壓裂作業在渤海油田火成巖儲層的探索應用

樊鵬飛 王旭東

中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司 天津 300450

1 作業背景

通過壓裂作業，可以將原本受限的油藏釋放出來，提高油井的生產能力，該技術對于老化油田和低滲透油藏尤為有效，[1]隨著渤海油田低滲儲層開發開采需求不斷增加，壓裂工藝作為目前公認的低滲儲層增儲上產攻堅利器，近年來在渤海油田逐步拉開序幕。

渤海區域某油田古近系東三段和沙河街組儲層巖性以中、細粒巖屑長石砂巖為主，礦物成分主要為石英、長石、巖屑。東三段和沙河街組主要發育辮狀河三角洲沉積，物源來自西南方向的墾東凸起。東三段儲層具有中孔、中～高滲的物性特征，油層段測井解釋孔隙度范圍16.4%～22.0%，平均為19.4%，滲透率范圍208.6～1589.6mD，平均為736.2mD。地面原油為輕質原油，比重0.9g/cm3，具有粘度低、膠質瀝青質含量中等、含蠟量高、含硫量低、凝固點高等特點，投產初期多次出現井口無液返出、電機高溫的現象，通過環空補液、縮小油嘴等方法維持流壓相對穩定。穩定生產后，一直維持低流壓、高生產壓差、低液量狀態生產，含水5.2%，注采連通差，儲層南側受火成巖影響產能未達設計，電泵排量與供液能力不匹配。

A43井東營組具備良好的物質基礎，周邊儲層好，不受火成巖影響區域的鄰井單井產能較好。鑒于該井儲層一定程度受到火成巖影響，因此對東營組進行儲層改造。

2 壓裂管柱校核及施工方案

2.1 壓裂管柱校核

本次壓裂作業管柱設計（詳見圖1）為：3-1/2”EUE擴孔圓堵+3-1/2”EUE P110油管+壓裂封隔器+7”水力錨+反循環閥+安全接頭+3-1/2”EUE P110油管，施工參數為井口限壓70MPa，環空壓力10MPa，排量為0-5m3/min。

圖1 壓裂管柱圖示意圖

壓裂參數計算：當井口達到限壓值70MPa，環空壓力為10MPa，排量為0-5m3/min，注入時間為90min，壓裂各參數計算如下：

（1）井底壓力計算：當排量為5m3/min，井底流動壓力為72MPa，當排量為3m3/min，井底流動壓力為84MPa，當排量為1m3/min，井底流動壓力為96MPa，大于地層破裂壓力。

（2）溫度計算：當排量為5m3/min，井底油管內溫度從112℃降至40℃。

（3）管柱伸縮計算：由于溫度效應、鼓脹效應導致生產封隔器上下管柱出現縮短，砂堵時縮短量最大為2.153m，由于封隔器的卡瓦作用，管柱總伸長量為0。

（4）壓裂封隔器和水力錨受力計算：壓裂管柱下壓16噸坐封封隔器后，經模擬校核，砂堵時封隔器和水力錨受力最大，受到107噸的上頂力，水力錨錨定力≥154噸（70MPa），滿足極限工況下的防上頂要求。

（5）管柱強度計算：正常作業時，壓裂管柱的三軸、抗拉、抗內壓、抗外擠的安全系數滿足中國海洋石油標準要求；當出現砂堵情況時，井口達到井口限壓值70MPa，環空壓力為10MPa時，壓裂管柱的三軸、抗拉、抗內壓、抗外擠的安全系數滿足作業標準要求（詳見圖2）。

圖2 管柱強度校核示意圖

2 壓裂施工方案

2.1 管柱結構及壓力預測：

A43井壓裂兩個生產層段，壓裂管柱結構：3-1/2”EUE擴孔圓堵+3-1/2”EUE P110油管+壓裂封隔器+7”水力錨+反循環閥+安全接頭+扶正器+3-1/2”EUE P110油管，采取投堵填砂封隔下部產層，采用一趟兩層填砂拖動壓裂工藝，壓裂管柱結構簡單，工具成熟，性能穩定，A43井改造段跨度大，小層多，為了保證壓裂效果，設計采用較大排量注入施工，設計注入排量4-5m3/min，從預測結果來看（詳見表1），破裂壓力梯度按照0.0167MPa/m計算，裂縫延伸壓力梯度0.0151MPa/m，預測最大施工壓力56.9MPa。

2.2 泵注方案

（1）A43井第一壓裂段小型測試壓裂泵注程序：

設計一級加砂量36.0m3，砂比5-35%，平均砂比21.9%，施工排量4.0-4.5m3/min，頂替后降排量投球暫堵1和3小層（7.4m/279孔/320球），二級加砂量18.0m3砂比5-40%，平均砂比23.1%，施工排量4.0-5.0m3/min。工藝設計方案總計加砂54m3，凈液量442m3。

（2）A43井第二壓裂段小型測試壓裂泵注程序：

第二壓裂段儲層較薄、縫高難以擴展、加砂難度較大，采用大排量+較低砂比促進支撐劑運移及縱向充分改造。為促進形成復雜裂縫，設計前置液采用弱交聯壓裂液造縫、加入多級自懸浮陶粒段塞。工藝設計方案施工總加砂量31m3，加砂強度4.8m3/m。砂比5-40%，平均砂比21.8%，尾追固結覆膜陶粒1m3，施工排量4.0-5.0m3/min，凈液量257m3。

3 現場作業效果

3.1 作業井效果

A 43 井投產后日產液121 m3/d，日產油106.5m3，含水12%，對比故障前日產液19.25m3，日產油18.25m3，日增油量88.25m3，壓裂作業效果良好。

3.2 作業井效益

A43井投產后，日増油約88.25m3/d，折合收益約24萬/天（60美元/桶計算）。此次壓裂施工共注入液量730方，支撐劑81方，投暫堵球200個，創造渤海老井低滲壓裂新的記錄。此次拖輪壓裂作業純作業時間160h，對比施工設計188h節省28h，節省時效14.9%，大大提高了作業效率。該井實施至今運轉可靠，經濟效益十分明顯。

4 結束語

1）低滲壓裂技術是解決海上油田火成巖儲層產出低的有效方式，在渤海油田應用了多口井，作業后增油效果明顯，達到了設計的各項指標，應用前景廣闊。

2）設計研發專業用于海洋石油開采的壓裂多功能設備，具備集成作業、增產等復合功能，是未來海洋石油低滲儲層開發的方向，進一步優化作業流程、采取措施有效降低成本，對海上壓裂技術的推廣至關重要。

3）由于海上平臺環境相似，低滲壓裂技術有效提升了油井產能，取得良好經濟效益，因此可進一步推廣應用至四海油田的開發中。