致密砂岩油藏多缝压裂工艺优化与现场应用

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致密砂岩油藏多缝压裂工艺优化与现场应用殷桂琴张翔唐梅荣王建麾张同伍长庆油田分公司油气工艺研究院摘要：针对渗透率不足0.3niD的致密砂岩油藏常规工艺压裂改造效果较差的现状，提出了提高油层纵向动用程度，增加裂缝泄油体积的多缝压裂技术思路。在试验区压裂地质特征研究基础上，优选了斜井多缝、定向射孔多缝两项压裂工艺，开展了射孔工艺优化、裂缝参数优化及配套压裂工具研发，成功实现了25m厚油层压裂4条裂缝的突破。通过井底压力监测、净压力拟合分析、井下微地震监测等多种裂缝监测手段，验证分压效果，独立裂缝有效性达90.9%;现场试验17口井，平均改造2.9段，单井日增油0.7t,增产效果显著。关键词：致密砂岩;多缝压裂;裂缝参数优化;裂缝监测；作者简介：殷桂琴（1982-）,女，硕士，工程师，现从事油气井压裂酸化工艺技术研究。地址：（710018）陕西省西安市未央区凤城三路油气工艺研究院；电话:13571842882;029-86590951,E-mail:yinguiqin_cq@petrochina.com.cn收稿日期：2016-07-06基金：国家科技重大专项“大型油气出及煤层气开发”中的“鄂尔多斯盆地大型低渗透岩性地层油气藏开发示范工程”（编号:2016ZX05050）;国家科技重大专项“大型油气口及煤层气开发”屮的“鄂尔多斯盆地致密油开发示范工程”（编号:2017ZX05069）Received：2016-07-06国外致密油藏开发经验表明，通过增大油藏改造体积可明显提高单井产量。长庆油田前期主要通过多级压裂技术手段提高油层纵向动用程度，实现改造体积的扩大。近几年，体积压裂理念突破了传统的增产机理，将以提高人工裂缝泄流面积为目标转变为通过扩大油藏的改造体积（SRV）。国内外致密油藏改造实例也证明，纵向多层水平井多段压裂是提高SRV的有效手段。按照体积压裂理念，前期开展攻关研究，开展了斜井多段压裂、定向射孔压裂工艺试验，投产初期增产效果好，但投产满半年后增产效果不明显，口裂缝条数基本为两条，并未实现 真正意义上的多缝。元427小井距试验区岩心分析渗透率在0.23~0・38mD之间,储层物性更差，油层更致密，突破传统压裂理念，创新多缝压裂技术系列尤为重要。因此，在油层厚度基本不变、压裂规模不增加或略微增加的前提下，优化压裂工艺及施工参数，增加裂缝条数，改造段数从2段增加到3~4段，同时配套不动管柱分层压裂钻具，保证分压效果，扩大泄油体积，真正实现由单裂缝向多裂缝、扩大泄流面积向泄流体积的转变。多缝压裂技术能有效提高单井产量，为致密砂岩油藏经济有效开发提供了新的工艺方法。一、试验区具备多缝压裂条件华庆油［□元427小井距试验区采用菱形反九点井网，超前注水开发，井排距由480mX130m缩小至320mX150mo岩心分析平均孔隙度11.84%,渗透率0.27mD,小型压裂拟合有效渗透率仅为0.17mD,与其它超低渗透油田相比，储层物性更差、渗透率更低。主力油层长弥平均油层厚度25.7m,长长6?两个小层叠合发育，层内存在旷3个薄夹层，厚度0・5~2・5叽(1)受注采井网限制，长缝极易导致油井水淹，不利于油藏的后续开发，因此通过提高缝长，横向上增大改造体积，增产难度大。(2)试验区油层厚度大、纵向菲均质性强，纵向充分动用难度大。前期采用大规模合压、常规两段分压，工艺适应性不强。(3)岩石力学参数实验表明，华庆长6储层砂泥岩应力差值大于3MPa,泥岩隔层对裂缝纵向扩展具有较好的遮挡作用，裂缝基本在储层内延伸;层内薄夹层应力差「3MPa,缝高纵向易沟通整个油层。