小套管井壓裂工藝應用技術

姚再勇

1? 項目概況

在油田開發后期，為了降低成本費用，節約投資，采用老井眼開窗側鉆懸掛 4in 套管或者全井 4in 套管，俗稱“小套管井”井。該措施解決了常規51/2"套管井因套損、錯斷等開發問題，實現老油田穩產增產的目的。該類井況由于井徑小，井況復雜，分層壓裂難度很大，目前常用的小套管井壓裂工藝主要有光套管壓裂、卡封護套壓裂、封上壓下壓裂、水力噴射壓裂等壓裂工藝技術。

2? 主要研究成果

2.1 小套管井壓裂特點計選井選層

2.1.1? 壓裂施工難點

（1）小套管對固井質量要求較高，壓裂施工容易造成層間串槽的發生，影響壓裂施工效果及壓裂施工成功率;

（2）小套管井井筒內徑小，壓裂施工管柱沿程摩阻大，施工壓力高;

（3）要求壓裂配套設備耐壓強度大，壓裂施工參數優化難度大。

2.1.2? 選井選層

（1）井區控制有一定的剩余油儲量基礎;

（2）鉆遇儲層巖石力學參數、垂向應力分布滿足裂縫延伸需求;

（3）井況滿足壓裂施工設計參數需求。

2.2? 壓裂方案設計

2.2.1? 前置液量設計

前置液的主要功能是造主縫，其用量的大小，直接影響人工主裂縫的水平向的拓展溝通天然裂縫的程度，對于壓裂施工的成敗和施工效果都有著非常重要的影響。

前置液過量會產生無效的附加裂縫長度，裂縫過度延伸可使裂縫寬度變窄，對產量的增加貢獻影響較小，另外增加施工成本，造成較低的投入產出比;前置液不足使裂縫延伸受限，影響后續階段的加砂量，影響施工效果，或可能造成施工失敗。

針對小套管井的壓裂施工實踐，經過工藝的綜合優化模擬，將前置液用量設計在總液量的30%左右，可以使后續階段加砂較好的得到有效支撐，提高壓裂效果。

2.2.2? 施工排量設計

施工排量設計一般從以下幾個方面進行優化：一是裂縫形態;二是井口限壓;三是裂縫縫高;四是地層濾失;五是射孔孔眼數量。在施工限壓允許的情況下，盡量提高到泵注設計排量，經過對小套管地面模擬實驗與理論研究，中原油田設計一般施工排量在3.5m3/min～5.0m3/min之間。

2.3.3? 砂比設計

在4in套管井加砂階段優化砂比時，根據裂縫單翼縫長和地層滲透能力，采取了“臺階式”連續加砂工藝，即保證壓裂施工成功率，又逐步提高了砂比，同時使支撐剖面更趨合理，可獲得高導流能力的支撐裂縫，達到理想的壓裂效果。

2.2.4? 控制縫高技術

控縫高是在壓裂施工過程中通過優選壓裂工藝、壓裂液、支撐劑、施工參數等方法來阻礙和延緩裂縫在縱向延伸，從而達到設計的最優裂縫形態，最終達到高產、穩產的目的。目前控縫高壓裂技術國內外主要有以下幾種方法：（1）利用高應力隔層控制縫高：根據大量現場資料統計和室內硏究表明，利用泥質隔層控制裂縫高度一般應具備以下兩個條件：①對于常規作業，在砂巖油氣層上下的泥質隔層厚度一般應不小于5m;②上下隔層地應力高于油氣層地應力2.MPa～35MPa時更為有利;（2）人工隔層技術人工隔層控縫高技術的基本原理是通過上浮式或下沉式隔離劑在裂縫的頂部或底部形成人工遮擋層，增加裂縫末梢的阻抗，阻止裂縫中的流體壓力向上或下傳播，繼而控制裂縫在高度上進一步延伸;（3）調整壓裂液的粘度控制縫高技術根據人工裂縫三維模型可知，壓裂液的粘度和縫高是正相關的關系，如果需要控制裂縫縱向上延伸，采用粘度較小的壓裂液，反之，如果需要裂縫縱向上延伸，使用粘度度較大的壓裂液;（4）變排量壓裂技術與上下隔層地應力差值小的薄油層的壓裂改造，為限制裂縫高度過度延伸，采用變排量壓裂技術，在控制縫高向下延伸的同時，可增長裂縫縫長，增加裂縫內支撐劑鋪置濃度，從而有效提高壓裂效果。

