應用技術標準提升低滲致密儲層壓裂效果

茹紅麗，騫鐵成，巫莎明，張改霞

中國石化勝利石油工程有限公司井下作業公司(山東東營257077）

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應用技術標準提升低滲致密儲層壓裂效果

茹紅麗，騫鐵成，巫莎明，張改霞

中國石化勝利石油工程有限公司井下作業公司(山東東營257077）

摘要低滲致密儲層低孔、低滲、高溫、高壓、天然裂縫發育、無自然產能，如何采取有效的壓裂增產措施提高該類儲層產能是國內外專家備受關注的重要技術難題。標準化的推廣、應用及嚴格執行是保障該類儲層增產效果的重要技術手段。以技術標準為基礎，通過室內實驗與現場結合，開展了壓裂液優選、支撐劑優選、管柱結構優化及地面流程優化等研究，初步形成了低滲致密油藏壓裂改造技術，提升了勝利油區低滲致密儲層壓裂改造效果。

關鍵詞技術標準；低滲致密油藏；壓裂效果

AbstractLow permeability reservoir is the reservoir of low porosity and low permeability, high temperature, high pressure, developed natural fractures and non natural productivity, and it is an important technical problem at home and abroad how to improve the productiv?ity of the type of reservoirs by effective fracturing measures. Promotion and strict implementation of standardization is the guarantee of in?creasing the yield of this kind of reservoirs. Based on technical standards, the fracturing fluid, proppant, string structure and surface work flow are optimized through the combination of laboratory experiment and field practice, a fracturing technology suitable for low per?meability reservoirs is formed, and it improves the fracturing effect of the low permeability reservoirs in Shengli Oilfield.

Key wordstechnical standard; low permeability tight reservoir; fracturing effect

低滲、特低滲油藏是中國石化勝利油田重要增儲陣地之一，壓裂改造是這類儲層增產的主要技術手段。該類儲層地質情況復雜、高溫高壓，是壓裂設計面臨的主要技術難題。統計72個區塊2 220個小層，平均單層厚度3.6m，最小的單層平均厚度0.2m。如純26塊3砂組層內非均質嚴重，滲透率最大43×10-3μm2，最小0.06×10-3μm2，級差650，平均滲透率8.3×10-3μm2，變異系數1.05，非均質系數5.3。層多、層薄、斷層發育對壓裂改造工藝提出了很高的要求，考慮產層與夾層及隔層間的應力差異，多層分層(間互層)加砂壓裂難度大。如商646巖心觀察可見縱向上油砂、水砂頻繁疊置，含油性極為復雜，因此對改造工藝要求高。低滲透大部分埋深在3 000m以上，近幾年的勘探新區埋深在4 000m以上，具有高溫、高壓的特征，對壓裂材料、作業工具及設備提出了更高要求。微裂縫在凈壓力作用下開啟，不易形成明顯的破裂點，造成壓裂液的大量濾失及裂縫的深度傷害，易提前脫砂，影響壓后增產效果。

勝利油田低滲致密油藏埋藏深、物性差、品位低、天然裂縫發育，壓裂工藝成為其有效增產的主導技術，目前低滲致密油藏的改造工藝已基本配套完善，在解決上述問題中已初步發揮作用。但如何進一步提高壓裂增產效果，壓裂關鍵技術的優化顯得尤為重要。

1　標準化提升了壓裂設計優化技術

針對低滲透致密儲層非均質強，高溫高壓、井身結構復雜等諸多改造難點，在技術對策上以多項標準為基礎，室內實驗與現場結合為手段，大膽引進國內外先進工藝技術，通過優選、改進，形成了適合該類儲層的壓裂改造技術，達到了低滲油藏有效增產的目的。

1.1壓裂技術及施工參數的優化

按照Q/SH 1020 1303-2012《壓裂工程設計規程》[1]，對壓裂設計井地質條件、油氣藏條件、巖心分析情況、井層條件及區塊壓裂井等資料進行分析，確定儲層改造的難點及對應采取的壓裂工藝技術，結合FracproPT2011壓裂設計軟件進行壓裂施工參數優化。如夏斜352井位于濟陽坳陷惠民凹陷臨南地區東翼，主要目的層為沙三中段，測試滲透率0.11×10-3μm2，該區同層壓裂井壓裂均有一定的產能，但壓后穩產期短。設計人員按照設計標準對井層進行分析的基礎上，借鑒國內外高速通道壓裂的成功經驗和技術思路，對目的層進行高速通道壓裂試驗，即采用支撐劑脈沖塞式加砂、加砂階段全程伴注纖維工藝，使支撐劑在裂縫中形成獨立的基團并最終支撐裂縫，從而形成暢通的網絡通道，以大幅提高支撐裂縫導流能力，改善壓裂效果。

