壓裂充填增產技術及其應用

李古正,李運鋒,吳偉東,肖 超,趙日榮

(中國石化河南油田分公司第二采油廠,河南唐河473400)

壓裂充填增產技術及其應用

李古正,李運鋒,吳偉東,肖 超,趙日榮

(中國石化河南油田分公司第二采油廠,河南唐河473400)

針對河南油田第二采油廠部分區塊油井由于油層低孔低滲或近井地帶污染堵塞,造成滲流能力差,生產過程中供液能力差,油井產量低下,開采效果差的現狀,通過一系列油層改造技術現場實驗,研究并配套應用了壓裂充填增產技術,該工藝適用范圍廣,增產效果明顯,有效期長,可提高油田開發效果。

低孔低滲;低產低效;壓裂充填;增產技術;河南油田

河南油田第二采油廠部分區塊油井由于油層滲透率低或近井地帶油層污染堵塞,造成滲流能力差,生產過程中供液能力差,油井產量低下,開采效果差,儲量動用程度低。為了提高儲量動用程度,提高油井產量,改善開采效果,近年來先后研究配套了酸化、壓裂等油層改造技術。油井酸化易形成酸渣和有機堵塞對地層造成二次傷害,措施風險高,且有效期短;壓裂改造措施后易“吐砂”造成裂縫閉合而影響裂縫導流能力,有效期短。為此研究配套了新型油層改造技術——壓裂充填增產技術,該工藝適用范圍廣,油層改造效果好,有效期長,為低產低效井治理探索出了一條新路。

1 工藝原理及技術特點

工藝原理:將繞絲篩管下入到油層部位,利用壓裂充填裝置將繞絲篩管對準油層并懸掛、錨定、密封(圖1),然后打開充填通道,由壓裂車組在達到地層破裂壓力、壓開油層的條件下將礫石擠壓充填到裂縫中,形成新的滲濾帶,配套繞絲篩管完井,實現油層解堵增孔增滲,改善開發效果的目的。

技術特點:壓裂充填增產施工配套繞絲篩管完井,繞絲篩管間隙大(表1),不會發生堵死現象,在繞絲篩管與套管環形空間中充滿致密的礫石,措施后不會發生油層“吐砂”裂縫閉合而影響裂縫導流能力,因而措施效果好,有效期長,對泥質含量高、油砂細的低孔低滲油層改造效果好[1-3]。

2 施工設計及工藝

2.1 管柱設計

壓裂充填增產施工管柱由絲堵、繞絲篩管、增阻器、扶正器、壓裂充填裝置和高壓滑動井口等組成,結構(圖1):絲堵+油管短節(帶扶正器)+底部信號篩管+增阻器+繞絲篩管+光管(帶扶正器)+頂部信號篩管+油管短節+壓裂充填裝置+油管+高壓滑動井口[4-5]。

(1)篩管設計:生產篩管一般選用繞絲篩管,縫隙尺寸等于最小充填礫石尺寸的1/2～2/3,外徑一般小于或等于套管內徑50mm,長度應超過改造層射孔段上、下界1.0～1.5m。信號篩管型號與生產篩管相同,長度一般為1～2m。

圖1 壓裂充填施工管柱結構

表1 繞絲篩管技術指標

(2)光管設計:光管即油管或短節,直徑與繞絲篩管的中心管相同,長度根據井深、夾層厚度確定。

(3)壓裂充填工具的選用:壓裂充填工具有帶夾壁通道和無夾壁通道兩種(均帶反循環通道)。無夾壁通道充填工具用于改造層上部套管漏失或分層改造。

(4)增阻器設計:增阻器與等徑沖管和底部信號篩管組合使用,用于控制液流方向,實現礫石自下而上充填并提高礫石充填密度。

(5)扶正器設計:扶正器位于篩管與篩管兩端和之間,使施工管柱居中,礫石均勻地充填在篩管周圍。

(6)高壓滑動井口的選用:高壓滑動井口提供循環通道,便于調整管柱,確保倒扣丟手順利,根據地層破裂壓力選擇其規格型號。

2.2 礫石設計

(1)礫石尺寸:礫石有石英砂和陶粒兩種,石英砂粒度優選粒徑0.4～0.8mm,陶粒粒度優選粒徑0.45～0.9mm。這種礫石形成的人工砂體孔隙度大,滲透率高。

(2)礫石的用量:是炮眼容積、擠入地層裂縫的礫石數量、施工管柱與套管之間環形空間中的儲備量以及絲堵與井底間的井筒容量的總和。

2.3 攜砂液設計

為提高攜砂液懸浮性,降低礫石在攜砂液中的沉降速度,滿足高砂比施工需要,減小砂堵砂埋風險,確保加砂順利和改造效果,攜砂液需要適當的粘度。

礫石在攜砂液中沉降速度的計算公式如下[3]:

式中:v——礫石沉降速度,m/s;g——重力加速度, m/s2;ρs——顆粒密度,kg/m3;ρ——液體密度,kg/ m3;d——顆粒直徑,m;μ——液體動力粘度,Pa· s;

把礫石密度ρs=2200kg/m3,攜砂液密度ρ=1 000kg/m3,g=9.806m/s2,代入以上公式計算得出對應的礫石沉降速度范圍如表2。

表2 礫石在攜砂液中的沉降速度

從表2得知,中粘液懸浮性高,具有“礫石后沉效應”,攜砂能力強。為降低礫石的沉降速度,滿足高砂比施工需要,減小砂堵砂埋風險,確保加砂順利,改善充填效率和改造效果,應使用粘度100～120mPa·s的中粘攜砂液。

