水平井壓裂在喇嘛甸油田的應(yīng)用探討

于重洋

摘要：水平井技術(shù)在喇嘛甸油田應(yīng)用有3口井，但部分井自然產(chǎn)能較低，達(dá)不到工業(yè)產(chǎn)能，如喇8-平320井，投產(chǎn)后不產(chǎn)液。因此，為了提高油井產(chǎn)能，建議對(duì)該井實(shí)施壓裂改造措施。通過調(diào)研現(xiàn)有水平井壓裂技術(shù)及分析水平井各種壓裂工藝優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)喇嘛甸油田地層狀況及水平井具體的井身結(jié)構(gòu)，結(jié)合8-平320水平井的概況,對(duì)8-平320井的壓裂方式、壓裂液及支撐劑的優(yōu)選、裂縫角度、裂縫個(gè)數(shù)、裂縫長(zhǎng)度問題進(jìn)行了研究和探討，為喇嘛甸油田水平井壓裂提供理論支持。

關(guān)鍵詞：壓裂；水平井；工藝技術(shù)；裂縫

1 前言

水平井技術(shù)作為老油田調(diào)整挖潛提高采收率，新油田實(shí)現(xiàn)少井高效開發(fā)的一項(xiàng)重要技術(shù)，已得到廣泛應(yīng)用。而未采取增產(chǎn)措施的水平井有時(shí)無法提供足夠高的、有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的產(chǎn)量,因此,需要進(jìn)行壓裂增產(chǎn)處理。將水力壓裂技術(shù)和水平井技術(shù)相結(jié)合，形成了水平井壓裂技術(shù)。水平井壓裂技術(shù)具有增大瀉油面積，提高縱向和水平方向的掃油范圍；開采薄油層，屋脊油層；動(dòng)用常規(guī)方式難以動(dòng)用的儲(chǔ)量及剩余儲(chǔ)量等優(yōu)點(diǎn)。喇嘛甸油田應(yīng)用水平井技術(shù)來挖潛剩余油已有3口井，但部分井投產(chǎn)后產(chǎn)能不理想，目前需要進(jìn)行壓裂改造措施。

2 水平井壓裂技術(shù)調(diào)研

通過調(diào)研，各大油田主要應(yīng)用以下幾種水平井壓裂技術(shù)。

2.1 可取橋塞分段壓裂技術(shù)

該技術(shù)是美國(guó)貝克公司研制，橋塞壓裂工藝是針對(duì)在開發(fā)薄差油層中遇到的多個(gè)薄差層、間距度大等問題而研制的。該管柱將橋塞下到位置后，坐封丟手，上提管柱，將K344封隔器坐封在預(yù)壓裂層位上部，實(shí)現(xiàn)分層壓裂的目的，該管柱一次可壓多層。

管柱結(jié)構(gòu)：可取式橋塞、打撈器、噴嘴、K344-114封隔器、水力錨組成。

原理：先進(jìn)行第一井?dāng)嗟膲毫?、放噴，放噴完后下橋塞封堵第一井段；然后?duì)第二井段進(jìn)行壓裂，重復(fù)以上工序可完成其它井段的隔離、壓裂施工。

優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單，安全性高。 壓裂管柱針對(duì)性強(qiáng)，可適應(yīng)長(zhǎng)井段壓裂。

缺點(diǎn)：需要分段壓裂，施工周期長(zhǎng)，成本高。若井內(nèi)壓力高，需要壓井，容易污染油層。

2.2 高強(qiáng)度液體膠塞壓裂技術(shù)

確定采用全井射孔、分段壓裂的壓裂工藝技術(shù)。

原理：全井射孔后，下入單壓下層壓裂管柱到第一射孔段上部并坐封，對(duì)第一射孔段進(jìn)行壓裂施工，結(jié)束后向井筒注入高強(qiáng)度液體膠塞，封堵第一射孔段；上提管柱至第二射孔段，重復(fù)進(jìn)行壓裂、注膠塞，依次完成其它射孔段壓裂施工；待所有射孔段壓裂完畢后，將自動(dòng)破膠的膠塞沖出后投產(chǎn)。

優(yōu)點(diǎn)：壓裂針對(duì)性強(qiáng)，可長(zhǎng)井段壓裂。同分段射孔分段壓裂相比，可縮短施工時(shí)間，降低施工成本。

缺點(diǎn)：膠塞對(duì)儲(chǔ)層有輕度傷害。

2.3 限流壓裂技術(shù)

該技術(shù)是利用有限射孔孔眼產(chǎn)生的節(jié)流摩阻進(jìn)行壓裂的，當(dāng)注入排量超過射孔孔眼吸液量時(shí)，將產(chǎn)生過剩的壓力，當(dāng)過剩的壓力大于射孔孔眼處地層破裂壓力時(shí)，地層將產(chǎn)生破裂，當(dāng)存在多射孔段時(shí)，將產(chǎn)生多條裂縫。

