水力噴砂分段壓裂工藝在中平6井的現場施工分析

王昱茜，趙 婷，胡國強，張 欣，汪泳潮，常向陽

（延安大學石油工程與環境工程學院，陜西延安 716000）

研究區屬低滲透-特低滲透油田，地層壓力均較低，經過長時間注水開發，油藏天然能量嚴重不足，水竄嚴重，水驅效率降低，油田開采開發出現了產量低的嚴重問題[1]。中平6井位屬靖邊油田地塊，該井是延長油田股份有限公司靖邊采油廠的一口水平井，構造為鄂爾多斯盆地伊陜部斜坡，其油層孔隙度范圍為5.4%～9.3%，滲透率范圍為0.01 mD～0.3 mD，含油飽和度范圍為19.6%～58%，該井為新井，井筒為空井筒，部分井段固井質量較差，對此應急需改進，并使該井投入生產[2，3]。

水力噴砂分段壓裂技術是20世紀90年代末發展起來的一種新型的水力壓裂技術，通過高速射流射開套管和地層，形成一定深度的噴孔，流體動能轉化為壓能，在噴孔附近產生水力裂縫，實現射孔壓裂聯作[4]。該工藝具有射孔、壓裂、隔離一體化作業的特點，井下工具簡單，安全風險小，適用于多種儲層類型和完井方式[5]。

因此，對中平6井實行水平井水力噴砂分段壓裂工藝技術以提高油井采油量。本文通過對中平6井水力噴砂分段壓裂工藝相關參數，現場施工等進行研究以求達到穩油控水、提高產能的目的。

1 中平6井井況

1.1 油井基本數據

中平6井是鄂爾多斯盆地伊陜部斜坡的一口水平井，地處陜西省靖邊縣。該井完鉆井深為2 475.0 m，水平段長度為360 m，最大井斜為90°，井眼方位18°，鉆井無異常顯示，完鉆層位為長6。該井采取套管完井方式，具有低孔低滲，低壓力的特點。

1.2 油層基本數據（見表1）

表1 油層基本數據表Tab.1 Reservoir basic data sheet

2 水力噴砂分段壓裂工藝

2.1 壓裂原理

該工藝的原理：水力噴砂分段壓裂的技術原理是根據伯努利方程，通過高速水射流射開套管和地層，形成一定深度的噴孔，噴孔內流體動能轉化為壓能，當壓能足夠大時，誘生水力裂縫。通過環形注入液體使井底壓力剛好控制在裂縫延伸壓力以下，射流出口周圍流體速度最高，其壓力最低，環空泵注的液體在壓差作用下進入射流區，與噴嘴噴射出的液體一起被吸入地層。在射流出口遠端的流體速度最低，壓力最高，高出的壓力加上井底的裂縫延伸壓力驅使裂縫向前延伸。壓裂下一層段時，因井底壓力剛好控制在裂縫延伸壓力以下，已壓開層段不再延伸[6-8]。因此，不用封隔器與橋塞等隔離工具，實現自動封隔，通過控制噴嘴在水平井筒中的位置，依次壓開所需改造井段。

2.2 壓裂工具

壓裂管柱由下到上為：導向絲堵+眼管+單流閥（帶球和擋板）+封隔器+噴槍+2 7/8"外加厚倒角油管（水平段）+2 7/8"外加厚油管至井口（示意圖見圖1）。

2.3 壓裂液體系優選

2.3.1 壓裂液體系添加劑 由于壓裂地層的溫度，滲透率，巖石成分和孔隙壓力等地層條件不同，以及研究區壓裂施工的要求，需優選適當的壓裂液體系[9]。經分析，采用胍膠壓裂液，由水，稠化劑，交聯劑和破膠劑等配制而成，并且為滿足壓裂液的各項性能要求，加入pH調節劑，殺菌劑，黏土穩定劑，降濾劑等，以改善壓裂液流變性，高溫穩定性和控制濾失性能等，為保證研究區中平6井壓裂施工作業的正常進行，壓裂液配方（見表 2）。

圖1 水平段管柱結構示意圖Fig.1 Horizontal segment string structure

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

2.3.2 壓裂液體系濃度 研究表明，在壓裂液流變性能相同的情況下，低濃度的胍膠壓裂液體系更適合研究區的壓裂施工作業[10，11]。原因如下：

低濃度胍膠壓裂液體系稠化劑（羥丙基胍膠）用量較低（見表2），大大節省了經濟成本。

低濃度胍膠壓裂液體系破膠較徹底，低殘渣，易返排，可降低對生產層的污染和對填砂裂縫滲透率的影響，可較好的應用于研究區地層。

低濃度胍膠壓裂液體系抗剪切穩定性和熱穩定性好（可耐高溫至150℃），可避免因溫度升高或流速增加壓裂液體系年度大幅度增加。

3 水力噴砂分段壓裂現場試驗

3.1 壓裂準備

現開長6層水平段壓裂試油，壓裂井口采用KQ65/70井口，油管用上法蘭懸掛式聯接，然后進行通井（∮118 mm×1.2 m通井規通井），活性水反循環洗井（洗井用液排量大于500 L/min），試壓，下水力噴射鉆具，油管校深后水力噴射分段射孔加砂壓裂，共壓裂6段。第一至六段壓裂及射孔用砂均為石英砂，用量分別為 118，18。