水平两向应力差小于5MPa,利于裂缝转向［1］。(4)理论研究和矿场统计结果表明，纵向多段动用可有效提高泄流体积，提高单井产量。由此可见，在特定井网条件下，通过增加缝长或常规压裂改造工艺已不能适应该类储层。采用多段压裂是实现纵向充分动用的现实方向，试验区具备多缝压裂条件。二、多缝压裂工艺优选1.斜井多段压裂工艺工艺思路:针对丛式大井组完井方式，受水平井分段压裂的启示，提出了利用定向井井斜和方位的有利条件，在平行与裂缝主应力方位上实现多条独立的人工裂缝，如图1所不。 图1斜井多段压裂工艺裂缝模拟图下载原图 图2定向射孔压裂工艺示意图下载原图工艺适应条件:油层厚度大于15m,井斜角215°,或者5°〈井斜角〈15°口方位夹角大于30°,可形成两条独立裂缝②。1.定向射孔压裂工艺工艺思路:射孔方位和最大主应力方向呈一定夹角条件下裂缝会转向，由此得到启发:通过定向射孔，使射孔方位与最大水平主应力方向呈一定夹角，压裂时，强制裂缝转向，在同层内形成横向分离、纵向重合相互独立的多条裂缝，如图2所示。工艺适应条件:水平两向应力差W5MPa,射孔夹角$30°,裂缝转向可控程度高［3］。采用油管传输定向射孔，要求井斜角〈15。o三、多缝压裂工艺优化研究 1.射孔工艺优化1.1定向射孔工艺优化定向射孔技术的进步提高了施工效率，为纵向多段压裂奠定了基础。定向射孔工艺经历了四个发展阶段:油管传输定向射孔、油管传输交错排状射孔、电缆传输定方位射孔匕1、电缆动力旋转定向射孔。通过对四种工艺优缺点对比分析，优选采用电缆传输定方位射孔工艺，不仅有效解决了精确定方位射孔问题，且不受井斜及射孔段数限制，提高了施工效率;电缆动力旋转定向射孔工艺优势明显，但施工成本高。表1几种定向射孔工艺比较下载原表 定向射孔技术技术特点油管传输定方位射孔油管传输射孔枪、油管校深、卩测试方位、地面扭动油管定方油管传输交错排状射孔地面180。相位布孔、定夹角传输、油管校深、一次起爆射孑电缆传输定方位射孔技术电缆传输射孔、下井底定位装缆陀螺定方位、电缆动力旋转定向射孔电缆传输，井下仪器自动旋转位、射孔作业1.2射孔参数优化1.2.1压缩射孔段保证裂缝起裂对于均质的地层，在不利的井眼位置与地应力条件下，沿轴向起裂的多条裂缝,如果在压裂过程中不能够在井底附近连接成1条大裂缝，则会形成多裂缝童1。因此，压缩射孔段至2^3in,控制起裂点位置，利于控制裂缝初始逢高，避免起裂阶段压窜。1.2.2采用超二代射孔弹，实现射孔深穿透 常规射孔弹穿透深度0.50~0.65m左右，超二代射孔弹穿透深度达到1.0m以上,同时还能有效降低破裂压力，现场应用统计，在射孔孔密一致、储层物性变差的情况下，降低破裂压力2.2MPa,避免起裂困难。1.压裂工具优化2.1工具优化前期分压三层主要采用三封套压上提管柱压裂工艺，分压三层以上相关工具配套尚不完善。2011年研发完善了不动管柱分层压裂工具系列，将不动管柱分压段数由最初的2段提高到4段以上，是通过依次投球、打滑套、封隔器坐封实现改造层段隔离。该工具的成功应用为纵向多段改造创造了条件。2.1.1控制级差尺寸优化优化滑套开关的控制级差尺寸，将原来的6価控制级差尺寸减小到4価。1.1.2管柱组配结构优化管柱最下端封隔器上面连接了一个防砂水力锚，防止第一层施工时上顶力压弯工具串；管柱最上面封隔器采用性能强度更高等级的K344-108封隔器，保证了多层段分层施工封隔器多次反复坐封可靠性;管柱最上端设置安全接头，为卡钻事故处理预留了手段。1.2工具优势不动管柱分层压裂工具，提高了分层压裂有效性和施工效率。