低滲透薄互層多級(jí)分壓簡捷工藝

盧修峰 邱 敏 韓 東 夏志學(xué) 黃堅(jiān)毅 邢麗潔

（1.冀東油田鉆采工藝研究院，河北唐山 063004；2.渤海鉆探工程公司，天津塘沽 300450；3.華北油田公司采油工藝研究院，河北任丘 062552）

分層壓裂是低滲透薄互層提高單井產(chǎn)油量的有力措施。分層壓裂工藝可分為5類：橋塞和封隔器機(jī)械分壓；液體膠塞分壓；水力噴射分壓；限流法分壓投球分壓，5類分壓方式各有其優(yōu)缺點(diǎn)和適用條件。針對(duì)冀東油田低滲透薄互層多級(jí)分壓難點(diǎn)，研制了低密度油溶性堵球，并進(jìn)行了施工參數(shù)優(yōu)化，取得了明顯的實(shí)施效果。

1 薄互層分壓特點(diǎn)及存在問題

薄互層多級(jí)分壓的顯著特點(diǎn)：層多，層與層之間隔層薄，下封隔器分壓勢必造成卡封事故，合壓多次也不能改造所有層，致使形成鞭打快牛的情況，被改造層出力大，見水快，形成高含水層，或被水淹，而不出力層永遠(yuǎn)不出力。要想增加單井產(chǎn)油量，就必須采取安全可靠的分壓工藝：多級(jí)投球分壓。

表1 Ⅰ號(hào)井射孔數(shù)據(jù)

施工分析：第1、2次合壓，加砂量分別為8 m3和3.3 m3，平均砂比10%和4.3%，壓裂規(guī)模小，砂比低，不可能同時(shí)壓開9層47.3 m的油層厚度。因此，第1、2次壓裂只是壓開了1-2層，其他地層沒有造縫。第3次還是合壓，壓裂加砂25.5 m3，砂比提高到18.2%，由于1-2層已有裂縫且1-2層與3號(hào)層僅隔4.0 m，所以第三次壓裂壓開了1-2、3號(hào)層這3個(gè)層。第4次壓裂投球200個(gè)，堵住了1-2、3層，由于4號(hào)層厚6.4 m，且與5號(hào)層相隔6.6 m，因此第4次壓裂壓開了4號(hào)層。

由以上的分析知道：在這9層中，1-2、3、4層已經(jīng)被壓開，為出力層，此井產(chǎn)水也來自這幾層；而5、6、7、9、10這幾個(gè)層在前幾次壓裂中根本沒有壓開，屬未出力層；可將該井油層分為3個(gè)自然壓裂層段：（1）1-2、3、4（已壓開）27.4 m/3層；（2）5、6、7（隔層小且與第9層6.4 m）13.4/3層；（3）9、10 6.4 m/2層。

此井理想的壓裂工藝是：先壓開1-2、3、4層，加入壓裂控水劑、降濾失劑，加入支撐劑20 m3，砂比30%，投球274個(gè)，堵1-2、3、4號(hào)層，再壓開5、6、7號(hào)層，加入陶粒15 m3，砂比30%，然后投球134個(gè)球，堵5、6、7層，壓開9、10號(hào)層，加陶粒7 m3，砂比30%。

2 低密度油溶性堵球的研制

低密度油溶性堵球以蠟作為主體，添加耐溫劑、聚合劑、防膨劑等材料，用特制的制作模具，澆注而成。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，選擇了密度0.8~0.9 g/cm3，直徑15 mm（一般孔眼直徑10~12 mm），耐溫70 ℃的一種堵球。同時(shí)研制了低密度水溶性堵球，用于注水井分壓；研制了低密度溫控球，用于低滲透砂巖天然氣井分壓；研制了密度差異球，用于水平井分段壓裂。本文重點(diǎn)介紹用于低滲透薄互層直井多級(jí)分壓的低密度油溶性堵球分壓工藝。