1.2壓裂液體系及支撐劑的優化

1.2.1壓裂液體系優化

參照SY/T 5107-2005《水基壓裂液性能評價方法》[2]、SY/T 6376-2008《壓裂液通用技術條件》[3]標準，對壓裂液體系的優選主要從壓裂液表觀黏度、交聯時間、耐溫耐剪切性能、動、靜態濾失、殘渣含量、配伍性等方面進行優選。目前勝利油田常用的水基壓裂液體系主要為羥丙基胍膠壓裂液體系、羧甲基羥丙基胍膠壓裂液體系、高溫延遲壓裂液體系，每種壓裂液體系均有其優缺點，分別適用于不同的儲層，其中羥丙基胍膠壓裂液成本低，但耐溫僅130℃（圖1），且對儲層的傷害率達72.4%。羧甲基羥丙基胍膠壓裂液成本相對較高，耐溫可達到180℃（圖2），且殘渣含量也相對較低。儲層設計進行壓裂液優選時，結合地層特點，參照SY/T 6376-2008《壓裂液通用技術條件》標準對壓裂液體系進行評價，然后選出適合井層改造需要的壓裂液體系。如利988井油層井段深度4 121.80~4 128.70m，測試地層溫度160℃，滲透率0.005×10-3μm2，對壓裂液體系優選時主要從耐溫、低殘渣考慮，因此優選羧甲基羥丙基胍膠壓裂液體系。

1.2.2支撐劑優化

優選支撐劑是壓裂設計的重要環節。選用的支撐劑必須與儲層條件及工程條件相匹配。依據Q/SH 1020 1598-2013《壓裂支撐劑性能指標及測試方法》[4]及SY/T 6302-2009《壓裂支撐劑充填層短期導流能力評價推薦方法》[5]標準，選用支撐劑時結合儲層巖石特征、地應力情況主要從分選、圓球度、破碎率、體積密度、視密度、導流能力等方面考慮，優選出適合儲層改造的最優支撐劑或者支撐劑組合。如利988井測試地層壓力81.64MPa，壓力系數2.02，預測地層閉合應力80MPa，且儲層非常致密，考慮到加砂難易程度，優選粒徑0.3~0.6mm閉合壓力86MPa單一支撐劑。

1.3壓裂配套工藝技術

1.3.1壓裂設備配套

依據SY/T 5211-2009《壓裂成套設備》[6]優化低滲透壓裂施工用到的地面流動設備主要有壓裂泵車、儀表車、混砂車、供酸泵、酸罐、砂罐車、上液罐車、管匯車等。為了低滲透儲層施工設計的要求，通過引進和設備改裝，具備了額定最高泵壓105MPa，施工排量6m3/ min以上，可進行壓裂作業施工的高壓大功率壓裂車組，并成功完成了多口井的壓裂施工。

1.3.2壓裂施工配套工具

為實現低滲透油藏壓裂工藝的要求，還必須有一套相應的井口和井下工具。為了盡量避免造成套管和固井水泥環的破壞，提高施工注入壓裂，保護井口，降低施工風險，目前壓裂施工多采用封隔器+油管進液方式。依據SY/T 6268-2008《套管和油管選用推薦作法》[7]，壓裂油管管柱既應滿足施工作業（外徑、抗內壓、抗拉伸）的要求，又能夠有效地降低壓裂液摩阻。

圖1 羥丙基胍膠壓裂液體系粘溫性能

圖2 羧甲基羥丙基胍膠壓裂液體系粘溫性能

表1 常用封隔器性能參數表

此外，井下工藝研究所特別改進、研制了以Y531、ZY541、RTTS為代表的3大系列17種封隔器（表1），并配套完善了相應封隔器標準，滿足各類低滲透儲層壓裂改造的需求。

1.4壓裂液返排制度的優化

結合低滲透油藏地質特征建立了壓裂液返排井口壓力、支撐劑沉降等數學模型，并按照Q/SH 1020 1303-2012《壓裂工程設計規程》，編制了低滲透致密儲層壓裂液返排制度優化軟件，方便了各類儲層返排制度優化設計。

Q/SH 1020 1155-2012《油氣水井壓裂施工安全操作規程》[8]規定了陸上油氣水井壓裂施工準備和施工過程安全操作方法和要求。對壓裂井口的安裝、高壓管件的檢測、壓裂儀表的檢測，壓裂儲液罐的擺放、壓裂施工的協調、出現隱患的應急管理都進行了詳細的要求。現場技術人員嚴格按照Q/SH 1020 0133-2009《壓裂施工地面流程安裝技術要求》[9]標準對壓裂施工現場進行相關檢測和合理擺放，嚴格按照標準及現場總指揮要求進行壓裂施工，保障了現場壓裂施工安全。

