壓裂分求復(fù)合試油技術(shù)研究

肖鴻峰 鄧武強(qiáng) 徐鋒波

（川慶鉆探工程有限公司長慶井下技術(shù)作業(yè)公司，陜西 西安 710018）

一、概述

近年來，隨著石油勘探開發(fā)力度的加大，壓裂技術(shù)獲得了迅猛發(fā)展,分層壓裂試油技術(shù)也日漸成熟。一般來說，對于壓裂分求復(fù)合油井的作業(yè)，多采用兩個(gè)封隔器卡住待壓層進(jìn)行壓裂，長慶油田采用某種壓差式封隔器，在壓裂施工時(shí)，借助油管泵注壓力和套管釋放壓力的差值坐封封隔器，施工完成后，進(jìn)行壓力封隔器的釋放，若是對單層進(jìn)行排液求產(chǎn)，將原鉆具起下，換成分求鉆具即可，這就表明有兩次鉆具起下作業(yè)，因此，選用壓差式封隔器作為下封隔器，以期實(shí)現(xiàn)用一遍鉆具來完成分層壓裂工作。近年來許多大型油田都采用了該方法，收效良好,尤其是機(jī)械分層壓裂技術(shù)的應(yīng)用效果更顯著，使用該種工藝不僅可以減少成本、縮短作業(yè)時(shí)間，而且能夠有利于儲(chǔ)層地質(zhì)改造，很大程度上推動(dòng)了油氣儲(chǔ)層改造技術(shù)繼續(xù)發(fā)展。

二、試油中地層損害原因及其應(yīng)對措施

（一）地層損害的原因分析

我們知道，油田儲(chǔ)層地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、巖性多樣，試油過程中不可避免的會(huì)造成儲(chǔ)層破壞，表現(xiàn)在以下幾方面：（1）鉆井損害通常儲(chǔ)層縱向分布呈現(xiàn)兩個(gè)或更多層段的油田，儲(chǔ)層類型多樣，多為低滲透油藏，鉆井過程中極易產(chǎn)生污染。造成儲(chǔ)層損害，如改變地層液體固有性質(zhì)，堵塞液體流動(dòng)通道，降低地層滲透性等，導(dǎo)致試油效果不佳。通常來講，鉆井過程中對地層帶來損害的情形有三種：①前期鉆井中采用的過平衡技術(shù)對地層原始承載力構(gòu)成威脅，使得部分鉆井液深入地層，從而導(dǎo)致粘土原有性質(zhì)發(fā)生改變，構(gòu)成損害。②鉆井液的攜帶能力具有限定性，且不穩(wěn)定，引起井眼周邊地層的空隙中摻入鉆井液里的固相顆粒物，易造成液體流通通道發(fā)生堵塞，破環(huán)儲(chǔ)層屬性。③水泥漿極其容易在固井時(shí)流入地層，致使粘土礦物分離。水泥的水化作用導(dǎo)致孔隙中的氫氧化物因過于飽和而發(fā)生重結(jié)晶現(xiàn)象，另外，氫氧化物可與地層中的高含量的硅發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而生成熟石灰，熟石灰具有粘結(jié)性，造成地層污染，對地層的滲透作用構(gòu)成強(qiáng)烈威脅，無法達(dá)到好的試油效果。（2）開發(fā)損害開發(fā)過程中，如果生產(chǎn)工作制度不合理，會(huì)直接導(dǎo)致地層壓力迅速下降，造成地層內(nèi)部壓力分布的變化，并會(huì)造成晶體的運(yùn)移變化和形狀改變，最終導(dǎo)致地層滲透力降低，儲(chǔ)層受到嚴(yán)重?fù)p害。（3）施工損害施工過程中，流入井筒的各種液體，由于與地層流體性質(zhì)有差異，會(huì)導(dǎo)致地層流體性質(zhì)的改變，孔隙被堵塞；固相顆粒進(jìn)入地層,降低油氣層的導(dǎo)流能力,增加滲流阻力;射孔工藝不合理,阻礙了地層流體向井筒內(nèi)流動(dòng)。

