超深井酸壓及壓裂改造技術研究

修賀

(中國石化勝利油田分公司清河采油廠，山東 壽光 262714)

一、概況

深井（大于3000m）、超深井（大于4200m）的增產改造是油氣藏勘探由淺層向深層發展的重要手段之一。超深井地層具有超高溫（大于150℃)、高地應力（大于70MPa）和高孔隙壓力（大于45MPa）的特點，它影響巖石力學性質、孔隙度及滲透率，使得施工中具有施工泵壓高、施工參數受限、施工排量難以提高、提高砂比困難以及人工排液困難等特點，因此超深井壓裂難度比普通井更大，成功率更低。

二、深井、超深井壓裂特點

超深井酸壓及壓裂技術改造的主要難點主要集中在以下幾個方面：

（一）儲層滲流條件差、地層應力高，井口施工泵壓高。

超深井壓裂井口施工泵壓高的原因主要有兩個方面。

1.井底破裂壓力高。井底破裂壓力主要受地應力及巖性的控制。一般說來，絕大多數井底破裂壓力隨地層深度的加深而增加。

2.壓裂管路沿程摩阻高。對于選定的壓裂液及配方系列和管柱結構，壓裂管路沿程摩阻與井段的深度成正比增加。通常，超深井壓裂施工井段深度是普通井壓裂施工井段深度的2—3倍，那么超深井壓裂施工的管路摩阻同樣是普通井的2-3倍。

（二）層薄、非均質性強、異常施工壓力等因素導致加砂困難，需要進一步配套壓裂工藝。

一方面層薄容易導致壓裂裂縫向層外延伸，非均質性特別是天然裂縫、含有礫巖成分是進行壓裂改造極易造成早期砂堵；另一方面復雜的巖性也給壓裂液、酸液優選帶來了很大的困難。

1.施工方式選擇性差?？紤]采取保護套管的措施防止套管超壓，在選擇進液方式時只能側重選擇油管進液的單一壓裂方式。而常規普通壓裂中的套管進液、環空進液和油套混合進液三種進液方式不能選擇。采用油管壓裂通常選用必ф88.9mm油管，因直徑較小增加了管路摩阻。

2.施工參數受限。由于壓裂液在泵注過程中沿程摩阻受施工排量的影響極大，提高施工排量，沿程摩阻就會成倍增加，所以施工排量很難提高。施工排量提不高，必然導致水力壓裂裂縫寬度受到影響，所以在低排量壓裂的條件下很難壓開寬裂縫。即便壓開裂縫，因為排量低，在施工過程中難以提高砂液比；加大施工規模，也很難形成高導流能力的寬縫，且很容易造成砂堵，導致施工失敗。

(三)水傷害、應力敏感傷害等相對程度高，對于勘探全過程的油層保護的要求較高。

對于砂巖油氣層泥質含量普遍較高，在粘土礦物組分中，例如西部新區中部1區塊莫西莊地區試油層泥質含量最高達40.74%，中部2區塊成1井試油層泥質含量高達62.35%，同時粘土礦物中伊利石、伊蒙混層的含量較高，造成儲層物性差的同時，對于勘探全過程的油層保護的要求極為苛刻。首先是如果鉆井液與儲層的配伍性，射孔、完井作業入井液等與儲層的配伍性不好，都會造成儲層的嚴重傷害，使得本來較低的孔隙度和滲透率進一步受到傷害。

(四)目前的施工設備、井下工具難以適應超高壓作業的要求，超深特殊結構井的改造技術目前也尚不成熟配套。

深井、超深井進行增產改造施工成本高，投資風險大。超深井壓裂因井下作業工作量和壓裂作業工作量成倍增加，導致整個作業費用大大增加，塔里木超深井壓裂單井的改造費用高達100多萬元。使用增壓泵施工，一次作業動用設備30多臺。

三、深井超深井壓裂井下工具研究

在油氣田的開發生產中，隨著井深的不斷增加，井下的溫度和壓力也隨之不斷地增加，措施作業中的施工壓力也增加，當井深達到5000 m以上時，一般情況是：地層溫度在130℃以上，壓力在50MPa以上，施工壓力在80MPa以上。由于井深、工作量大、施工時間長，而原有井下工具的耐溫耐壓指標較低，不能滿足現場需求，在使用中會出現如下問題：封隔器膠筒與密封盤根等橡膠件出現高溫脫硫或高溫碳化；在高壓下井下工具發生變形、破裂、斷裂；管柱的溫度效應顯著，伸縮變形量大，發生應力斷裂；管柱受高壓作用及壓力波動的影響，發生漏失和脫扣。

四、深井、超深井改造措施研究

根據深井、超深井改造的難點，結合以往的改造經驗，有針對性地開展以下幾方面改造技術的研究，并進行了現場應用，取得了一定的效果。

(一)室內試驗對于選井選層和儲層改造優化設計有著重要意義。

對于這類埋藏深，滲透率極低，巖性致密，異常高壓、地應力值較高，加之又有裂縫的儲層，以及泥質含量大，水敏較強的儲層加強了室內基礎實驗研究，開展了敏感性評價試驗、不同類型的工作液分析、應力敏感評價等基礎試驗，對不同儲層的物性特征有了更深入的了解，這些試驗結果對下步的選井選層、壓裂設計的優化都有重要的指導意義。

(二)針對低孔低滲、井深高溫的特征，進行了新型耐高溫、低傷害工作液體系的研究，在某A井的大型酸壓中進行了應用。

根據深井高溫酸壓試油的需要，研究開發了新型的稠化酸系列，指標達到了HCl濃度25%，50-170℃時，剪切70min后粘度為28mPa·s，遠遠高于國內外的水平，已在某A井進行了應用，工藝取得了成功。

(三)建立了復雜油氣藏壓裂壓力的診斷分析方法，可為設計的優化提供參考。

復雜油氣藏受天然裂縫發育的影響，水力裂縫的產生與發展過程壓力均表現出了不同于相對均質儲層的特征。隨著裂縫的延伸，縫內凈壓力不斷增加，不同組系的微裂縫依次不斷開啟導致壓裂液濾失增強，容易導致加砂壓裂砂堵；而在壓裂泵注停止后，隨著壓裂液在地層中不斷濾失，縫內凈壓力逐漸下降，開啟的微裂縫又不斷閉合，壓裂液的濾失速率逐漸減小，最后天然裂縫完全閉合，壓裂液繼續通過基質向地層濾失，直至裂縫完全閉合。

(四)提出了相應的配套工藝技術。