不动管柱分层压裂一趟管柱可分压多层，且下层压后暂不放喷，近裂缝地带孔隙压力増加，地应力増加凹，确保了分压有效性。通过裂缝模拟证实分压有效性提高且保证了有效支撑缝长，如图3、图4所示。 泥岩泥质砂岩砂岩泥质砂岩砂岩泥质砂岩泥岩20002010左2020稱203020402050应力/MPa204060801(永力鎏长/图3下段放喷返排，上段裂缝形态下载原图1.施工参数优化1.1缝长优化累产液量随缝长的增加而增加，穿透比超过0.5后，增加幅度减少，见水时间和含水率呈提前和增加的趋势;综合考虑产量和含水特征，缝长优化结果为穿透比0.5,即半缝长120m左右。1.2加砂量优化根据裂缝穿透比的要求，优化单段加砂量20~35m左右。同时结合试验区吸水剖面情况，底部裂缝吸水程度高，优先沟通人工裂缝，因此调整加砂规模优化裂缝纵向剖面，从上至下逐级降低加砂规模缩短人工裂缝长度，降低水淹风险。 泥岩泥质砂岩砂岩泥质砂岩砂岩泥质砂岩2000201082020琏刪203020402050泥岩2028303234应力/MPa20406080IQ水力缝长/n图4下段不放喷返排，上段裂缝形态下载原图1.3排量优化模拟35ni砂量条件下，支扌掌缝高随排量增加而增长。排量2.4m/min,突破上下隔层;排量1・8m/min可以实现厚层砂体的纵向动用。因此设计合理加砂排量为1・8~2・2moUi分压有效性验证通过井底压力监测、裂缝拟合、裂缝判识等技术手段，对11口试验井的分压有效性进行了统计，其中斜井多段试验井6口，5口井形成独立裂缝。定向射孔多缝试验井5口全部形成多缝。例如A井压裂三段，井底压力监测表明各段破压明显，裂缝延伸压力不同，说明裂缝处于三个独立系统，实现了有效分压，如图5所示;并口井下微地震监测结果表明，下段裂缝方位NE75°,裂缝高度1853~1905ni;屮段裂缝方位NE63°,裂缝高度185C1888m,下段裂缝方位 NE68°,裂缝高度1842~1872mo三段裂缝纵向高度范围重叠，但位于不同方位，也证明形成了独立裂缝。8064642一一一826431mdw/ZHn!!蚩 五.实施效果试验区优选试验井17口，斜井多段压裂工艺井9口，定向射孔多缝压裂工艺井8口，平均日产油2.27t,高于对比井0.7to其中纵向改造2段井投产6口，平均日产油1.56t;改造3段井7口，平均日产油2.02t;改造4段井4口，平均日产油3.78t,如图6所示。5.04.54.03.53.02.52.01.51.00.50.0050100150200250生产天数衍图6多缝压裂试验效果图下载原图六、结论及认识 (1)通过参数优化和配套工具研发，实现了单砂体30m油层纵向4段改造，裂缝判识手段证实，90.9%试验井形成了独立多缝，进一步扩大了泄油体积，从而实现增产。(2)通过级差尺寸和管柱组配结构优化，研发出不动管柱连续多层分压工具，一趟管柱实现4段压裂改造。(3)电缆传输定方位射孔工艺不仅有效解决了精确定方位射孔问题，且不受井斜及射孔段数限制，提高了多段压裂改造施工效率。参考文献[1]才博，丁云宏，卢拥军•提高改造体积的新裂缝转向压裂技术及其应用[J]・油气地质与采收率，2012,19(5):108-110・[2]杜现飞，李建山，齐银•致密厚油层斜井多段压裂技术[J].石油钻采工艺，2012,34(4):62.[3]唐梅荣，赵振峰，李宪文.多缝压裂新技术研究与试验[J]•石油钻采工艺，2010,32(2):72-74.[4]唐梅荣，马兵，刘顺.电缆传输定向射孔技术试验[J]•石油钻采工艺，2012,34(1):122-124.[5]曾凡辉，尹建，郭建春•定向井压裂前的射孔方位优化设计[J].断块油气田,2012,19(5):638-641・