角64-H2井橋塞分段壓裂技術特色解析

呂國祥,吳月先,曾 科,龔 蔚,魏傳陽,周仲建

(1.西南石油大學,四川成都610500;2.中國石油川慶鉆探工程有限公司;3.中國石油遼河油田公司)

角64-H2井橋塞分段壓裂技術特色解析

呂國祥1,吳月先2,曾 科3,龔 蔚2,魏傳陽2,周仲建2

(1.西南石油大學,四川成都610500;2.中國石油川慶鉆探工程有限公司;3.中國石油遼河油田公司)

川中地區八角場須四段為塊狀長石石英砂巖致密凝析氣藏,儲層結構為裂縫—孔隙型、微裂縫—孔隙型和孔隙型,縱向和橫向非均質性嚴重,首次嘗試用L型水平井開采,一期分6段壓裂施工成功,技術特色顯現:分次射孔,井筒內橋塞機械轉向,固相縱向限縫高,光套管低摩阻泵注,前置酸預處理。

致密凝析氣藏;L型水平井;分段壓裂;技術特色;評價

川中地區八角場氣田中生界上三疊統須四段凝析氣藏擁有較多的探明天然氣地質儲量,致密儲集層開采技術難度很大,資源潛力不能有效地發揮。直井大型加砂壓裂工藝技術嘗試(崔明月,丁云宏,單文文,等.四川八角場低滲透氣田大型水力壓裂應用實例及認識,2000),多口井呈現出較高效開采的新局面。在此基礎上嘗試應用L型水平井開采[1],旨在提供一井壓多條高導縫的工程條件,再次提高開發效果。角64-H2井是該氣田內新鉆成的首口L型水平試驗井,位于構造西端高點附近的角51井區內,距角51井僅只有2km,地質條件較好,有助于與角51井(直井)作壓裂效果對比評價。角64-H2井一期壓裂施工作業歷經1 085min(跨越4d),相繼分壓6段,共計壓入地層陶粒487.28t,泵注工作液3 410.3m3,創多項國內施工作業新紀錄。

1 壓裂試驗區地質特征

川中地區八角場氣田中生界上三疊統須四段凝析氣藏[2],短軸背斜構造中的長軸走向為東西向,長軸向南突出,構造北陡南緩,南北不對稱。構造上分布有東、西兩個局部高點,西高點分布范圍較大,兩高點間由鞍部連接。西高點東南部為角51井區,即是須四段儲層壓裂改造試驗區,主要由角41井、角51井、角45井和角50井的井點連結所控制。須四段地層埋藏深度為3 000～3 200m左右,厚度為102～144.8m。須四段儲集巖為長石石英砂巖,多為中粒、細-中粒巖屑,具有中孔低滲的物性特征。區域內須四段地層天然裂縫發育規模差異很大,分布很不均勻。天然裂縫多為微細裂縫,主要為層理,多為單斜層理、平行層理、水平層理、羽狀層理和交錯層理。角51井須四段3 132～3 143m和3 197～3 203m井段,鉆井氣浸顯示,槽面見10%鮞粒氣泡,鉆時為95～15min/m和87～17min/m。巖石泥質膠結較為疏松,以至于巖心內形成1.5～2.0 cm厚的鉆井泥漿浸入環帶,時差測井曲線中有多處顯現出微裂縫特征。射孔完井后初測天然氣產量達到3.36×104m3/d,這是全氣藏內較大的初測天然氣產量,較發育的微裂縫起了重要的作用。投產3個多月,氣產量仍較平穩,井口套壓下降幅度僅有5.5%,地層供給能力較強。值得重視的是巨厚塊狀砂巖儲集層內無良好的隔層,限制人工縫高很難,致密儲集巖壓裂造縫的施工泵壓高。儲集巖具有強水敏、酸敏、鹽敏和速敏的特征,浸入液易于誘發水鎖后患,須得有高效針對性技術措施。

