水平井壓裂在喇嘛甸油田的應用探討

于重洋

摘要：水平井技術在喇嘛甸油田應用有3口井，但部分井自然產能較低，達不到工業產能，如喇8-平320井，投產后不產液。因此，為了提高油井產能，建議對該井實施壓裂改造措施。通過調研現有水平井壓裂技術及分析水平井各種壓裂工藝優缺點的基礎上，根據喇嘛甸油田地層狀況及水平井具體的井身結構，結合8-平320水平井的概況,對8-平320井的壓裂方式、壓裂液及支撐劑的優選、裂縫角度、裂縫個數、裂縫長度問題進行了研究和探討，為喇嘛甸油田水平井壓裂提供理論支持。

關鍵詞：壓裂；水平井；工藝技術；裂縫

1 前言

水平井技術作為老油田調整挖潛提高采收率，新油田實現少井高效開發的一項重要技術，已得到廣泛應用。而未采取增產措施的水平井有時無法提供足夠高的、有經濟價值的產量,因此,需要進行壓裂增產處理。將水力壓裂技術和水平井技術相結合，形成了水平井壓裂技術。水平井壓裂技術具有增大瀉油面積，提高縱向和水平方向的掃油范圍；開采薄油層，屋脊油層；動用常規方式難以動用的儲量及剩余儲量等優點。喇嘛甸油田應用水平井技術來挖潛剩余油已有3口井，但部分井投產后產能不理想，目前需要進行壓裂改造措施。

2 水平井壓裂技術調研

通過調研，各大油田主要應用以下幾種水平井壓裂技術。

2.1 可取橋塞分段壓裂技術

該技術是美國貝克公司研制，橋塞壓裂工藝是針對在開發薄差油層中遇到的多個薄差層、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封隔器坐封在預壓裂層位上部，實現分層壓裂的目的，該管柱一次可壓多層。

管柱結構：可取式橋塞、打撈器、噴嘴、K344-114封隔器、水力錨組成。

原理：先進行第一井斷的壓裂、放噴，放噴完后下橋塞封堵第一井段；然后對第二井段進行壓裂，重復以上工序可完成其它井段的隔離、壓裂施工。

優點：操作簡單，安全性高。 壓裂管柱針對性強，可適應長井段壓裂。

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

2.2 高強度液體膠塞壓裂技術

確定采用全井射孔、分段壓裂的壓裂工藝技術。

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，對第一射孔段進行壓裂施工，結束后向井筒注入高強度液體膠塞，封堵第一射孔段；上提管柱至第二射孔段，重復進行壓裂、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，將自動破膠的膠塞沖出后投產。

優點：壓裂針對性強，可長井段壓裂。同分段射孔分段壓裂相比，可縮短施工時間，降低施工成本。

缺點：膠塞對儲層有輕度傷害。

2.3 限流壓裂技術

該技術是利用有限射孔孔眼產生的節流摩阻進行壓裂的，當注入排量超過射孔孔眼吸液量時，將產生過剩的壓力，當過剩的壓力大于射孔孔眼處地層破裂壓力時，地層將產生破裂，當存在多射孔段時，將產生多條裂縫。

大慶油田應用限流法壓裂工藝現場試驗8口井，統計5口井，均取得了較好的效果。

管柱結構：安全接頭、水力錨、Y344-115封隔器、節流嘴組成。

優點：施工工藝簡單、施工周期短、安全可靠、成本低、壓后效果好。

缺點：各個射孔段的裂縫系統形成不易控制，不能合理改造設計層位。

2.4 多脈沖熱氣化學高能壓裂技術

該技術是把聲波振蕩與火藥壓力脈沖相結合處理油層的方法，對地層產生熱氣化學作用、壓力作用和振動作用的一項新技術。2003年該技術在長慶安塞油田推廣應用30口井，效果顯著。

原理：多脈沖熱氣化學高能壓裂技術是利用多種不同類型的雙基推進劑和復合推進劑，結合特種裝藥結構設計成火藥多波發生器裝藥模塊，控制井下裝藥燃燒規律，產生大量高溫、高壓氣體形成多個高壓脈沖波加載沖擊巖層，使巖層產生多條裂縫，并促使裂縫在多脈沖加載波的連續作用下，快速拓展延伸，形成較長的多裂縫體系，從而增加與天然裂縫溝通的機率，并伴隨大量的熱氣化學作用地層深部，大大提高油層滲透導流能力。