3 施工參數(shù)的優(yōu)化

3.1 投堵球分層的原則

（1）對(duì)于縱向上物性差異較小的油層，根據(jù)層與層間的距高，分成幾個(gè)自然壓裂層段，從上到下順序分層。投球的數(shù)量根據(jù)自然壓裂段的總射孔數(shù)確定（在壓裂時(shí)，不是每個(gè)孔眼都進(jìn)液，這樣確定投球數(shù)可保證進(jìn)液孔全部封堵，由于堵球以蠟為主，溫度高時(shí)軟化，進(jìn)入孔眼內(nèi)部，這樣可能1個(gè)眼進(jìn)2個(gè)球）。由電測數(shù)據(jù)和地應(yīng)力剖面看，Ⅰ號(hào)井各層段物性、地應(yīng)力基本相同，裂縫應(yīng)該按層序由上到下開裂。

（2）對(duì)于已壓過多次的井，先判斷已壓開層，根據(jù)其孔眼數(shù)量確定投球數(shù)封堵，再按物性參數(shù)判斷新壓開層的次序。

（3）對(duì)于縱向上物性差異較大的井層，則滲透率、孔隙度最大的先壓開，先封堵，以此確定投球數(shù)量。

3.2 壓裂液參數(shù)優(yōu)化

壓裂液的黏度從進(jìn)入高壓管匯始就開始發(fā)生變化，在井筒高剪切速率下變化，到地層隨著溫度的變化而變化，剪切的時(shí)間和距離對(duì)壓裂液黏度也有影響。所有這些變化都對(duì)裂縫的延伸有直接的關(guān)系，單純考慮壓裂液黏度與裂縫高度的數(shù)學(xué)關(guān)系不易確定，總的趨勢是黏度在變?。囟群图羟杏绊懀?，縫高在變大。根據(jù)地層的溫度、物性參數(shù)，優(yōu)化設(shè)計(jì)壓裂液的各項(xiàng)參數(shù)。

在作業(yè)程序中，對(duì)枝丫材的二次壓縮是本樣機(jī)的主要壓縮過程，并有最大壓縮力發(fā)生，應(yīng)以此計(jì)算最大壓縮力(圖4)。

3.3 施工排量及規(guī)模優(yōu)化

Ⅰ號(hào)井，優(yōu)化計(jì)算方法一：排量和砂量的確定通過FracproPT軟件進(jìn)行模擬。

本次模擬的目的是：尋求出在不壓穿儲(chǔ)層的情況下，不同的壓裂階段，在不同的排量下地層所能承受的砂量最大值，從而確定在不同的壓裂階段中最優(yōu)的排量及砂量組合。

模擬排量的最大值為5 m3/min，不同排量、不同規(guī)模時(shí)裂縫幾何尺寸見表2~表4。

表2 5 m3/min排量，不同規(guī)模時(shí)裂縫幾何尺寸計(jì)算數(shù)據(jù)

表3 4.5 m3/min排量，不同規(guī)模時(shí)裂縫幾何尺寸計(jì)算數(shù)據(jù)

表4 4 m3/min排量，不同規(guī)模時(shí)裂縫幾何尺寸計(jì)算數(shù)據(jù)

綜合以上分析計(jì)算，在壓裂的第1階段（壓開1、2、3、4#層）的時(shí)候，排量4.0 m3/min，加砂量20 m3可以將裂縫控制在油層內(nèi)（壓開第2、3段優(yōu)化計(jì)算略）。

Ⅱ號(hào)井，優(yōu)化計(jì)算方法二。

Ⅱ號(hào)井井深3754.0 m。井溫130 ℃，共6個(gè)層，總厚度58.6 m，跨度74.6 m，層厚分布不均，最厚20.4 m，最薄5.6 m，各層滲透率縱向分布不均，最大78.6×10-3μm2，最小0.7×10-3μm2，從層間距看可分為2個(gè)自然層段，58、59、60為一段，61、62、63為一段，兩段相隔8.0 m。