2 分段壓裂技術特色

(1)分次射孔。角64-H2井一期施工作業要分壓6段,是在光套管泵注條件下進行,因而采取射孔一段、壓裂一段的作法,先后共計射6個小孔段(孔段長度均為1m,均射16個孔眼)。為了順利施工作業,均采用電纜牽引射孔槍,通過泵注方式送射孔槍就位(此工藝技術尚屬國內首次作業)。分次射孔既是光套管泵注的需求,也避免了多孔段同時共存的施工干擾,尤其滿足分壓的地質需求。

(2)井筒內橋塞機械轉向。角64-H2井一次性分壓6段(即壓開6條人工裂縫),光套管泵注條件下,壓裂第一孔段時,憑借井底條件進行物理轉向,迫使工作液進入孔段內;往后的5個孔段分壓,均憑借連續油管送入井筒內的橋塞,進行機械轉向,迫使工作液進入相應壓裂孔段內。先后于井筒內施放5個橋塞,而壓裂作業結束后,才磨銑掉這5個橋塞,實現最終沖砂和排液。井筒內橋塞機械轉向是水平井分段壓裂的技術關鍵,橋塞井筒內轉向技術成熟,具有很高的可靠性,致使各段壓裂成功。

(3)固相縱向限縫高。角64-H2井分段壓裂造縫后,均先泵注粒徑100目石英砂和粒徑80目陶粒,起到充填動態縫降濾失的功能,斷塞有助于延伸主裂縫。兩種固相劑有一定的密度差異,在主縫內流動分異的過程中,起到向上、向下充填降濾作用,發揮限制主裂縫縫高的功能,迫使主裂縫增長、增寬。由此再次表明角64-H2井分段壓裂,采用的是綜合性轉向技術,井筒內轉向和地層內轉向彼此協同作業,集成了兩種轉向技術的優勢。

(4)光套管低摩阻泵注。角64-H2井分段壓裂,采用φ114.3mm油層套管泵注作業,井下施工條件簡單。井身結構油層套管外固井水泥返高應有一定的深度,利于從油層套管外的環空中泵注平衡液,保護井內上部的油層套管。此類壓裂作業井的井身結構,在鉆井、固井作業中就得有所準備,不僅要用高強度的油層套管,還得采用WT氣密封技術處理。光套管泵注作業的過水面積大,能滿足大型壓裂大排量泵注的工程需求。光套管泵注時的流動摩阻系數較低,有助于降低施工泵注壓力。角58E井采用φ139.7mm套管泵注,注入排量為5.6m3/min時,套管泵注摩阻僅只有7.9MPa,摩阻系數0.0025MPa/m;加砂壓裂中的泵注排量高達7.95～8.06m3/min時,泵注壓力仍只有71～60MPa,注入地層陶粒244t,最高砂濃度達到958kg/m3,這為角64-H2井41/2in套管泵注壓裂提供了科學依據。

(5)前置酸液預處理。前置酸液先前多置于常規前置液中的前緣,以清除鉆井、固井和完井過程中所造成的堵塞,暢通液流通道,降低壓裂施工作業的泵注壓力。隨著前置酸工程技術的發展,前置酸的功能也不斷增大。酸蝕碳酸鹽巖,有助于擴大動態縫寬,提高支撐縫的導流能力,尤其是碳酸鹽巖儲集層加砂壓裂更是如此。酸蝕溝通地層內的天然裂縫,有助于擴大、延伸裂縫。較富余的前置酸,壓裂作業后的回流過程中,尚可發揮對堿性交聯凝膠液的破膠作用,有助于清除縫壁的壓裂液濾餅、殘膠和殘渣,改善縫壁的滲透性能,提高縫壁的泄流能力。目前國內前置酸加砂壓裂,不僅可在前置液前緣或后緣布酸,甚至于可全用酸液作前置液[3-4]。國內前置酸加砂壓裂最早起源于川中地區磨14井[5-6],因云巖儲層破裂壓力梯度很高,人工造縫的寬度很窄,加之于地層內的天然裂縫存在,導致鉆井過程中漏失泥漿10.3m3,射孔完井的氣產量較中途測試下降2/3。因而采用前置酸加砂壓裂,酸液起到了明顯解堵、降泵注壓力的作用,使加砂壓裂一次性成功,增產效果極其顯著。四川地區的后續研究并未進行,而長慶油田針對特低滲砂巖油藏加砂壓裂的需求,開展了卓有成效的研究及應用[7-8]。先期前置酸加砂壓裂施工作業28口井,均一次性獲得成功,原油產量呈現逐月上升的趨勢;繼而又在鎮53井區等5個新區塊內,前置酸加砂壓裂100井次,鎮53井區壓裂后連續6個月的產量較常規壓裂高。正因為如此,角64-H2井分段加砂壓裂施工作業,也采用前置酸技術,旨在發揮對新井解堵、降泵注壓力的作用,也確保獲得地層較為真實的力學參數,提高工程設計的科學性。