2.4 油層保護液設計

當油層泥質含量大于5%時,需要進行粘土穩定處理,避免由于粘土膨脹、分散和運移造成地層孔隙堵塞。方法是預先向地層擠入粘土穩定劑溶液。一般用溫度70℃以上的清水配制,濃度15%～20%,處理半徑2～3m。

2.5 施工參數設計

(1)施工壓力:根據地層破裂壓力確定,最高壓力應達到地層破裂壓力但控制在壓裂充填流程耐壓等級和套管抗內壓強度以內。

(2)施工排量:攜砂液排量應達到2.5m3/min以上,有利于壓開油層和改善礫石充填效率。

(3)攜砂比:根據施工壓力和排量確定,安全砂比30%～40%,最高砂比一般要求達到50%～60% (體積比)。

2.6 施工工序及參數

(1)井筒準備:探、沖(填)砂(距管鞋3m左右)、通井、刮管、油、套管試壓合格。

(2)下施工管柱:按設計要求下入施工管柱。

(3)反循環洗井:排量0.5m3/min,清洗掉施工管柱內的污物。

(4)座封、開啟通道:投鋼球,裝井口,蹩壓座封、驗封、開啟壓裂充填通道。

(5)地層預處理:擠入油層保護劑溶液,關井平衡壓力。

(6)壓裂充填:壓裂充填流程按設計要求試壓合格,打開套管閘門灌前置液至井筒充滿后倒為壓裂充填流程,正擠前置液、無砂攜砂液,記錄壓力、排量,當排量穩定、壓力達到或超過地層破裂壓力且逐漸下降時開始加砂,砂比由小到大逐漸提高,至設計砂量后打開套管閘門進行循環充填,至設計停泵壓力后結束。

(7)反洗井:反洗至返出液中無砂為止,排量0. 5m3/min。

(8)丟手起管柱:正轉施工管柱倒扣丟手并起出丟手后管柱。

(9)探沖砂:下入等徑沖管+油管探,沖砂至絲堵位置。

(10)投產:按設計要求下完井管柱,裝好井口,及時投產。投產初期要控制產液量,由低到高逐步增大產量,以避免流速過快刺破繞絲篩管導致地層吐砂。

3 現場應用情況

3.1 實例

柴資2井是在王集油田柴莊含油區塊的一口評價井,生產層位 H3IV24,厚度6.6m,有效厚度4.6 m,由于滲透率低(表3),一直處于低效生產,日均產液0.7t,日均產油0.2t。

表3 柴資2井油層基礎數據

為了提高 IV24層滲流能力,提高儲量動用程度,改善生產效果,2008年4月27日對柴資2井實施壓裂充填增產施工:擠入用70℃熱污水配15%防膨抑砂劑溶液20m3做前置液,排量2.0m3/ min,施工最高壓力19MPa,壓開地層后壓力逐漸下降至12.3MPa時開始加砂,砂比5%～62%,加砂量39t,總液量178m3,停泵壓力20MPa。

根據柴資2井測井資料得到的地應力計算結果,壓裂目的層段垂向應力為最大應力,壓裂形成垂直裂縫,縫長61.7m(見表4)。

表4 柴資2井地應力計算結果

柴資2井措施后取得了較好的效果,至2009年10月31日,有效期已達554.1d,累計產液1.119× 104t,產油0.138×104t,增產原油0.127×104t,日均產液由措施前的0.7t提高到20.2t,日均產油由措施前的0.2t提高到2.5t,目前繼續有效。

3.2 推廣應用情況

壓裂充填增產技術在柴資2井應用成功后,又在19口低產低效井上進行了實施,工藝成功率100%,措施有效率95%,取得了較好的措施效果.至2009年10月31日已生產4465.8d,產液4.671 ×104t,產油1.185×104t,增產原油0.842×104t,日均產液由措施前的46.2t提高到措施后的214.5 t,日均產油由措施前的12.2t提高到措施后的51. 3t,大幅度提高了油井產量,改善了生產效果,最長有效期已達554.1d,平均有效期為223.3d。

3.3 效益分析

在20口低產低效井上實施壓裂充填增產技術,取得了良好的經濟效益,措施后油井產量得到大幅度提高,生產效果顯著改善,并總結出一套低孔低滲低產低效井挖潛工藝配套技術,為類似油井今后的開發提供了技術保障。20口井投入總費用959.64萬元,措施后增產原油 0.843×104t,增油增效1821.59萬元,階段投入產出比為1∶1.9。

4 結論

壓裂充填增產技術操作簡便,適用范圍廣,由于配套繞絲篩管完井,在繞絲篩管和套管環形空間中充滿了致密的礫石,措施后不會發生油層“吐砂”造成裂縫閉合而影響裂縫導流能力,因而措施效果好,有效期長,可有效解決低孔低滲油井低產低效的問題,達到提高油井產量,改善油井生產效果,提高儲量動用程度和最終采收率的目的。該技術的成功實施,為低孔低滲油層的改造探索出了一條措施效果好、有效期長的新路,完善了低孔低滲油層改造技術體系,成為油井解堵增孔增滲、改善開發效果的有力措施。

[1] 張厚福,張萬選等.石油地質學[M].北京:石油工業出版社,1982:58-60

[2] 張洪亮,鄭俊德等.油氣田開發與開采[M].北京:石油工業出版社,1983:70-90

[3] 魏文杰,等.采油工程[M].北京:石油工業出版社, 1983:102-121

[4] 陳元千.現代油藏工程[M].北京:石油工業出版社, 2000:65-72

[5] 萬仁溥.現代完井工程(第二版)[M].北京:石油工業出版社,1996:49-53

TE357

A

2009-11-20

李古正,工程師,1968年生,1990年畢業于西安石油學院采油專業,現從事油田開發新技術研究應用工作。

1673-8217(2010)02-0093-03

編輯:李金華