（二）減少油層損害的措施分析

通過上述原因分析，我們知道在鉆井、開發(fā)和施工這三個(gè)作業(yè)過程中都會(huì)對地層造成損害，使得井筒附近形成污染帶,最終影響油氣井的產(chǎn)量，因此采用以下措施進(jìn)行來降低對油氣層損害，預(yù)防措施包括：（1）合理優(yōu)化射孔工藝；（2）水力壓裂工藝技術(shù)；（3）快速排出液體。需要指出的是：一些具有復(fù)雜性質(zhì)的特殊油藏，試油排液工作量往往較大，嚴(yán)重影響試油效率的提高。壓裂關(guān)井后,迅速擴(kuò)散壓力以排出壓裂殘液，成為壓裂施工后最重要的工作。因此,應(yīng)該做好排液工作，保證試油結(jié)論的準(zhǔn)確性，并確切認(rèn)識(shí)儲(chǔ)層，整體上提高油田勘探的經(jīng)濟(jì)效益。

三、進(jìn)行分層壓裂的井筒與地層滿足的條件

通過上述研究，我們知道分層壓裂是對同層各層級(jí)進(jìn)行壓裂作業(yè)，并且各個(gè)壓裂層具有不同的破裂壓應(yīng)力，若要實(shí)現(xiàn)每個(gè)壓裂層級(jí)的良好壓裂，需要采取很高的技術(shù)與工藝措施。基本方法是：一次下管柱，將壓裂目的層通過多級(jí)封隔器座封進(jìn)行分開處理，這樣就實(shí)現(xiàn)了一次施工完成多項(xiàng)壓裂層級(jí)任務(wù)的結(jié)果。綜合研究，進(jìn)行分層壓裂的井筒與地層滿足的條件包含以下幾方面：（1）壓裂各層級(jí)之間的距離應(yīng)長短適當(dāng)如果距離過短，無法保證封隔器座封需要的足夠空間；距離過長，會(huì)增加座封和管柱起下的難度，對分層壓裂不利。（2）各個(gè)壓裂目的層具有不同的破裂壓應(yīng)力，且隔層的壓力差應(yīng)足夠大如果壓裂目的層壓應(yīng)力相同或近似，壓開就無需分層，無法實(shí)現(xiàn)分層壓裂的價(jià)值意義。同時(shí)，隔層之間的應(yīng)力差足夠大，才能避免裂縫因多次壓裂而過度延伸，避免了砂埋管柱現(xiàn)象的發(fā)生，保證壓裂的成功，延長油井大修周期。（3）應(yīng)該慎重對待復(fù)雜井（如深井等）的分層壓裂過程復(fù)雜井實(shí)施分層壓裂技術(shù)難度很大，其特殊性對封隔器的多項(xiàng)性能都提出了很高的要求，座封難度對分層壓裂的實(shí)現(xiàn)也提出了挑戰(zhàn)。（4）分層壓裂時(shí)，頂端封隔器之上盡量避免出現(xiàn)射孔段如果不可避免出現(xiàn)射孔段，應(yīng)對相應(yīng)層級(jí)的各項(xiàng)性能進(jìn)行鞏固、加強(qiáng)，避免封隔器出現(xiàn)砂堵和油管破裂。（5）保證壓裂各層間有優(yōu)良的固井及套管質(zhì)量如果管出現(xiàn)偏離，封隔器座封井段套管發(fā)生變形等現(xiàn)象，都會(huì)影響分層壓裂的效果，因此對套管的抗壓強(qiáng)度和質(zhì)量有重點(diǎn)要求。

四、壓裂分求復(fù)合試油技術(shù)研究

（一）工藝基礎(chǔ)

分層壓裂技術(shù)作為壓裂的關(guān)鍵工藝，也是壓裂分求復(fù)合試油技術(shù)的重要基礎(chǔ)。分層壓裂是采用一次管柱進(jìn)行多次壓裂，要求不能出現(xiàn)砂堵,避免工序復(fù)雜化，合理的工藝設(shè)計(jì)顯得尤其重要。設(shè)計(jì)施工應(yīng)注意的事項(xiàng)：（1）優(yōu)化施工規(guī)模及施工參數(shù)可以保證壓裂達(dá)到效果，避免砂堵或者裂縫過度延伸問題。（2）避免封隔器堵塞壓裂時(shí)，所利用的液體，應(yīng)具備很高的攜砂能力，避免封隔器造成砂卡，同時(shí)管住中也應(yīng)盡量少的出現(xiàn)固體微粒。（3）在施工結(jié)束后,在壓差作用下，全部敞開放噴。然后立即用清水返洗井，再次避免砂卡。（4）合理設(shè)計(jì)座封位置要求下部封隔器與上部油層之間的距離適當(dāng),避免過長后導(dǎo)致封兩者之間的空隙增加，影響沉砂作業(yè)。

