在对区块地质精细描述、油井状况准确把握的情况下，才能选取最合适的重复压裂方式。

3） 施工风险。重复压裂工艺尚处于探索和试验阶段，对于规模的把握、裂缝的延伸不能精准刻画，存在压窜等情况，导致施工井和周围临井因出水报废，损失巨大。目前水平井补充能量依然处于摸索阶段，主要依靠天然能量进行开发。如图1所示，老缝延长压裂主要针对以下两种情况。

6 结束语

1） 低渗致密油藏多采用水平井进行开发，其初产高，由于多种情况导致后期产量下降明显，需采用重复压裂的方式进行改造，建议加快探索试验水平井重复压裂，提升油田开发效果。

2） 水平井选井优先选取剩余油饱和度高，具备足够的可采储量，地层压力保持水平较好，并且井筒全通径和固井质量合格的油井，可以使得重复压裂效果得到提升。

3） 根据水平井井况可以针对性地选择重复压裂措施，包括老缝延长、老缝暂堵、老缝封隔、补压新缝、增能压裂、管外窜等方式。

4） 水平井重复压裂虽然取得了一定效果，但仍然面临成本控制、区块特性、施工风险三方面的挑战。

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Overview and Analysis of Horizontal Well Repeated Fracturing Technology

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（Yanchang Oil Field Co., Ltd., Yan’an Shaanxi 716000, China）

For low permeability or ultra-low permeability oil and gas reservoirs, horizontal well process has become a main development method, but their production decline is fast, and it is difficult to stabilize production in the later stage. Moreover, because the international oil price is low for a long time, the cost pressure of new drilling is high, so the repeated fracturing of horizontal wells can be used to improve the overall development effect of the block. In this paper, the well selection principles and influencing factors of horizontal well repeated fracturing were analyzed, six repeated fracturing reconstruction methods were expounded, including old fracture extension fracturing, old fracture temporary plugging fracturing, old fracture plugging, pressure supplement new fracture, energy increasing fracturing and out of pipe channeling fracturing. Finally,the challenges faced by horizontal well repeated fracturing were put forward.

Horizontal well; Repeated fracturing; Low permeability

2021-07-29

李卫东（1987-），男，工程师，硕士，陕西省咸阳市人，2012年毕业于中国石油大学（华东）油气田开发工程专业，研究方向：储层改造理论和应用。

TQ357

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1004-0935（2021）10-1572-05