水力壓裂突破泥質隔夾層曲線特征及工藝措施

＊盧德義 賈凱雄 白彥軍 馮強 李世獻 王睿智 楊鵬飛

（中國石油集團川慶鉆探工程有限公司長慶井下技術作業公司 陜西 712000）

成X井為位于寧夏鹽池縣大水坑鎮的一口大斜度油評價井，開發層位為延長組長6層。該井所處區域的大斜度井采用注水開發，為提高裂縫覆蓋程度、增大改造體積，根據前期井下微地震監測結果，優化裂縫間距為9～90m，裂縫半縫長為150～180m，將整個大斜度段分為6段，采用連續油管水力噴砂射孔，同時拖動連續油管底封進行分段壓裂。噴砂射孔液體為EM30+滑溜水，壓裂用攜砂液為胍膠，支撐劑為20/40目石英砂。本井設計施工排量：油注排量0.4m3/min，套注排量2.6m3/min，最高設計砂濃度510kg/m3。在對成X井施工過程中，六段都出現加砂過程中壓力異常大幅度波動現象。

為降低井控風險、保障本井壓裂施工安全。要求：該井壓裂施工過程中，周圍500m范圍內對應采油井、注水井，包括周圍關停井，停井并安裝高壓井口及壓力表（必須安排專人坐崗觀察），如果壓裂時該井井口壓力突降或周圍對應采油井、注水井（包含但不限于本設計提供的井、包括周圍關停井）井口壓力上升，立即停止壓裂施工并上報項目組，后續措施報工程技術管理部組織討論決定，本井壓裂過程中周圍井未出現壓力上升跡象。

1.連續油管井下工具串結構

連續油管尺寸選擇主要取決于施工排量。相同工作液，連續油管尺寸越大，油管內摩阻越小，相同排量下施工泵壓越低；油套環空體積截面積越小，工作液在油套環空的速度也就越快。該井使用連續油管底封隔器分段壓裂管柱，噴射壓裂工具串總長預計5.378m，主要由外卡式連續油管接頭、機械安全接頭、水力噴槍、CT底封隔器、機械接箍定位器、導向扶正器等6部分構成。水力噴槍噴嘴數量為4個，噴嘴直徑Φ4.5mm。

圖1 連續油管噴射鉆具

2.壓裂液與支撐劑

(1)壓裂液

本井壓裂施工采用“（EM30+）滑溜水+胍膠基液+交聯液”的混合水壓裂液體系。為減少用水準備時間、降低壓裂液成本、保護生態環境，要求壓裂返排液、洗井液、酸液和剩余工作液100%不落地回收，現場具備重復利用條件時，井（段）間直接回收利用；不具備重復利用條件時，由施工方將廢液拉運至集中處理點進行處理。本井噴砂射孔液體為回收液循環利用。

滑溜水：0.25% EM30++清水；

基液：0.30% CJ2-6+0.5% TOS-1+0.5% TOF-1+0.1%CJSJ-3+0.3% TJ-1+清水；

交聯劑：JL-13+0.6% APS；

酸液配方：10% HCl+1.5% HF+0.5% CF-5C+0.3% COP-1+0.1% CA+1.0% HJF-94。

(2)支撐劑

20/40目石英砂：粒徑0.425～0.85mm，體積密度1.56g/cm3，視密度2.61g/cm3。

①第1、2、3、4、5段壓裂支撐劑準備（每段）

20/40目石英砂（噴射）1560kg（1.0m3）；

20/40目石英砂93444kg（59.9m3）。

②第6段壓裂支撐劑準備

20/40目石英砂（噴射）1560kg（1.0m3）；

20/40目石英砂77844kg（49.9m3）。

3.壓裂施工過程描述

2020年6月9日對成X井長6層進行壓裂，本井全井六段設計壓裂泵注排量都為3m3/min，其中油管排量0.4m3/min，套管排量2.6m3/min。噴點位置如裂縫設計參數表1所示。

表1 裂縫設計參數表

施工前檢查現場所備水質和數量，嚴格按方案配方及配液要求配制壓裂液。檢測配制好小樣，檢驗壓裂液測基液黏度、交聯性能、交聯比，酸液測密度、濃度等符合設計要求。

開安全會及施工交底會，做到“五清楚”即施工設計清楚、油層特性清楚、管串結構清楚、安全措施清楚、崗位及分工清楚。開泵前將主壓車的超壓保護定在油注65MPa，套注45MPa。

圖2 成X井壓裂施工曲線

在對第一段噴射完成后，進入正常壓裂泵注程序進行壓裂時，壓裂至加砂中期，油套壓迅速升高，油壓漲至59.4MPa，套壓漲至44.3MPa，此時施工指揮通知混砂工立即停砂，停砂瞬間，壓力迅速跌落，之后壓力曲線又急劇升降幾個凸起后壓力平穩，之后繼續加砂，順利完成本段壓裂。在后續五段的施工過程中，都遇到與第一段相同的異常情況，加砂中期壓力急劇反復跳漲再掉落，打夠一井筒容積頂替液后繼續加砂，壓力趨于平穩。

4.壓力異常原因分析

(1)基液攜砂性能

本次施工基液嚴格按照胍膠粉比為0.3%的比例配制，施工全程時刻關注液體攜砂性能，第一段施工結束后，懷疑液體攜砂性能不好，在井筒中或縫口沉砂造成壓力波動，后續在施工其他五段時，對攜砂液精細把握，化工廠人員在井場負責液體的性能，對現場胍膠液實時取樣調交聯，黏度實時檢測保持在24mPa·s左右，加入交聯劑后液體挑掛有力，掛舌圓潤。所以本次壓裂胍膠液攜砂性能良好。