續表1

2　標準化技術應用效果

截至2015年5月，實施低滲透致密油藏壓裂設計20口，壓裂施工成功率98%，施工有效率89.3%，平均每口井日增油5.3t，累增油6 836t。以各種壓裂技術配套標準為指導，勝利油田低滲透致密油藏取得了良好的增產效果。如利988井，地層溫度161℃，測試滲透率0.005×10-3μm2，地層壓力81.64MPa，壓力系數2.02，屬特低滲高溫儲層。針對儲層溫度高的特點，主要從入井工具及液體體系兩方面結合SY/T 6268-2008《套管和油管選用推薦作法》、SY/T 5107-2005《水基壓裂液性能評價方法》、SY/T 6376-2008《壓裂液通用技術條件》標準進行優化。通過室內實驗，優選出的羧甲基羥丙基胍膠壓裂液體系，具有用量低、低殘渣、低傷害、易返排、耐高溫等優點，耐溫達160℃以上。壓裂工具優化為89mm（P110）油管+ ZY541封隔器，并裝1000型壓裂井口。

針對儲層致密特征，結合Q/SH 1020 1598-2013《壓裂支撐劑性能指標及測試方法》及SY/T 6302-2009《壓裂支撐劑充填層短期導流能力評價推薦方法》標準，分別對0.212~0.425mm、0.3~0.6mm、0.425~ 0.85mm 3種支撐劑性能指標及導流能力進行測試，并通過壓裂軟件模擬，采取支撐劑段塞及高強度小陶粒工藝（0.212~0.425mm陶粒支撐劑段塞3m3，0.3~0.6mm陶粒37m3）。正擠前置液162.5m3、攜砂液178.3m3、頂替液23.2m3，泵壓48.7、77.3、75.7MPa，排量4.82~4.28m3/min，加入粒徑0.212~0.425mm陶粒砂3m3，0.3~0.6mm陶粒37.0m3，砂比7.6%~41.7%；3次破裂壓力76.40MPa，全程套管打平衡40.0、30.9、31.1MPa，停泵壓力52.4MPa。2013年4月投產，日產油87.5t，日產氣8 861m3，累計產油483.3t，水294m3，取得較好的增產效果。

如梁759井，測試有效滲透率0.005 7×10-3μm2，測試壓力系數1.72，地層溫度166℃，自然產能偏低。儲層埋藏深，溫度高，測試有效滲透率低，優選延遲

交聯壓裂液體系，加入低傷害處理劑FY-ZX，有效保護儲層；采用高強度、組合粒徑陶粒加砂方式（0.212~0.425mm陶粒砂20m3，0.425~0.85mm陶粒砂30m3），提高裂縫長期導流能力；采用壓裂泵抽一體化管柱，提高壓后返排率。正擠前置液209m3、攜砂液224m3、頂替液21.2m3，泵壓43.60~73.80MPa，排量1.10~4.80m3/min，加入0.212~0.425mm陶粒砂20m3，0.425~0.85mm陶粒砂30.0m3，砂比5.78%~36.6%，破裂壓力69.20MPa，套管打平衡19.39~24.80MPa停泵壓力52.50MPa。該井2013年7月投產，累計產油76.2m3，水303m3；日產油7.7t，水13.3t，取得了較好的增產效果。

3　結論

1）低滲透致密油藏儲層復雜，低滲高壓高溫，對壓裂工藝提出了較高的要求。

2）以技術標準為基合室內實驗對地層巖心及壓裂入井材料的檢測，對低滲致密儲層壓裂設計優化，初步形成了以羧甲基羥丙基、延遲交聯液為主的耐高溫壓裂液體系、高導流能力支撐劑組合技術、ZY541系列高溫壓裂封隔器、壓裂泵抽一體化壓后返排技術、施工排量6m3/min以上高壓大功率壓裂設備配套等一整套的低滲致密儲層壓裂配套技術，滿足了低滲致密儲層壓裂施工的需要，有效保障了勝利油區低滲致密油藏壓裂改造效果。

參考文獻：

[1]壓裂工程設計規程:Q/SH 1020 1303-2012 [S].

[2]采油采氣專業標準化委員會.水基壓裂液性能評價方法：SY/T 5107-2005 [S].北京：石油工業出版社，2005.

[3]石油工業標準化技術委員會采油采氣專標委.壓裂液通用技術條件：SY/T 6376-2008 [S].北京：石油工業出版社，2008.

[4]壓裂支撐劑性能指標及測試方法: Q/SH 1020 1598-2013 [S].

[5]采油采氣專業標準化委員會.壓裂支撐劑充填層短期導流能力評價推薦方法：SY/T 6302-2009 [S].北京：石油工業出版社，2010.

[6]全國石油鉆采設備和工具標準化技術委員會.壓裂成套設備：SY/T 5211-2009 [S].北京：石油工業出版社，2010.

[7]石油工業標準化技術委員會石油管材專標委.套管和油管選用推薦作法：SY/T 6268-2008 [S].北京：石油工業出版社，2008.

[8]油氣水井壓裂施工安全操作規程：Q/SH 1020 1155-2012 [S].

[9]壓裂施工地面流程安裝技術要求：Q/SH 1020 0133-2009 [S].

收稿日期：本文編輯：尉立崗2015-11-23

作者簡介：茹紅麗（1979-），女，工程師，主要從事油氣水井壓裂酸化設計、壓裂用料檢測及現場技術服務工作。