水力噴砂分段壓裂工藝在中平6井的現(xiàn)場(chǎng)施工分析

王昱茜，趙 婷，胡國(guó)強(qiáng)，張 欣，汪泳潮，常向陽(yáng)

（延安大學(xué)石油工程與環(huán)境工程學(xué)院，陜西延安 716000）

研究區(qū)屬低滲透-特低滲透油田，地層壓力均較低，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間注水開(kāi)發(fā)，油藏天然能量嚴(yán)重不足，水竄嚴(yán)重，水驅(qū)效率降低，油田開(kāi)采開(kāi)發(fā)出現(xiàn)了產(chǎn)量低的嚴(yán)重問(wèn)題[1]。中平6井位屬靖邊油田地塊，該井是延長(zhǎng)油田股份有限公司靖邊采油廠的一口水平井，構(gòu)造為鄂爾多斯盆地伊陜部斜坡，其油層孔隙度范圍為5.4%～9.3%，滲透率范圍為0.01 mD～0.3 mD，含油飽和度范圍為19.6%～58%，該井為新井，井筒為空井筒，部分井段固井質(zhì)量較差，對(duì)此應(yīng)急需改進(jìn)，并使該井投入生產(chǎn)[2，3]。

水力噴砂分段壓裂技術(shù)是20世紀(jì)90年代末發(fā)展起來(lái)的一種新型的水力壓裂技術(shù)，通過(guò)高速射流射開(kāi)套管和地層，形成一定深度的噴孔，流體動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓能，在噴孔附近產(chǎn)生水力裂縫，實(shí)現(xiàn)射孔壓裂聯(lián)作[4]。該工藝具有射孔、壓裂、隔離一體化作業(yè)的特點(diǎn)，井下工具簡(jiǎn)單，安全風(fēng)險(xiǎn)小，適用于多種儲(chǔ)層類型和完井方式[5]。

因此，對(duì)中平6井實(shí)行水平井水力噴砂分段壓裂工藝技術(shù)以提高油井采油量。本文通過(guò)對(duì)中平6井水力噴砂分段壓裂工藝相關(guān)參數(shù)，現(xiàn)場(chǎng)施工等進(jìn)行研究以求達(dá)到穩(wěn)油控水、提高產(chǎn)能的目的。

1 中平6井井況

1.1 油井基本數(shù)據(jù)

中平6井是鄂爾多斯盆地伊陜部斜坡的一口水平井，地處陜西省靖邊縣。該井完鉆井深為2 475.0 m，水平段長(zhǎng)度為360 m，最大井斜為90°，井眼方位18°，鉆井無(wú)異常顯示，完鉆層位為長(zhǎng)6。該井采取套管完井方式，具有低孔低滲，低壓力的特點(diǎn)。

1.2 油層基本數(shù)據(jù)（見(jiàn)表1）

表1 油層基本數(shù)據(jù)表Tab.1 Reservoir basic data sheet

2 水力噴砂分段壓裂工藝

2.1 壓裂原理

該工藝的原理：水力噴砂分段壓裂的技術(shù)原理是根據(jù)伯努利方程，通過(guò)高速水射流射開(kāi)套管和地層，形成一定深度的噴孔，噴孔內(nèi)流體動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓能，當(dāng)壓能足夠大時(shí)，誘生水力裂縫。通過(guò)環(huán)形注入液體使井底壓力剛好控制在裂縫延伸壓力以下，射流出口周圍流體速度最高，其壓力最低，環(huán)空泵注的液體在壓差作用下進(jìn)入射流區(qū)，與噴嘴噴射出的液體一起被吸入地層。在射流出口遠(yuǎn)端的流體速度最低，壓力最高，高出的壓力加上井底的裂縫延伸壓力驅(qū)使裂縫向前延伸。壓裂下一層段時(shí)，因井底壓力剛好控制在裂縫延伸壓力以下，已壓開(kāi)層段不再延伸[6-8]。因此，不用封隔器與橋塞等隔離工具，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)封隔，通過(guò)控制噴嘴在水平井筒中的位置，依次壓開(kāi)所需改造井段。

