庫車山前大斜度井儲層改造試驗與認識

彭永洪，陳 飛，李彥召，陳 兵，魏 波，劉汗卿

中國石油塔里木油田分公司安全環保與工程監督中心

0 引言

KS10氣藏是庫車前陸盆地的重要勘探開發陣地，主要目的層是白堊系巴什基奇克組，地質構造復雜，受逆掩疊置推覆體影響，儲層上部發育兩套斷層，直井鉆井極易發生井漏、卡鉆等工程復雜，區塊勘探開發極具挑戰。為應對KS10氣藏勘探開發難點，創新性地采用大斜度井井身結構（井斜超過60°），有效避開了上覆逆掩體，降低工程復雜風險，為類似區塊開發探索新思路。特殊的井身結構及苛刻的地層條件，對儲層改造工藝提出了極大的挑戰，為此積極探索大斜度井巨厚儲層改造工藝，為油田后期同類型井改造工藝選擇及優化提供寶貴經驗。

1 儲層改造難點

（1）庫車前陸盆地具有埋藏深（6 000～8 098 m）、地層壓力高（105～136 MPa）、溫度高（150～188℃）、地應力高（最小水平主應力90～130 MPa）、施工泵壓高（一般超過100 MPa）等特點，對改造管柱、井下工具以及改造液都提出了極為嚴格的要求。

（2）主力儲層為白堊系巴什基奇克組，儲層縱向跨度達120～300 m，縱向應力差較大（個別儲層超過20 MPa），層間非均質性較強，儲層改造難以實現均勻改造。

（3）調研表明斜井儲層改造時近井易產生裂縫，發生裂縫扭曲，摩阻大，破裂壓力普遍比直井高，易出現早期脫砂，增加施工難度，加砂風險大［2-3］。

（4）儲層天然裂縫發育程度不一，對改造效果影響大。

2 儲層改造工藝

2.1 主體工藝優選

目前，通過科研攻關，建立了庫車山前致密裂縫性砂巖儲層評價及改造工藝優選模板（見表1）。

控制系統通過測量煙絲密度，計算得到煙支重量，根據煙支重量情況調節平準盤高度實現對煙絲量的控制，并調節平準盤相位實現對緊頭位置的調整，同時對超輕、超重、空松、結塊等不合格煙支進行剔除，從而將煙支重量平均值和標準偏差控制在要求范圍內。

表1 庫車山前致密裂縫性砂巖儲層改造工藝優選模板

2.2 實現均勻改造方法

（1）優化射孔段。引進遠探測聲波技術，探測范圍30～40 m，加強井旁裂縫分布及主力產層的識別［4］，根據裂縫分布識別結果及測井解釋結果，同時基于防砂和改造需求，將射孔段由100～200 m優化成30～60 m，測井解釋氣層和差氣層打開程度50%左右，集中優勢改造主力產層。

（2）機械分層。機械分層是實現儲層均勻改造的最佳方式，但是工程風險最大，目前塔里木油田機械分層主要有兩種方式，一是快鉆橋塞工藝，二是封隔器+滑套，2018年以來相繼完成4口井（阿瓦5、博孜301、柯東5、中秋1）的封隔器+滑套直井分層改造，現場施工順利。

（3）軟分層（暫堵技術）。目前，國內外軟分層多采用復合暫堵劑優配，進行層間及層內暫堵，以達到轉向目的［5］。針對庫車山前儲層厚、儲層非均質性強等特點，研發了80～140℃可降解纖維暫堵材料，滿足炮眼、縫口與縫內暫堵需求，綜合實驗研究及現場暫堵轉向效果，形成了三套暫堵劑組合模式，6 mm球+3 mm球+纖維或1 mm顆粒適用于酸壓層間轉向，1 mm顆粒+纖維適用于縫內轉向，纖維+陶粒適用于加砂壓裂層間轉向。2013年至2018年，累計直井暫堵改造60余井次，平均無阻流量提高5倍以上，暫堵技術趨于成熟［6］。