大慶油田應(yīng)用限流法壓裂工藝現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)8口井，統(tǒng)計(jì)5口井，均取得了較好的效果。

管柱結(jié)構(gòu)：安全接頭、水力錨、Y344-115封隔器、節(jié)流嘴組成。

優(yōu)點(diǎn)：施工工藝簡(jiǎn)單、施工周期短、安全可靠、成本低、壓后效果好。

缺點(diǎn)：各個(gè)射孔段的裂縫系統(tǒng)形成不易控制，不能合理改造設(shè)計(jì)層位。

2.4 多脈沖熱氣化學(xué)高能壓裂技術(shù)

該技術(shù)是把聲波振蕩與火藥壓力脈沖相結(jié)合處理油層的方法，對(duì)地層產(chǎn)生熱氣化學(xué)作用、壓力作用和振動(dòng)作用的一項(xiàng)新技術(shù)。2003年該技術(shù)在長(zhǎng)慶安塞油田推廣應(yīng)用30口井，效果顯著。

原理：多脈沖熱氣化學(xué)高能壓裂技術(shù)是利用多種不同類型的雙基推進(jìn)劑和復(fù)合推進(jìn)劑，結(jié)合特種裝藥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成火藥多波發(fā)生器裝藥模塊，控制井下裝藥燃燒規(guī)律，產(chǎn)生大量高溫、高壓氣體形成多個(gè)高壓脈沖波加載沖擊巖層，使巖層產(chǎn)生多條裂縫，并促使裂縫在多脈沖加載波的連續(xù)作用下，快速拓展延伸，形成較長(zhǎng)的多裂縫體系，從而增加與天然裂縫溝通的機(jī)率，并伴隨大量的熱氣化學(xué)作用地層深部，大大提高油層滲透導(dǎo)流能力。

優(yōu)點(diǎn)：

能量利用率高，裝藥結(jié)構(gòu)適合巖層起裂造縫特點(diǎn)，快慢燃速有效結(jié)合，快速藥升壓快，有利于破裂巖層，慢速藥延長(zhǎng)了對(duì)地層的作用時(shí)間，有利于延伸裂縫。

組裝安全方便，施工工藝簡(jiǎn)單，占井時(shí)間短，不損傷套管和水泥環(huán)，效果顯著。

用于多種類型的油水井，既可解堵除污染，又可形成徑向多裂縫網(wǎng)，造縫方位不受地應(yīng)力控制，大大增加泄油面積。

缺點(diǎn): 壓裂改造規(guī)模較小,僅能在近井部位形成大量微裂縫,無法挖潛油層深部的剩余油。

3 探討喇8-平320井壓裂工藝

3.1 概況

8-平320井位于大慶喇嘛甸油田背斜構(gòu)造的西南翼，走向?yàn)楸蔽飨?，完鉆井深1440 m，垂深為1054 m，水平位移505 m，水平段長(zhǎng)度300m。開采目的層為薩Ⅱ10+11。薩Ⅱ10+11油層平均單井發(fā)育砂巖厚度4.0 m，單層有效厚度3.0m ，滲透率在0.2～0.4um2之間，孔隙度25%～27%，分流河道砂體發(fā)育，且從西向東逐漸變厚。

8-平320完井方式采用下套管水泥固井后射孔，采用YD-89槍射孔，射孔井段為1204.2 m～1240.0 m,射孔方位采用定方向射孔,五相位布孔,即水平方向2個(gè)孔,垂直向上方向1個(gè)孔,與水平方向呈45度和135度個(gè)1個(gè)孔，孔密10孔/米。采用抽油泵生產(chǎn)。井眼軌跡如圖1所示。

該井于2007年6月5日投產(chǎn)，但該井不產(chǎn)液。分析認(rèn)為水平采出井被壓井液、泥漿污染，致使無可采液。為此，建議對(duì)該井實(shí)施壓裂改造措施。

3.2 工藝選擇

8-平320為一個(gè)壓裂層段，可應(yīng)用多裂縫壓裂工藝技術(shù)，單封單噴壓裂管柱。。

3.3 壓裂液及支撐劑的優(yōu)選

為了減小壓裂液對(duì)井的傷害，建議采用低殘?jiān)?，低傷害的快速破膠壓裂液--胍膠壓裂液。支撐劑的選擇主要是根據(jù)地層深度來確定的。外圍采油廠在3000m以上井深時(shí)均采用陶粒，L8-平320井水平段垂深1054m，計(jì)劃應(yīng)用石英砂作為支撐劑，壓裂方向?yàn)樗蕉紊戏?，考慮重力因素，固砂采用樹脂砂固砂技術(shù)，每縫尾追樹脂砂2.15m3，固砂半徑達(dá)到10m，滿足防砂的需要。

