超低滲油藏多級噴砂射孔壓裂技術研究與應用

趙小光，林志波，黃 燕，鄭志剛

（1.長慶油田分公司第十采油廠，甘肅 慶陽 745100；2.長慶油田分公司第二采油廠，甘肅 慶陽 745100）

H 油田位于中國西北部的鄂爾多斯盆地，儲層致密，滲透率一般不超過0.3 mD[1]，屬典型的超低滲透油藏[1-2]，但油層厚度較大，一般單井發育油層在15～50 m。鉆完井后僅采用射孔方式無法獲得工業油流，必須對儲層進行壓裂改造才能使油井獲得工業油流生產能力。前期采用常規射孔、常規分層壓裂方式對儲層進行壓裂改造。但常規分層壓裂工藝存在滑套級數有限無法實現多級多層分層壓裂、雙封單卡上提管柱分層壓裂施工效率低下并極易發生井下故障等問題。

面對這些難題，進行了攻關，引入了連續油管，并與水力噴砂射孔工藝相結合，形成多級噴砂射孔壓裂工藝配套技術，極大提高了壓裂施工效率和施工成功率。該工藝技術通過噴嘴的節流將高壓射孔液轉化為高速射流液體，對套管及巖層進行噴砂沖蝕，建立地層與井筒之間初級通道，然后對儲層進行加砂壓裂。該壓裂工藝技術優化集成了連續管柱高效作業、多級噴砂射孔、封隔器分層、大排量注入等技術，對于縱向油層厚度大、產層多的油藏精準實施分層壓裂，特別是薄互層壓裂具有顯著優勢。

1 常規分層壓裂存在的不足

隨著科技不斷進步和技術人員的不斷努力改進，油田開發過程的儲層壓裂改造工藝已經發展出多種工藝技術手段，特別是分層壓裂的出現，提高了儲層改造程度和精度，但常規分層壓裂在實際實施過程，存在以下不足。

運用封隔器+壓裂滑套組合管柱進行分層壓裂，由于滑套級數的限制，一般單井最多實施分3 層壓裂[3]，面對厚油層無法實施更多層級精細壓裂。運用雙封單卡[4-5]管柱進行上提管柱分層壓裂，易發生井下卡鉆故障，為解除井筒故障導致壓裂施工占井周期較長并影響壓裂增產效果。運用雙封單卡管柱壓完一層后，上提管柱過程易發生封隔器損壞無法繼續實施壓裂的故障，只能通過起出井內壓裂管柱后重新下入壓裂管柱才能繼續實施下一層壓裂，導致壓裂施工效率低。運用雙封單卡管柱壓完一層后，調整鉆柱前必須先打開防噴器并拆卸井口，高壓井、超前注水區塊存在較大安全隱患。運用雙封單卡管柱壓完一層后，必須先進行放噴才能動管柱，地層高壓高速流體返出容易對井下工具、管柱造成損傷，很多井因此必須更換工具，重新下井才能繼續壓裂，導致壓裂施工周期長、效率低。

2 多級噴砂射孔壓裂設計

H 油田油層厚度大、物性差，屬典型的超低滲透油藏，需對儲層實施精細壓裂改造，以確保獲得較好的產能。面對常規分層壓裂存在的不足，進行了技術攻關，大膽提出用連續油管作為壓裂管柱，并對壓裂管柱和壓裂工藝技術進行了創新設計。

2.1 多級噴砂射孔壓裂管柱設計

連續油管多級噴砂射孔壓裂工藝管柱如圖1所示。多級噴砂射孔壓裂管柱組合最初設計為（從上至下）：連續油管+連續油管連接頭+Φ4×4.5 mm 水力噴射器+K344-108 封隔器+導向絲堵[6]。各工具作用與原理如下。

圖1 連續油管多級噴砂射孔壓裂工藝管柱

連接頭：用于將連續油管和井下工具或兩段連續油管連接起來。

水力噴射器：通過噴嘴的節流將高壓射孔液轉化為高速射流液體，對套管及巖層進行噴砂沖蝕，建立地層與井筒之間初級通道。

封隔器：用于多級噴砂射孔壓裂時封隔下部已壓開的射孔層段，避免層間干擾，實現精準壓裂改造。

2.2 多級噴砂射孔壓裂技術設計

連續油管與工具連接后，下入井底，進行數據校核。然后上提拖動管柱使水力噴射器準確位于工程設計深度，地面泵車打壓坐封封隔器，之后通過連續油管以一定排量將具有一定含砂濃度的射孔液通過水力噴射器進行噴砂射孔。射孔完成后，循環沖砂直至干凈，然后泵入高壓液體壓開地層，按壓裂工程設計參數對射孔層段進行加砂壓裂；一段壓裂完成后，解封封隔器，上提管柱使水力噴射器到另一深度，再按上述程序對另一射孔層段進行加砂壓裂；按此循環完成所有層段的壓裂后，從井內提出多級噴砂射孔壓裂管柱或放噴后再提出井內多級噴砂射孔壓裂管柱。連續油管多級噴砂射孔壓裂工藝流程圖如圖2 所示。