通過研究，我們知道如果在壓裂施工作業(yè)中出現(xiàn)液體排出不暢、封隔器砂卡、坐封失敗等問題，會(huì)嚴(yán)重制約壓裂技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。故要不斷改進(jìn)工藝。下面我們重點(diǎn)探討壓裂分求復(fù)合試油工藝原理。

（二）工藝原理

1 多級(jí)封隔器坐封原理

下鉆前，把機(jī)械封隔器倒槽至下鉆狀態(tài)下鉆至設(shè)計(jì)位置后，上提一定高度，進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，釋放中心管下行，繼續(xù)下放管柱，推動(dòng)膠筒和錐體下行，繼而施加坐封載荷，封隔器的膠筒受壓縮脹大，不斷增加載荷至封隔器坐封。完成施工后，由于不同型號(hào)的封隔器，坐封壓力不同，打入液體逐級(jí)升壓,在不同壓力下穩(wěn)壓一段時(shí)間,各級(jí)封隔器在各自需要的不同壓力下分別座封,當(dāng)封隔器座封完畢,繼續(xù)升高壓力,利用壓力打開節(jié)流器開關(guān),完成座封。重復(fù)坐封動(dòng)作即可實(shí)現(xiàn)多級(jí)封隔器坐封。

2 壓裂分求基本原理

分層壓裂技術(shù)的的第一層壓裂時(shí),關(guān)閉其余各層的壓裂開關(guān)，直至壓裂結(jié)束，投放鋼球，并其速度產(chǎn)生的慣性打開第二層的滑套開關(guān)，同時(shí)封閉通往第一目的層的通道，持續(xù)加壓至開放開關(guān)，接著進(jìn)行第二、三、四層壓裂，到壓裂全部結(jié)束后，實(shí)現(xiàn)多層一起放噴。基于此，分層求產(chǎn)是采用壓差式封隔器和機(jī)械封隔器組合壓裂管柱結(jié)構(gòu)，按照設(shè)計(jì)位置，合理下放管柱。首先坐封機(jī)械封隔器，并坐好井口，對目的層進(jìn)行壓裂作業(yè)，解封機(jī)械封隔器，對全井筒進(jìn)行排液，降低液面，然后重新坐封機(jī)械封隔器，完成目的層求產(chǎn)作業(yè)。

（三）工藝流程

壓裂分層求產(chǎn)的鉆具包括絲堵、尾管、多級(jí)封隔器、水力錨、油管等，其工藝流程為：（1）下放施工管柱到設(shè)計(jì)位置，調(diào)整井口，坐封封隔器。（2）擺好壓裂車輛，聯(lián)接地面高低壓管匯，先沖管線，再試壓到設(shè)計(jì)壓力。（3）用活性水正循環(huán)灌井筒，對目的層按照泵注程序進(jìn)行壓裂施工。（4）壓后逐級(jí)放噴，然后卸井口，封隔器解封，排液降液面。（5）再次坐封封隔器，封隔目的層下端，坐好井口，對目的層完成求產(chǎn)。

（四）工藝效果

2009年，經(jīng)過近10天進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)，表明：壓裂分層求產(chǎn)試油能明顯減少對地層的損害，選用的多級(jí)封隔器坐封是可靠的，同時(shí)能夠滿足壓裂的需要；同時(shí)該封隔器密封性能良好，求產(chǎn)數(shù)據(jù)真實(shí)可靠；此外，該工藝還可以起到一定的防砂目的。所以，該工藝對于多層分壓分求的油井，特別是預(yù)探井，石油過程中能夠及時(shí)排液，對于減少儲(chǔ)層傷害具有重要作用。

結(jié)語

綜合上述研究，壓裂分層求產(chǎn)試油技術(shù)是在原有壓裂技術(shù)基礎(chǔ)上的較大進(jìn)步,使用該工藝縮短了施工周期,降低了成本，還可以減少對儲(chǔ)層造成的傷害。該工藝尤其適用于特殊油井壓裂，可對油層進(jìn)行改造和恢復(fù),提高試油效率。然而隨著油田進(jìn)入開發(fā)中后期，采油難度也在不斷增加，依然存在一些亟待解決的問題，從而對壓裂技術(shù)提出了更高的要求。今后一段時(shí)間內(nèi)，排液問題仍是壓裂試油相關(guān)技術(shù)研究的重點(diǎn)。

[1]張偉，張華麗，李升芳，等.機(jī)械分層壓裂技術(shù)在江蘇油田的研究和應(yīng)用[J].石油鉆采工藝，2008，31（02）.

[2]李文洪，王吉文.分層壓裂工藝技術(shù)研究[J].吐哈油氣，2006，11（03）.