（1）施工排量優(yōu)化。在2.0~5.0 m3/min排量段里面進(jìn)行優(yōu)化。通過在FracproPT軟件中對(duì)不同排量的壓裂施工模擬，得出最后形成的裂縫形態(tài)，來確定合適的施工排量。在軟件中輸入本井的所有基本資料，輸入由砂量和平均砂比定出的泵注程序，觀察不同排量下的裂縫形態(tài)。模擬排量的標(biāo)準(zhǔn)是完成設(shè)計(jì)的加砂量，保證裂縫形態(tài)符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，不能壓穿儲(chǔ)層。上下兩層段厚度30 m左右，按照所形成縫高30 m，縫長100 m計(jì)算（根據(jù)井距）。計(jì)算結(jié)果如表5。

表5 不同排量下裂縫幾何尺寸計(jì)算數(shù)據(jù)

通過以上軟件模擬 發(fā)現(xiàn)，當(dāng)排量在2.0~2.5 m3/min的時(shí)候，所形成的裂縫長度較小不能滿足設(shè)計(jì)裂縫的要求；而排量在3.5~5.0 m3/min的時(shí)候，所形成的裂縫長度較長，高度不能控制在30 m以內(nèi)，隔層會(huì)被壓穿導(dǎo)致施工失?。慌帕吭?.0 m3/min的時(shí)候裂縫長度滿足要求，而且高度控制在30 m以內(nèi)。

（2）施工規(guī)模優(yōu)選。不同砂量得出的裂縫形態(tài)數(shù)據(jù)如表6。

表6 軟件模擬不同砂量得出的裂縫形態(tài)數(shù)據(jù)

在以上模擬中看到，砂量在10~15 m3的時(shí)候裂縫形態(tài)能基本符合設(shè)計(jì)要求，選取10 m3的砂量作為本次的設(shè)計(jì)砂量，上下兩大層厚度均30 m左右，所以上下兩大層均設(shè)計(jì)加砂10 m3。

4 實(shí)施效果

Ⅰ號(hào)井模擬計(jì)算確定共投球分壓3層，第1壓裂段1~4號(hào)層，排量4 m3/min，加入支撐劑20 m3，控水劑2000 kg，投低密度油溶性堵球274個(gè)，第2壓裂段5~7號(hào)層，排量3.5~4.0 m3/min，加入支撐劑15 m3，投低密度油溶性堵球134個(gè)，第3壓裂段9~10號(hào)層，排量3.5~4.0 m3/min，加入支撐劑7 m3。從壓裂施工曲線分析，第1段由于已壓過4次，所以破裂壓力13 MPa，第2段新開縫，破裂壓力明顯增高達(dá)21 MPa，第3段破裂壓力25 MPa，施工順利，基本按設(shè)計(jì)施工，此井壓前日產(chǎn)液5.6 m3，產(chǎn)油0.8 t，含水87%，壓后日產(chǎn)油8.7 t，為壓前的近11倍。

Ⅱ號(hào)井共分壓兩層，58~60號(hào)層為一壓裂段，排量3 m3/min，加入支撐劑10 m3，61~63號(hào)層為第2壓裂段，排量3 m3/min，加入支撐劑10 m3，壓裂施工按設(shè)計(jì)施工，第1層破裂壓力38 MPa，投低密度油溶性堵球300個(gè)，第2層破裂壓力45 MPa，分層明確，此井壓前日產(chǎn)油2.8 t，壓后日產(chǎn)油9.8 t，效果明顯。

5 結(jié)論

低密度堵球分層明確，封堵效率高，分壓效果好，投放簡單，在壓裂施工中途停泵不受影響，是提高單井產(chǎn)油量的一種簡捷安全的施工工藝。但在投球數(shù)量和優(yōu)化方法上需要進(jìn)一步探索。

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