水力噴射壓裂技術在篩管完井水平井上的應用

潘建華

(中國石油遼河油田公司高升采油廠,遼寧盤錦124125)

水力噴射壓裂技術在篩管完井水平井上的應用

潘建華

(中國石油遼河油田公司高升采油廠,遼寧盤錦124125)

高升油田水平井數(shù)日益增多,但因儲層物性差和油層污染問題,水平井產(chǎn)能偏低,平均單井日產(chǎn)油僅有3.9t;同時,高升油田水平井均為篩管完井方式,壓裂措施施工難度大、風險高、效果差,油層無法得到有效改造。因此,開展了水平井水力噴射壓裂技術試驗,依據(jù)數(shù)模、物摸、室內實驗及生產(chǎn)實際,進一步優(yōu)化了施工參數(shù)和施工工藝,并在高10塊投入應用1井次,措施后增油效果明顯。

水平井;水力噴射壓裂;增產(chǎn)措施;篩管完井

隨著水平井二次開發(fā)工作的進一步推進,高升采油廠水平井數(shù)日益增多,在高246塊、高21塊、高10塊、高18塊和牛心坨潛山均有分布,目前共有水平井43口,開井34口,平均日產(chǎn)液量363.4t,日產(chǎn)油量149.9t;平均單井日產(chǎn)液14.2t、日產(chǎn)油3.9t,其中低效井7口,占開井數(shù)的20.5%。水平井尚未達到預期的產(chǎn)能,主要的因素之一是部分水平井油層物性差和油層污染,導致水平井產(chǎn)能偏低。

高升采油廠水平井均為篩管完井,常規(guī)壓裂實施難度較大,致使油層得不到有效改造,制約了水平井產(chǎn)能的發(fā)揮。其主要原因是篩管完井水平井實施壓裂前需要進行射孔,作業(yè)工序多、費用高;而常規(guī)壓裂會帶來多余的多重壓裂裂縫,獲得的裂縫常常僅出現(xiàn)在水平段兩端;常規(guī)壓裂需要下入封隔器等井下工具,水平井作業(yè)風險大大增加。對此,應用了水力噴射壓裂技術,實現(xiàn)了對水平井自動封隔、定點壓裂。

1 水力噴射壓裂技術

1.1 技術原理

水力噴射壓裂技術是水力噴砂射孔和水力壓裂相結合的新型增產(chǎn)工藝,由水力噴砂射孔、水力壓裂及環(huán)空擠壓三個過程共同完成。該技術原理基于伯努力方程:流體束的速度變化引起壓力反向變化,噴嘴出口處速度最高壓力最低,隨著流體不斷深入孔道速度逐漸減小,壓力不斷升高,到孔道端處速度達到最低而壓力最高[1],如圖1。

圖1 水力噴射壓裂原理

安裝在施工管柱上的水力噴射工具,產(chǎn)生高速射流沖擊(或切割)套管和巖石,在地層形成一個(或多個)噴射孔道,完成水力射孔;同時噴射流體在孔道內動能轉換為壓能,利用噴射滯止壓力破巖,在孔道端部產(chǎn)生微裂縫;射流繼續(xù)作用在噴射通道中形成增壓,同時向環(huán)空中泵入流體增加環(huán)空壓力,環(huán)空流體在高速射流的帶動下進入射孔通道和裂縫中,使裂縫得以充分擴展,能夠得到較大的裂縫[2]。

噴嘴出口周圍流體速度最高、壓力最低,流體會自動泵入裂縫而不會流到其它地方,環(huán)空的流體也會在壓差作用下進入射流區(qū)被吸入地層。因此水力噴射壓裂技術實現(xiàn)了水平井裂縫的定位控制,達到水平井定點壓裂的目的。

1.2 技術特點

水力噴射壓裂技術具有如下特點:無需封隔器或橋塞等隔離工具,實現(xiàn)井段的自動封隔與定點壓裂,水平井施工風險小且操作簡便;無需單獨射孔作業(yè),實現(xiàn)了射孔、壓裂一次完成,比常規(guī)壓裂工藝節(jié)省了作業(yè)工序;一次管柱可進行多段壓裂,多段壓裂施工周期短,經(jīng)濟安全,且有利于降低儲層傷害;可用于裸眼、套管、篩管等多種完井方式[3]。

2 壓裂參數(shù)的計算與優(yōu)選

2.1 裂縫參數(shù)優(yōu)化

水平井裂縫參數(shù)是影響水平井壓裂開發(fā)效果的重要因素,通過數(shù)模和物模建立了裂縫優(yōu)化模型,優(yōu)化結果為水泥固井、篩管完井、水平段長度在300m左右的水平井,最佳裂縫數(shù)目為4～5條;優(yōu)化縫間距50～80m,裂縫長度100～200m。

2.2 壓裂液配方優(yōu)化

水平井壓裂要求壓裂液的流變性、懸砂性好,低殘渣、低傷害、易返排,具有快速、徹底破膠,殘液界面張力低的性能特點。170s-1、50℃條件下壓裂液連續(xù)抗剪切1h,粘度大于100mPa·s;3.5M Pa、45℃下濾失系數(shù)為6.08×10-4m/min1/2,初濾失量為 1.2cm3/min1/2;巖心傷害率16%～20%[4]。優(yōu)化配方基液:(0.45%～0.47%)HPG+0.3%FR-CL/L H-Ⅸ破乳助排劑+0.1%HCHO殺菌劑+0.03%CO-DFO/L H-Ⅰ消泡劑+1%KCL+0.12%Na2CO3;交聯(lián)劑配方:(0.1%～0.15%)FRCR/L H-Ⅰ+0.01%硼砂。