3.2 壓裂施工

根據錄井顯示和測井解釋結果綜合考慮裂縫間的干擾和避開套管接箍位置，對中平6井分六段壓裂，射孔位置（見表3）。

地面管線、井口及設備試壓45 MPa，環空管線試壓35 MPa。第一段壓裂施工前管柱必須校深，第二至六段壓裂施工前必須進行封隔器驗封，壓裂過程中支撐劑采用20/40目石英砂，分段壓裂施工過程中分別上提工具使噴射器噴嘴到達2 344 m～2 271 m～2 205 m～2 135 m～2 064 m，至第六段壓裂施工結束后，起鉆，換沖砂抽汲鉆具，探砂面，采用沖砂洗井液沖至人工井底，起鉆至斜井段，抽汲試油，起下鉆過程中，注意做好相關井控措施（見表4）。

水力噴射射孔工藝結束，油管與套管同時注入液體，進一步沖洗水平井段沉砂，各段施工曲線（見圖2～圖 7）。

由圖2可知：第一段施工排量油管1.5 m3/min，套管平衡0.4 m3/min，施工地面最高泵壓28.4 MPa，工作壓力15.9 MPa，停泵壓力2.9 MPa，平均砂比24.2%，總入地支撐劑量12.0 m3，液量81.7 m3+射孔液量83.2 m3=164.9 m3。

表4 壓裂施工相關參數Tab.4 Fracturing construction related parameters

圖2 長6第一段施工曲線圖Fig.2 The first construction curve of Chang 6

圖3 長6第二段施工曲線圖Fig.3 The second construction curve of Chang 6

由圖3可知：第二段施工排量油管1.6 m3/min，套管平衡0.6 m3/min，施工地面最高泵壓37.7 MPa，工作壓力20.6 MPa，停泵壓力5.5 MPa，平均砂比23.6%，總入地支撐劑量16.0 m3，液量123.4 m3+射孔液量95.1 m3=218.5 m3。

由圖4可知：第三段施工排量油管1.6 m3/min，套管平衡0.6 m3/min，施工地面最高泵壓32.2 MPa，工作壓力23.1 MPa，停泵壓力4.1 MPa，平均砂比25.4%，總入地支撐劑量18.0 m3，液量146.9 m3+射孔液量93.7 m3=240.6 m3。

由圖5可知：第四段施工排量油管1.6 m3/min，套管平衡0.6 m3/min，施工地面最高泵壓32.7 MPa，工作壓力23.2 MPa，停泵壓力4.3 MPa，平均砂比25.6%，總入地支撐劑量18.0 m3，液量122.8 m3+射孔液量95.0 m3=217.8 m3。

圖5 長6第四段施工曲線圖Fig.5 The fourth construction curve of Chang 6

由圖6可知：第五段施工排量油管1.6 m3/min，套管平衡0.6 m3/min，施工地面最高泵壓33.8 MPa，工作壓力26.9 MPa，停泵壓力3.5 MPa，平均砂比24.3%，總入地支撐劑量16.0 m3，液量114.3 m3+射孔液量96.9 m3=211.2 m3。

由圖7可知：第六段施工排量油管1.5 m3/min，套管平衡0.4 m3/min，施工地面最高泵壓26.4 MPa，工作壓力19.0 MPa，停泵壓力3.4 MPa，平均砂比25.6%，總入地支撐劑量15.1 m3，液量97.9 m3+射孔液量77.6 m3=175.5 m3。

在水平井噴砂壓裂試驗過程中，采用分段處理的方法，將6級噴槍逐級打開，并采集相關的數據（見表5）。各級噴砂壓裂工作時長及前置液、射孔液等注入量消耗和壓力變化。并且每2次壓裂試驗后對試驗裝置重新進行壓力測試，以確保試驗數據準確。本次水平井噴砂壓裂試驗達到了良好的增產效果，壓后下泵求產，日產油36.2 t，說明水力噴射壓裂取得了較好的效果。

圖6 長6第五段施工曲線圖Fig.6 The fifth construction curve of Chang 6

圖7 長6第六段施工曲線圖Fig.7 The six construction curve of Chang 6

表5 中平6井六段壓裂施工參數Tab.5 Six sections of fracturing construction parameters of Zhongping 6 well

4 結論

（1）中平6井水力噴射分段壓裂試驗的成功，為靖邊油田下步水平井水力噴射分段壓裂工藝實施提供參考。

（2）水力噴射壓裂技術集射孔、壓裂、隔離一體化新型增產措施，無需封隔器一趟管柱實現多段壓裂。它綜合了水力噴射射孔、水力噴射壓裂和水力分隔三項技術。簡化了工藝，節省了時間，提高了作業效率。

（3）水力噴射壓裂施工過程中能夠有效降低井底地層破裂壓力，可在任何位置準確造縫，而且不同位置可以采用不同壓裂方案。