優點：

能量利用率高，裝藥結構適合巖層起裂造縫特點，快慢燃速有效結合，快速藥升壓快，有利于破裂巖層，慢速藥延長了對地層的作用時間，有利于延伸裂縫。

組裝安全方便，施工工藝簡單，占井時間短，不損傷套管和水泥環，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，造縫方位不受地應力控制，大大增加泄油面積。

缺點: 壓裂改造規模較小,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造的西南翼，走向為北西向，完鉆井深1440 m，垂深為1054 m，水平位移505 m，水平段長度300m。開采目的層為薩Ⅱ10+11。薩Ⅱ10+11油層平均單井發育砂巖厚度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個孔,垂直向上方向1個孔,與水平方向呈45度和135度個1個孔，孔密10孔/米。采用抽油泵生產。井眼軌跡如圖1所示。

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

3.2 工藝選擇

8-平320為一個壓裂層段，可應用多裂縫壓裂工藝技術，單封單噴壓裂管柱。。

3.3 壓裂液及支撐劑的優選

為了減小壓裂液對井的傷害，建議采用低殘渣，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地層深度來確定的。外圍采油廠在3000m以上井深時均采用陶粒，L8-平320井水平段垂深1054m，計劃應用石英砂作為支撐劑，壓裂方向為水平段上方，考慮重力因素，固砂采用樹脂砂固砂技術，每縫尾追樹脂砂2.15m3，固砂半徑達到10m，滿足防砂的需要。

3.4 裂縫優化

裂縫是影響壓裂水平井產能的主要因素。因此，為了成功的壓裂水平井,需對裂縫參數進行優化。我們借鑒文獻[1]中通過電模擬實驗，利用電流比的大小表征產能比的大小，可優化裂縫。定義無因次長度為裂縫半長與水平井筒長度之比。

3.4.1 裂縫角度

對于壓裂成斜交裂縫的水平井,井的產能隨裂縫角度的增大而增大,當角度為90度,即壓裂成垂直裂縫時,井的產能最大。這也說明了垂直裂縫比斜交裂縫對提高油井產能有更大的優越性，橫向裂縫的生產效果優于水平裂縫。然而對于一口水平井,實際壓裂后將產生哪一種形態的縫,要取決于地應力的情況 ,根據喇嘛甸油田地應力情況 ,裂縫為水平縫。

3.4.2 裂縫個數

水平井壓裂裂縫個數不僅影響水平井的產能，同時也影響經濟效益。因此裂縫條數的確定是一個十分重要的問題。郎兆新等在均質地層中的研究結果表明,在射孔段長度為80～100 m時，最佳裂縫的條數一般為3～5條。根據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度僅為33.8m。同時，喇嘛甸油田裂縫發育以水平縫為主。因此，為了避免壓裂后進井鋪砂濃度過高，計劃采用多裂縫2條工藝。

3.4.3 裂縫長度

水平井壓裂裂縫長度直接影響壓裂施工難易程度，也影響今后開發效果。在一定范圍內，裂縫長度增加,壓裂水平井的產能增加,但增加裂縫長度勢必要增加壓裂的成本［3］。因此,為了保證少投入多產出,需要尋求壓裂水平井的最優裂縫長度。對于某一特定的油藏,壓裂水平井的裂縫半長和水平井筒長度總是存在一個最佳匹配關系。文獻[4]中表明電流比與無因次長度成明顯的三次多項式關系：

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

結合經濟成本和產能因素考慮，8-平320井的裂縫半長達到55m。

4 幾點認識

8-平320為單層段壓裂，可應用多裂縫壓裂工藝技術，單封單噴壓裂管柱。該技術施工成本低，結構簡單，施工安全。

在調查分析、評價已有水平井的壓裂工藝基礎之上,結合喇嘛甸油田儲層的地質特征，對要多層段壓裂的水平井可采用可取橋塞分段壓裂技術。

橫向裂縫生產效果優于水平裂縫，但大多數壓裂技術中裂縫的產生受地應力的控制。而新技術--多脈沖熱氣化學高能壓裂技術，它的造縫方位不受地應力控制，可增加產能。

參考文獻

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

[2] 郎兆新,張麗華,程林松.壓裂水平井產能研究[Ｊ].石油大學學報(自然科學版),1994,18(2):43～46.

[3] 張學文,方宏長,裘懌楠.低滲透油藏壓裂水平井產能影響因素[Ｊ].石油學報,1994,20(4):51 55.

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