2.3 支撐劑的優(yōu)化

支撐劑的類型、粒度和濃度是決定水平井壓裂處理效果的重要因素。為了有利于水平井支撐劑的就位,壓裂水平井時,應使用粒度較小、密度中等的支撐劑。為了提高導流能力,可以使用中密度人工陶粒支撐劑。

2.4 施工參數(shù)優(yōu)化

依據(jù)設計裂縫長度,并結合油層導流能力要求,結合FracPro PT軟件模擬結果,確定設計支撐裂縫半長、改造規(guī)模和平均砂比。結合儲層物性和工藝要求,設計壓裂總排量、油管排量以及套管排量。

2.5 施工工藝的確定

用原膠液低泵速灌滿油管及環(huán)空;向油管注入低濃度含砂液體,通過噴射工具進行射孔;關閉套管閘門,向油管注入基液、壓開地層;通過噴射工具注入含砂壓裂液,砂比逐漸增加,同時向油套環(huán)空注入補償液,進行加砂壓裂;最后泵入活性水進行頂替。

3 實施情況及效果分析

3.1 試驗井基本狀況

(1)試驗區(qū)塊概況。試驗區(qū)為高升油田的高10塊Ⅵ砂巖組。高10塊構造上位于遼河盆地西部凹陷西斜坡北端,具有獨立的油水系統(tǒng)。Ⅵ砂巖組呈西高東低的單斜構造,為分流水道微相和中扇前緣微相,巖性為砂礫巖,儲層物性較好,孔隙度為17%～23%,滲透率為(700～1200)×10-3μm2。

(2)試驗井基礎數(shù)據(jù)。高3蓮 H4井位于高10塊東部,生產(chǎn)井段1 907.14～2 145m,水平段長246m。2008年7月完鉆、篩管完井方式,2008年8月開抽,已生產(chǎn)2個周期,累注汽1 967t、累產(chǎn)油660 t、累產(chǎn)水470m3。目前日產(chǎn)液2.5t、日產(chǎn)油0.1t。蒸汽吞注2周期,注汽質量差,注汽壓力高、注汽干度低,回采效果差,未達到預期產(chǎn)能。

3.2 施工設計參數(shù)

設計噴射點1 990m,支撐裂縫半長為110.9 m,石英砂2.4m3、中密度陶粒35m3,平均砂比為24%,壓裂液總量479.8m3。壓裂設計總排量為3.7 m3/min,油管排量為2.6m3/min,套管排量為1.1 m3/min。噴槍采用6×φ6.0mm噴嘴、120度相位角組合,每層安裝3個噴嘴,上下兩層的噴嘴相位60度。

3.3 現(xiàn)場實施情況

高3蓮 H4于2009年9月實施了水力噴砂壓裂,總液量483.6m3,石英砂6m3,中密陶粒40m3,平均砂比24.1%。原膠液低泵速灌滿油管及環(huán)空25m3,排量1～1.2m3/min,壓力保持在4MPa;注入低濃度含砂液體進行射孔50m3,排量大約為2.2 m3/min,壓力37MPa,石英砂6m3;關閉套管閘門,向油管注入基液、壓開地層,排量1.8m3/min,壓力最高達到51MPa,然后逐步降至46MPa;注入前置液95m3,排量1.8m3/min,壓力49MPa;注入含砂壓裂液166m3,進行加砂壓裂,排量1～2m3/min,壓力40～50MPa,同時環(huán)空注入補償液138m3,排量1.1m3/min,壓力11MPa;最后泵入活性水頂替9.6m3。

3.4 措施效果

高3蓮 H4措施后,油井最高日產(chǎn)液26t,最高日產(chǎn)油11.5t;日產(chǎn)液最高增加23.5t、日產(chǎn)油最高增加11.4t,平均單井日增油達到5.5t,見到了較好的措施效果。

4 結論

(1)高升油田水力噴射壓裂技術達到了設計的加砂規(guī)模,說明技術本身以及設計參數(shù)滿足高升油田高10塊水平井壓裂的要求。

(2)水力噴射壓裂技術實現(xiàn)了對篩管完井水平井的的定點壓裂,措施增油效果明顯,開辟了水平井增產(chǎn)新的途徑。

(3)水力噴射壓裂技術在的成功應用,對其它區(qū)塊水平井產(chǎn)能提高提供了借鑒,保障了水平井二次開發(fā)工作的推進,同時為高升油田產(chǎn)量穩(wěn)定提供了技術保障,具有較好的社會效益和經(jīng)濟效益。

[1]田守嶒,李根生,沈忠厚,等.水力噴射壓裂機理與技術研究進展[J].石油鉆采工藝,2008,30(1):58-62

[2]崔會賀,姚光宇,徐勝強.水力噴射定向射孔與壓裂聯(lián)作技術在水平井壓裂中的應用[J].特種油氣藏,2007,14(3):85-87

[3]李憲文,趙文軫.水力射孔射流壓裂工藝在長慶油田的應用[J].石油鉆采工藝,2008,30(4):67-70

編輯:李金華

TE357

A

1673-8217(2010)03-0104-02

2010-02-03

潘建華,高級工程師,1969年生,1991年畢業(yè)于石油大學采油工程專業(yè),現(xiàn)從事油田開發(fā)管理工作。