2.2 壓裂工具

壓裂管柱由下到上為：導(dǎo)向絲堵+眼管+單流閥（帶球和擋板）+封隔器+噴槍+2 7/8"外加厚倒角油管（水平段）+2 7/8"外加厚油管至井口（示意圖見(jiàn)圖1）。

2.3 壓裂液體系優(yōu)選

2.3.1 壓裂液體系添加劑 由于壓裂地層的溫度，滲透率，巖石成分和孔隙壓力等地層條件不同，以及研究區(qū)壓裂施工的要求，需優(yōu)選適當(dāng)?shù)膲毫岩后w系[9]。經(jīng)分析，采用胍膠壓裂液，由水，稠化劑，交聯(lián)劑和破膠劑等配制而成，并且為滿足壓裂液的各項(xiàng)性能要求，加入pH調(diào)節(jié)劑，殺菌劑，黏土穩(wěn)定劑，降濾劑等，以改善壓裂液流變性，高溫穩(wěn)定性和控制濾失性能等，為保證研究區(qū)中平6井壓裂施工作業(yè)的正常進(jìn)行，壓裂液配方（見(jiàn)表 2）。

圖1 水平段管柱結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Horizontal segment string structure

表2 壓裂液配方Tab.2 Fracturing fluid formula

2.3.2 壓裂液體系濃度 研究表明，在壓裂液流變性能相同的情況下，低濃度的胍膠壓裂液體系更適合研究區(qū)的壓裂施工作業(yè)[10，11]。原因如下：

低濃度胍膠壓裂液體系稠化劑（羥丙基胍膠）用量較低（見(jiàn)表2），大大節(jié)省了經(jīng)濟(jì)成本。

低濃度胍膠壓裂液體系破膠較徹底，低殘?jiān)追蹬牛山档蛯?duì)生產(chǎn)層的污染和對(duì)填砂裂縫滲透率的影響，可較好的應(yīng)用于研究區(qū)地層。

低濃度胍膠壓裂液體系抗剪切穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性好（可耐高溫至150℃），可避免因溫度升高或流速增加壓裂液體系年度大幅度增加。

3 水力噴砂分段壓裂現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

3.1 壓裂準(zhǔn)備

現(xiàn)開(kāi)長(zhǎng)6層水平段壓裂試油，壓裂井口采用KQ65/70井口，油管用上法蘭懸掛式聯(lián)接，然后進(jìn)行通井（∮118 mm×1.2 m通井規(guī)通井），活性水反循環(huán)洗井（洗井用液排量大于500 L/min），試壓，下水力噴射鉆具，油管校深后水力噴射分段射孔加砂壓裂，共壓裂6段。第一至六段壓裂及射孔用砂均為石英砂，用量分別為 118，18。

3.2 壓裂施工

根據(jù)錄井顯示和測(cè)井解釋結(jié)果綜合考慮裂縫間的干擾和避開(kāi)套管接箍位置，對(duì)中平6井分六段壓裂，射孔位置（見(jiàn)表3）。

地面管線、井口及設(shè)備試壓45 MPa，環(huán)空管線試壓35 MPa。第一段壓裂施工前管柱必須校深，第二至六段壓裂施工前必須進(jìn)行封隔器驗(yàn)封，壓裂過(guò)程中支撐劑采用20/40目石英砂，分段壓裂施工過(guò)程中分別上提工具使噴射器噴嘴到達(dá)2 344 m～2 271 m～2 205 m～2 135 m～2 064 m，至第六段壓裂施工結(jié)束后，起鉆，換沖砂抽汲鉆具，探砂面，采用沖砂洗井液沖至人工井底，起鉆至斜井段，抽汲試油，起下鉆過(guò)程中，注意做好相關(guān)井控措施（見(jiàn)表4）。

水力噴射射孔工藝結(jié)束，油管與套管同時(shí)注入液體，進(jìn)一步?jīng)_洗水平井段沉砂，各段施工曲線（見(jiàn)圖2～圖 7）。

由圖2可知：第一段施工排量油管1.5 m3/min，套管平衡0.4 m3/min，施工地面最高泵壓28.4 MPa，工作壓力15.9 MPa，停泵壓力2.9 MPa，平均砂比24.2%，總?cè)氲刂蝿┝?2.0 m3，液量81.7 m3+射孔液量83.2 m3=164.9 m3。