3.4 裂縫優(yōu)化

裂縫是影響壓裂水平井產(chǎn)能的主要因素。因此，為了成功的壓裂水平井,需對(duì)裂縫參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。我們借鑒文獻(xiàn)[1]中通過電模擬實(shí)驗(yàn)，利用電流比的大小表征產(chǎn)能比的大小，可優(yōu)化裂縫。定義無因次長(zhǎng)度為裂縫半長(zhǎng)與水平井筒長(zhǎng)度之比。

3.4.1 裂縫角度

對(duì)于壓裂成斜交裂縫的水平井,井的產(chǎn)能隨裂縫角度的增大而增大,當(dāng)角度為90度,即壓裂成垂直裂縫時(shí),井的產(chǎn)能最大。這也說明了垂直裂縫比斜交裂縫對(duì)提高油井產(chǎn)能有更大的優(yōu)越性，橫向裂縫的生產(chǎn)效果優(yōu)于水平裂縫。然而對(duì)于一口水平井,實(shí)際壓裂后將產(chǎn)生哪一種形態(tài)的縫,要取決于地應(yīng)力的情況 ,根據(jù)喇嘛甸油田地應(yīng)力情況 ,裂縫為水平縫。

3.4.2 裂縫個(gè)數(shù)

水平井壓裂裂縫個(gè)數(shù)不僅影響水平井的產(chǎn)能，同時(shí)也影響經(jīng)濟(jì)效益。因此裂縫條數(shù)的確定是一個(gè)十分重要的問題。郎兆新等在均質(zhì)地層中的研究結(jié)果表明,在射孔段長(zhǎng)度為80～100 m時(shí)，最佳裂縫的條數(shù)一般為3～5條。根據(jù)8-平320井的鉆完井和射孔資料表明，該井水平段的射孔段長(zhǎng)度僅為33.8m。同時(shí)，喇嘛甸油田裂縫發(fā)育以水平縫為主。因此，為了避免壓裂后進(jìn)井鋪砂濃度過高，計(jì)劃采用多裂縫2條工藝。

3.4.3 裂縫長(zhǎng)度

水平井壓裂裂縫長(zhǎng)度直接影響壓裂施工難易程度，也影響今后開發(fā)效果。在一定范圍內(nèi)，裂縫長(zhǎng)度增加,壓裂水平井的產(chǎn)能增加,但增加裂縫長(zhǎng)度勢(shì)必要增加壓裂的成本［3］。因此,為了保證少投入多產(chǎn)出,需要尋求壓裂水平井的最優(yōu)裂縫長(zhǎng)度。對(duì)于某一特定的油藏,壓裂水平井的裂縫半長(zhǎng)和水平井筒長(zhǎng)度總是存在一個(gè)最佳匹配關(guān)系。文獻(xiàn)[4]中表明電流比與無因次長(zhǎng)度成明顯的三次多項(xiàng)式關(guān)系：

Y=-60.865x3+97.3692x2-50.12x+12.704

結(jié)合經(jīng)濟(jì)成本和產(chǎn)能因素考慮，8-平320井的裂縫半長(zhǎng)達(dá)到55m。

4 幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)

8-平320為單層段壓裂，可應(yīng)用多裂縫壓裂工藝技術(shù)，單封單噴壓裂管柱。該技術(shù)施工成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，施工安全。

在調(diào)查分析、評(píng)價(jià)已有水平井的壓裂工藝基礎(chǔ)之上,結(jié)合喇嘛甸油田儲(chǔ)層的地質(zhì)特征，對(duì)要多層段壓裂的水平井可采用可取橋塞分段壓裂技術(shù)。

橫向裂縫生產(chǎn)效果優(yōu)于水平裂縫，但大多數(shù)壓裂技術(shù)中裂縫的產(chǎn)生受地應(yīng)力的控制。而新技術(shù)--多脈沖熱氣化學(xué)高能壓裂技術(shù)，它的造縫方位不受地應(yīng)力控制，可增加產(chǎn)能。

參考文獻(xiàn)

[1] 趙梅,曲占慶,高海紅. 壓裂水平井裂縫形態(tài)電模擬實(shí)驗(yàn)研究. 新疆石油天然氣,2005,3(1):44～46.

[2] 郎兆新,張麗華,程林松.壓裂水平井產(chǎn)能研究[Ｊ].石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),1994,18(2):43～46.

[3] 張學(xué)文,方宏長(zhǎng),裘懌楠.低滲透油藏壓裂水平井產(chǎn)能影響因素[Ｊ].石油學(xué)報(bào),1994,20(4):51 55.

[4] 魏明臻,王鴻勛,張士誠(chéng).水平裂縫參數(shù)優(yōu)化技術(shù)研究[Ｊ].斷塊油氣田,1998,6(3):36 39.