(2)地層因素

地質特征影響

①水平方向

本次壓裂施工層位為長6層，從地質甜點優化圖（圖3）中可以看出在斜井段砂體之間有若干泥質夾層，其中在2950～3020m之間存在一套泥質夾層，將砂體分隔開來。根據裂縫設計參數表（表1）與測井圖可知，本井設計將前五段射孔位置定在第二套砂體上，第六段定在第一套砂體上。所以前五段施工時，除第一段極難破壓，打酸后地層破裂，第二、三、四、五段由于水平方向處于同一砂體上，受酸蝕與鄰段壓裂的影響，第二、三、四、五段都較第一段好破壓。但是第六段極難破壓，而且連續油管管徑較細，液體摩阻較大，排量提不起來，替砂極消耗時間，而且擠酸后三次不破壓，又要將酸替出，所以整個壓裂施工過程持續10h，僅噴射后擠酸破壓就持續7.5h。所以第六段較難破壓主要是水平方向與前五段間隔較遠且中間存在泥質縱向夾層，地層整體非均質性較強，地層濾失較大。

圖3 成X井大斜度段工程、地質甜點優化圖

第六段與前五段水平方向間隔較遠，但是第六段加砂中期依舊出現與前兩段相似的情況，即壓力突然跳漲，考慮是地層縱向上泥質隔夾層的影響。

②垂直方向

根據油藏剖面圖（圖4）顯示本井長6層砂體厚度在20m左右，自然伽馬曲線砂體特征顯示良好，在砂體頂部與底部有明顯的泥質隔層。但是在水平上，該段砂體頂端5～8m的泥質隔層之上又發育一段伽馬特征顯示良好的小砂體，下方也發育3～4套小砂體，砂體之間為泥質夾層，所以施工中壓力突漲突降，很可能是裂縫在縱向延伸時，遇到泥質夾層，瞬間憋壓，造成壓力突漲，當漲至泥質夾層的耐壓極限時，瞬間泥質夾層破裂，之后又連續破幾個泥質隔夾層，裂縫開始再次緩慢擴張，同時地層開始吸收液體，加砂平穩。

圖4 油藏剖面圖

圖5 鹽X井施工曲線

5.相似案例

2020年11月19日對鹽X井長6層第二段進行壓裂，加砂后后期壓力上漲，停砂打隔離液，此時油管排量1.4m3/min，套管排量3.6m3/min。當套注胍膠液量打夠一環空容積后，為了后續容易加砂，決定換成滑溜水繼續過頂20m3后再開始加砂，當環空液量又注入到15m3時，套壓迅速升至46MPa，油壓升至55MPa，壓力迅速掉落，此時套注車輛已經超過限壓值45MPa，超壓停泵。油注車輛保持1.4m3/min排量，壓力穩定在油壓平均47.9MPa，套壓平均27.4MPa，隨后逐級提套管排量至3m3/min，防止油壓過高降油管排量至1.2m3/min，壓力平穩后開始加砂，完成施工。

6.結論與處理措施

（1）地層泥質隔夾層會瞬間阻隔裂縫的擴張，造成瞬間壓力突漲再突降，施工中存在較大的砂堵和超壓風險。

（2）對于油管補液環空加砂壓裂工藝，應當將油注、套注兩邊主壓車用兩個控制面板分開，分別設置各自的超壓保護范圍。因為施工時油套管的限壓范圍不同。若在一個操控面板中操作所有壓裂車，只能將超壓保護設置成最大限壓值，即油管限壓極限值，如果遇到瞬間壓力突漲，操作員是反應不及的，將會使得套管超過其承壓范圍，造成套管損壞等施工風險。

（3）施工中遇到泥質隔夾層造成的壓力跳漲，必須立即停砂，如果停砂后壓力回落并且未超壓，則繼續打隔離液，頂夠一井筒容積液量后，根據壓力情況再考慮加砂，如果瞬間超壓，隔夾層壓不破，則開套放正洗一油套容積后，再關套放閉旋塞正頂。

（4）結合測井曲線與壓裂現場分析鹽池區域長6層內部和底部夾層較厚較致密，本區域施工中遇到壓力突漲風險較大。施工時要時刻注意壓力變化。

（5）對于長慶油田某些地層非均質性較強的油井區塊，使用連續油管拖動壓裂存在著較大的連續油管卡鉆風險，對于較難破壓的地層，反復打酸不僅會縮短連續油管使用壽命，而且壓力突漲極易造成砂堵，從而存在連續油管卡鉆、鉆具脫落等風險。

（6）通過連續油管結合帶封隔器的噴射工具，經噴嘴節流將高壓射孔液轉化為高速射孔液對套管進行噴砂沖蝕，然后進行環空加砂壓裂，利用封隔器的多次上提下放坐封解封達到一趟管柱實現多級壓裂、環空加砂實現較大規模改造，減少噴嘴過砂量延長噴嘴壽命，節約成本。

（7）從連續油管底封拖動水力噴砂射孔環空分段壓裂技術原理入手，通過選擇工具及壓裂參數，到現場應用，總結施工經驗，成功提高作業效率，為后續連續油管底封拖動水力噴砂射孔環空分段壓裂技術的實施提供寶貴經驗。