2.3 降低井口施工壓力手段

（1）加重壓裂液。對壓裂液加重可明顯降低井口施工壓力，見圖1。塔里木有兩套成熟的加重壓裂液體系，氯化鉀加重壓裂液體系和硝酸鈉加重壓裂液體系，受到地區對硝酸鈉的限制，目前主要以氯化鉀加重為主。氯化鉀加重壓裂液體系密度可達1.15 g/cm3，25%KCl加重壓裂液流變性能良好，在140℃、170 s-1下，剪切120 min，黏度大于60 mPa·s；硝酸鈉加重壓裂液體系，密度可達1.32 g/cm3，40%NaNO3加重壓裂液流變性能良好，150℃、170 s-1下，剪切150 min，黏度大于100 mPa·s。

圖1 不同壓裂液密度下井深與井口施工壓力降低值關系曲線

（2）擠酸液降破。針對破裂壓力高的難點，根據儲層性質，在主壓裂之前，選擇注入土酸體系溶蝕近井砂巖儲層，達到降低破裂壓力和井口施工壓力的目的［7］。

（3）段塞打磨。在前置液壓開裂縫之后，近井存在壓開的新裂縫、天然裂縫扭曲、多裂縫的情況，在大斜度井的條件下近井裂縫對施工的影響尤為明顯，會大大地增加后續主壓裂加砂的難度，增加井口施工壓力，而在前置液階段采用小粒徑陶粒段塞進行近井打磨，可以有效地降低后續加砂的難度，同時可以起到降濾作用，降低砂堵風險［8］。

2.4 完井管柱及工具配置

庫車前陸盆地儲層深、壓力高、溫度高，井流介質中高含腐蝕性介質，天然氣中CO2最高分壓達4 MPa，Cl-含量最高達160 000 mg/L，改造施工井口壓力普遍超過100 MPa，管柱通常采用超級13CR油管，扣型為氣密封扣，封隔器采用永久封隔器，主要以THT和TNT封隔器為主，壓力級別一般在70 MPa以上，同時考慮井口安全，根據氣藏預測含蠟情況考慮下入深井安全閥或常規安全閥。根據前期改造經驗，對于機械分層改造管柱（工具）主要有幾點改進：①考慮大通徑管柱配置，采用?114.3 mm+?88.9 mm管柱能夠明顯降低摩阻，為改造提供更加有利條件，目前油田常用不同規格油管的排量與壓裂液摩阻關系見圖2（摩阻系數取0.35）；②前期迪西X井上封隔器芯軸在改造過程中受溫度效應影響被拉斷，因此本井考慮在封隔器之間加入伸縮管補償管柱受溫度效應的影響；③前期KS2-X井壓裂球（鋼球）出現返出滯后的情況，影響后期生產，現用可溶合金球替代鋼球能夠有效解決這一問題。

圖2 油田常用不同規格油管下排量與壓裂液摩阻關系曲線

2.5 現場關鍵工序質量管控

（1）射孔安全及儲層打開程度管控。針對單趟射孔跨度大易斷爆、出現井下復雜處理困難等問題，采用兩趟射孔、“避開”大夾層、提前下入模擬通井管柱等技術來保證射孔作業安全和儲層打開程度。

（2）入井材料質量三級管控。①通過室內實驗優選評價確定改造材料配方；②現場監督、壓裂隊現場確認材料數量、質量檢查及保存；③油田采用壓裂酸化流體檢測流動車對現場改造液進行小樣和大樣調試評價，保證入井流體質量。

（3）施工參數。①根據現場測試壓裂（升排量、降排量、壓降）結果，獲取地層破裂壓力、近井摩阻、閉合壓力等地層參數，從而調整主壓裂施工相關參數；②根據施工曲線實時調整施工泵注參數（排量、液量、砂量、交聯比等）。

（4）斜井降低砂堵措施。根據調研結果，斜井降低砂堵風險措施主要有3個：①提升液體效率（提升液體性能、提高排量）；②控制施工砂比［9］，初始砂比控制在10%以下，最高砂比控制在40%以下，平均砂比控制在30%左右；③盡可能提升排量。