圖2 連續油管多級噴砂射孔壓裂工藝流程圖

3 多級噴砂射孔壓裂改進

運用上述設計的多級噴砂射孔壓裂工藝技術，在H 油田B**-α井、B**-β井和B**-γ井進行了現場試驗，施工取得了成功，但發現存在以下3 個不足，具體如下。

第一，發現該多級噴砂射孔壓裂管柱在井筒內不是完全處于居中狀態，一般有微小傾斜，管柱與中垂線有偏差，分析這是因為連續油管柱外徑比套管內徑明顯小，在施工管柱和套管之間存在相當大的環形空間造成的，這個微小傾斜可能給水力噴砂射孔造成誤差。

第二，在水力噴砂射孔壓裂過程，該管柱有輕微的擺動和蠕動，這個擺動和蠕動可能造成噴砂射孔點位不夠精確或造成壓裂施工壓力過高等危害，分析原因，這是由于管柱底部沒有充分錨定造成的。

第三，水力噴砂射孔后進行壓裂時，壓開地層所需的破裂壓力很高。分析認為主要有以下2 個原因：①連續油管內徑小（為Φ41.1 mm）、噴射器孔眼直徑小（Φ4×4.5 mm），泵注液體時摩阻大，造成施工壓力高；②連續油管地面部分處于盤繞狀態，完成水力噴砂射孔后沖砂時，砂子上返有一定的阻力，導致井內在噴點附近有砂子堆積殘留。

3.1 工具及組合的改進

上述第一和第二個不足之處，主要通過優化改進管柱及工具組合來解決。一是在水力噴射器上部增加扶正器，對管柱進行“對中扶正”，達到“糾偏”效果。二是在封隔器下部增加錨定器[7]，防止管柱擺動和上下蠕動，增加管柱在施工時的穩定性。三是在工具與連續油管連接部位增加安全丟手接頭，利于處理井筒故障。改進后的連續油管多級噴砂射孔壓裂工藝管柱如圖3 所示。

圖3 改進后的連續油管多級噴砂射孔壓裂工藝管柱

3.2 降低破裂壓力的技術改進

為克服上述第三個不足，創新出以下4 種技術來降低地層破裂壓力，確保順利完成壓裂施工。

加酸破壓法。當遇地層破裂壓力太高，地層難壓開，可考慮加酸破壓法，一般采用的土酸配方為12%HCl+3.0%HF+0.5%鐵離子穩定劑+0.5%MH-16 緩蝕劑+0.5%WN-200 黏土穩定劑，酸量一般在5～8 m3即可，先小排量將酸液注入近井地帶，關井反應45 min，利用酸的溶蝕作用破壞近井地帶巖石部分結構，然后高壓泵入壓裂液壓開地層，壓開后逐級提升排量至設計參數進行該層壓裂。

沖洗孔眼法。當地層破壓后，有一定吸水量但提不起排量，提排量壓力突升直至超壓，這種情況多數是因為孔眼周圍有砂子，二次沖洗后常常能解決。

憋壓放噴法。地層初次壓開后，裂縫開啟不大，特別是在套管逐步提排量補液過程中，會把井筒未完全沖洗出來的砂子帶入裂縫，形成裂縫堵塞，無法提排量，可采用快速放噴法，將裂縫中砂子返吐出來后再次壓裂。

解封沖洗法。采用以上3 種方法都無法壓開地層或者壓開提不起排量時，可采用解封沖洗法。即上提連續油管解封后，從套管大排量反循環沖洗，目的是沖洗孔眼周圍堆積砂子，再重新坐封重新壓裂。

4 應用與效果情況

2019—2021 年在H 油田共實施多級噴砂射孔壓裂106 口，與常規分層壓裂相比，該壓裂工藝技術施工一次成功率為97.2%，較常規分層壓裂一次成功率提高15%；單層壓裂施工周期平均為1.2 d，較常規分層壓裂施工周期縮短73%；并且最多實現了一趟管柱分15層壓裂，較常規分層壓裂分層級數提高275%；壓后平均單井放噴量減少了300 m3，在減少壓后廢水處理量的同時也提高了壓后地層能量保持水平；同時還大大減小了安全環保風險；產能方面，這106 口井年單井平均產能較常規分層壓裂提高了0.5 t/d，壓裂改造效果明顯提升。

5 結論

通過分析常規分層壓裂存在的不足以及工具的優選，創新設計了多級噴砂射孔壓裂工藝管柱及多級噴砂射孔壓裂技術；在實踐中對該壓裂工藝管柱及壓裂技術進行了優化與改進，形成并完善了多級噴砂射孔壓裂工藝配套技術。

創新形成了4 種降破壓工藝技術方法，解決了部分井應用多級噴砂射孔壓裂工藝進行壓裂時，破壓高、難以實施壓裂的難題，進一步完善了多級噴砂射孔壓裂工藝技術體系。

該多級噴砂射孔壓裂工藝技術大大提高了分層壓裂級數與能力，滿足縱向油層厚度大、產層多的油藏精準實施分層壓裂的施工需要。

該多級噴砂射孔壓裂工藝技術，大大提高了單井多段分層壓裂施工的一次成功率、大大縮短了壓裂施工周期，提高了壓裂施工的效率。

該多級噴砂射孔壓裂工藝技術實施過程不需放噴，不需拆卸井口，不需起下管柱，降低了安全環保風險，降低了井控風險，大大減輕了工人的勞動強度。