2.3壓裂工藝優化設計

中原油田 4in 套管井比較深，管柱內徑較小，摩阻高，引起地面設備施工壓力高，造成設備損耗大，同時受油管最高限壓的影響。因此根據 4in 套管井身結構的特殊性，在 4in 套管壓裂施工中，主要采用光套管壓裂、5-1/2in套管內卡封護套壓裂、4in套管內卡封封上壓下壓裂、水力噴射壓裂一層或水力噴射壓裂兩層等壓裂方式。

2.3.1? 卡封護套壓裂工藝

懸掛4in套管井的懸掛點以上為原井套管，而原井受地層水、多次作業施工等諸多因素的影響，致使套管受到不同程度的損壞，達不到原來的抗內、外壓強度，抗內、外壓強度降低，為使壓裂施工順利實施，通常需要卡封保護。故在5-1/2in套管中下入封隔器保護套管，封隔器下入位置選取在懸掛點以上10—15m左右較好，下帶一根φ73mm 平式油管注入，油管進入 4in 套管內的深度不宜太大。這種方式是在4in套壓裂中最常用的，應用井數較多。

2.3.2? 封上壓下壓裂工藝

中原井下成功研制了4in套分層壓裂工具和壓裂管柱組合，達到了保護上層對下層進行施工，或配合下部填砂對中間層施工的目的。并在現場得到了良好的應用，解決了現場實際困難。目前成功應用50口井。

2.3.3? 水力噴射壓裂工藝

水力噴射壓裂工藝是集射孔、壓裂、隔離一體化的新型增產措施， 能夠在指定位置噴砂射孔， 利用射流動態封隔的方法通過射孔孔道制造裂縫， 實現了射孔壓裂一趟管柱，適用于4in套小井眼單層或多層壓裂。

水力噴射壓裂和封隔機理：噴射射孔完成后，關閉套管閘門，由油管和套管分別泵入流體。油管中的流體經過噴射工具，射流繼續作用在噴射通道中形成局部增壓，高速流體的沖擊作用在水力射孔孔道頂端產生微裂縫，降低了地層起裂壓力。向環空中泵人的無支撐劑流體可維持和增加井底環空壓力，噴射流體的增壓和環空壓力的疊加超過地層破裂壓力，瞬間將射孔孔眼前端處地層壓破。壓開地層后，由于裂縫的延伸壓力低于破裂壓力，在基本保持環空壓力的情況下裂縫不斷延伸，加入支撐劑對裂縫起充填和支撐作用。

3? 現場應用情況及經濟效益分析

本技術共計在現場應用72井次，其中光套管壓裂方式應用3井次，卡封護套壓裂方式應用47井次，封上壓下壓裂方式即小直徑封隔器20井次，水力噴射兩層應用2井次，壓裂一次施工成功率100%。累計增油58.6×104t，累計增氣197×104m3，取得了較好的經濟效益，具有重要的應用技術推廣價值。

4? 結論及認識

通過該技術的理論研究和現場應用，逐漸形成了一套對小套管（4in）井壓裂工藝及配套技術，有效解決了老井因套變影響生產的難題，提高了油氣田開發的整體效益。認識如下：

（1）通過支撐劑段塞技術可以降低彎曲裂縫造成的附加摩阻，避免產生多裂縫;控制逢高技術可以控制逢高，避免逢高失控;

（2）由于水力噴射的水力分隔原理，準確的在指定層位制造裂縫，對水力噴射加砂壓裂技術進行改進和創新，將水力噴射應用在4 in套管井分層壓裂改造并已應用于現場，取得了較好的效果;

（3）對于小套管井（4in）進行分層壓裂工藝技術，提高了油區老井利用率，增加了老區產量。