（5）多手段控制出砂。①每一級改造后尾追30/50目覆膜陶粒；②根據裂縫閉合時間適當延長關井時間。

3 應用效果

KS10-X井隸屬KS10氣藏，本井采用了大斜度井井身結構，完鉆井深7 060 m，最大井斜77.6°，改造井段6 805～7 020 m，垂厚96.6 m，地層溫度153.65℃，改造段避水高度95.6 m，目的層共累計漏失相對密度1.71～1.73 g/cm3的油基鉆井液42.5 m3，裂縫發育但是有效性差。

綜合考慮儲層性質及井型特殊性，本井采取的工藝措施：

（1）根據庫車山前改造工藝模板，本井儲層介于II、III類之間，擬采用加砂壓裂進行儲層改造。

（2）本井儲層改造段長（215 m），擬采用“機械雙封+軟分層”手段，機械分層2段，暫堵分層2次，總計4段，實現儲層均勻改造。

（3）通過測井數據分析，優化射孔7段，儲層打開61 m，氣層及差氣層共計115.5 m，射孔占比約52.8%，采用兩趟射孔、“避開”大夾層、提前下入模擬通井管柱等技術手段來保證射孔作業安全。

（4）通過模擬計算，在不同改造排量下雙封隔器之間油管伸縮量為1.137～1.160 m，軸向載荷為39～43 t，因此，在雙封之間增加伸縮管1根，伸縮距3.0 m，剪切值24.72 t。

（5）采用可溶球替代之前的鋼球，保證井下安全及后期生產。

（6）本井按直井計算排量5.5 m3/min時，井口施工壓力超過120 MPa，本井采取以下措施盡可能降低井口施工壓力：①采用測試壓裂實取儲層參數，實時調整主壓裂施工參數；②采用KCl加重壓裂液，有效降低施工壓力；③段塞打磨近井儲層。

經過測試壓裂，求取地層基礎參數，計算得出本井裂縫延伸壓力梯度為1.87 MPa/100 m，根據測試結果將前置液段塞由4個降為2個；主壓裂機械分層兩層，兩層內各轉向一次，共四段，共注入壓裂液2 562.2 m3，注入總砂量159.2 m3，最高砂濃度420 kg/m3（砂比低于30%），最大排量6.55 m3/min，最高泵壓118.5 MPa，裂縫延伸壓力梯度最大為2.0 MPa/100 m（第四級），排砂少（40 L），管柱、工具未見異常，施工順利，第一級加砂壓裂施工曲線圖見圖3。暫堵轉向效果明顯，轉向壓力5～9 MPa。改造后效果明顯，油嘴9 mm，油壓75.7 MPa，折算日產氣74.2×104m3，測試結論為氣層，本井成為目前KS10氣藏測試產量最高井。

圖3 KS10-X井第一級加砂壓裂施工曲線圖

4 結論與認識

（1）機械分層（兩層）管柱及配套完井工具在庫車山前超深直井、大斜度井儲層改造中是可靠的，與此同時，“機械分層+軟分層”改造工藝是庫車山前直井/大斜度井巨厚儲層實現均勻改造的一個有效方法，可以極大提高巨厚儲層均勻改造程度。

（2）對于斜井壓裂，應該豐富降低施工壓力手段和管柱適應性。采取加重壓裂液、擠酸降破、優化管柱配置（大通徑）、粉陶近井打磨、降低主壓裂支撐劑粒徑等技術手段，有效解決斜井壓裂可能存在施工壓力高的問題。

（3）目前機械分層改造在油田應用均在7 000 m以下，應持續攻關多層機械分層在深井、超深井及大斜度井中的適應性，為儲層改造提供更有利的硬性條件。

（4）測試結果表明，KS10-X井裂縫延伸壓力梯度低，前期分析斜井起裂會比直井大的論證在本井并未印證，大斜度井破裂壓力預測仍有待提高。

（5）目前暫堵分層效果由暫堵轉向壓力、施工壓力、停泵壓力等參數綜合確定，地下實際分層效果尚需其他技術手段驗證，建議通過測試產氣剖面、示蹤劑+微地震檢測等方法來確定分層效果。

（6）現場質量控制是儲層改造的重要一環，入井材料質量、數量檢測及施工參數實時調整均對改造效果有著重要影響。