表4 壓裂施工相關(guān)參數(shù)Tab.4 Fracturing construction related parameters

圖2 長(zhǎng)6第一段施工曲線圖Fig.2 The first construction curve of Chang 6

圖3 長(zhǎng)6第二段施工曲線圖Fig.3 The second construction curve of Chang 6

由圖3可知：第二段施工排量油管1.6 m3/min，套管平衡0.6 m3/min，施工地面最高泵壓37.7 MPa，工作壓力20.6 MPa，停泵壓力5.5 MPa，平均砂比23.6%，總?cè)氲刂蝿┝?6.0 m3，液量123.4 m3+射孔液量95.1 m3=218.5 m3。

由圖4可知：第三段施工排量油管1.6 m3/min，套管平衡0.6 m3/min，施工地面最高泵壓32.2 MPa，工作壓力23.1 MPa，停泵壓力4.1 MPa，平均砂比25.4%，總?cè)氲刂蝿┝?8.0 m3，液量146.9 m3+射孔液量93.7 m3=240.6 m3。

由圖5可知：第四段施工排量油管1.6 m3/min，套管平衡0.6 m3/min，施工地面最高泵壓32.7 MPa，工作壓力23.2 MPa，停泵壓力4.3 MPa，平均砂比25.6%，總?cè)氲刂蝿┝?8.0 m3，液量122.8 m3+射孔液量95.0 m3=217.8 m3。

圖5 長(zhǎng)6第四段施工曲線圖Fig.5 The fourth construction curve of Chang 6

由圖6可知：第五段施工排量油管1.6 m3/min，套管平衡0.6 m3/min，施工地面最高泵壓33.8 MPa，工作壓力26.9 MPa，停泵壓力3.5 MPa，平均砂比24.3%，總?cè)氲刂蝿┝?6.0 m3，液量114.3 m3+射孔液量96.9 m3=211.2 m3。

由圖7可知：第六段施工排量油管1.5 m3/min，套管平衡0.4 m3/min，施工地面最高泵壓26.4 MPa，工作壓力19.0 MPa，停泵壓力3.4 MPa，平均砂比25.6%，總?cè)氲刂蝿┝?5.1 m3，液量97.9 m3+射孔液量77.6 m3=175.5 m3。

在水平井噴砂壓裂試驗(yàn)過(guò)程中，采用分段處理的方法，將6級(jí)噴槍逐級(jí)打開(kāi)，并采集相關(guān)的數(shù)據(jù)（見(jiàn)表5）。各級(jí)噴砂壓裂工作時(shí)長(zhǎng)及前置液、射孔液等注入量消耗和壓力變化。并且每2次壓裂試驗(yàn)后對(duì)試驗(yàn)裝置重新進(jìn)行壓力測(cè)試，以確保試驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。本次水平井噴砂壓裂試驗(yàn)達(dá)到了良好的增產(chǎn)效果，壓后下泵求產(chǎn)，日產(chǎn)油36.2 t，說(shuō)明水力噴射壓裂取得了較好的效果。

圖6 長(zhǎng)6第五段施工曲線圖Fig.6 The fifth construction curve of Chang 6

圖7 長(zhǎng)6第六段施工曲線圖Fig.7 The six construction curve of Chang 6

表5 中平6井六段壓裂施工參數(shù)Tab.5 Six sections of fracturing construction parameters of Zhongping 6 well

4 結(jié)論

（1）中平6井水力噴射分段壓裂試驗(yàn)的成功，為靖邊油田下步水平井水力噴射分段壓裂工藝實(shí)施提供參考。

（2）水力噴射壓裂技術(shù)集射孔、壓裂、隔離一體化新型增產(chǎn)措施，無(wú)需封隔器一趟管柱實(shí)現(xiàn)多段壓裂。它綜合了水力噴射射孔、水力噴射壓裂和水力分隔三項(xiàng)技術(shù)。簡(jiǎn)化了工藝，節(jié)省了時(shí)間，提高了作業(yè)效率。

（3）水力噴射壓裂施工過(guò)程中能夠有效降低井底地層破裂壓力，可在任何位置準(zhǔn)確造縫，而且不同位置可以采用不同壓裂方案。