3 角64-H2井分段壓裂述評

角64-H2井分段壓裂,主要應用橋塞井筒機械轉向來實現,總體工藝技術有明顯優勢,確保一次性壓開多條人工裂縫,實現高強度儲層改造目的。施工作業的針對性強,不存在含糊性,能滿足地質評價的需求。

然而L型水平井橋塞機械轉向分段壓裂,仍然有一定的適應范圍,對于重點勘探井評價是有現實意義的,對于優質儲量區塊高效開發也是有利的,而對于較差儲量級別的區塊開發是不太適宜的。此分段壓裂工藝技術的工序復雜,巨額的投入要求盡快高回報,推廣應用就須得慎重,應以少數井重點試驗成效作判別。角64-H2井壓裂過程中,共計進行6次射孔,5次向井筒送橋塞,1次測試壓裂,6次加砂壓裂,磨銑橋塞5個,并最終全井徹底沖砂,前后歷經的時間很長(僅至壓裂結束就得需用4d時間),必然導致強水敏地層被大量工作液較長時間浸泡,潛在著影響壓裂效果的風險,而排液僅僅在沖砂后才進行,其技術難度很大。

角64-H2井一期分段壓6段,均施工成功,二期分壓8段的準備接著進行。顯然二期壓裂的具體安排,要視其一期壓裂的成效大小而定,并作出適當的技術改進。尤其是排液的安排要有一定的靈活性,旨在獲取顯著的壓裂效果,壓裂效果是檢驗施工工藝技術適應性的試金石。

4 結論

(1)采用L型水平井開采低滲油氣藏,有明顯的技術優勢,也提供了一井壓多條裂縫的有利條件,成為研究的熱門。

(2)川中八角場氣田須四段致密凝析氣藏,在直井大型壓裂見成效的基礎上,嘗試L型水平井分段壓裂很有必要,有助于尋求更高效的技術新途徑。

(3)角64-H2井橋塞機械轉向壓裂新工藝試驗,有多方面的技術特色,創多項國內壓裂施工作業新紀錄。

[1]吳月先.中國陸上油氣水平井技術成效及新思考[J].石油鉆探技術,2007,35(2):83-86

[2]吳月先.四川八角場氣田香四層天然裂縫探討[J].鉆采工藝,1996,19(1):40-42

[3]吳月先,馬發明,趙業榮,等.酸化與加砂壓裂協同作業技術及其優勢[J].石油鉆探技術,2009,37(1):69-72

[4]黃忠橋,吳月先,鐘水清,等.粗面巖儲集層地面交聯酸攜砂壓裂技術研究[J].鉆采工藝,2010,33(1):57-59

[5]吳月先.低滲透碳酸鹽巖氣藏水力壓裂效果評價[J].石油鉆采工藝,1998,20(3):102-103

[6]吳月先.碳酸鹽巖氣層水力壓裂支撐縫幾何尺寸計算新方法[J].特種油氣藏,1998,5(3):56-59

[7]李忠興.復雜致密油藏開發的關鍵技術[J].低滲透油氣田,2006,11(3-4):60-64

[8]唐梅榮.前置酸加砂壓裂新工藝試驗研究及現場應用[J].低滲透油氣田,2007,12(3-4):112-116

編輯:李金華

TE357

A

1673-8217(2010)03-0091-03

2010-03-02

呂國祥,副教授,1952年出生,研究方向為油氣儲層地質學和數學地質學。

四川省重點學科建設項目(編號:SZD0414)的資助。