水平井重復壓裂改造工藝概述與分析

李衛東，張敏，呂棟

水平井重復壓裂改造工藝概述與分析

李衛東，張敏，呂棟

（延長油田股份有限公司， 陜西 延安 716000）

對于低滲透或超低滲透油氣藏而言，水平井已成為主要開發手段，但其產量遞減快、后期穩產難度大，并且由于國際油價長期處于低位震蕩中，新鉆井成本壓力大，所以開展水平井重復壓裂可以提升區塊整體開發效果。分析了水平井重復壓裂選井原則及影響因素，對老縫延長壓裂、老縫暫堵壓裂、老縫封堵、補壓新縫、增能壓裂、管外竄壓裂六種重復壓裂改造方式進行闡述，最后提出了水平井重復壓裂面臨的挑戰。

水平井； 重復壓裂； 低滲透

對于低滲透或超低滲透油氣藏而言，水平井已成為主要開發手段，由于自然產能低，壓裂改造是常用的技術手段。隨著對儲層認識的加深、壓裂工藝技術的不斷創新與發展，初次壓裂的工藝和參數與儲層已不相適應，再加上油藏開發過程中由于井底污染、支撐劑失效等原因，產能出現下降，與預測產量不符，導致采收率降低。由于水平井人工裂縫周邊還存在大量剩余油未動用，因此開展水平井重復壓裂是一項亟需解決的問題，目前國內外在這方面開展了多項探索試驗，本文將從重復壓裂選井原則、影響因素、方式方法、工藝技術、風險挑戰等方面進行闡述與分析。

1 水平井重復壓裂選井原則

水平井作為低滲透油氣藏的主要開發手段，通過不斷摸索和創新，已形成了以分段改造為核心的多種改造工藝。為了提高重復壓裂的改造效果，提升經濟效益，經過研究和摸索，制定了以下選井原則[1-2]。

1） 水平井初次壓裂后產量較高，并且油井周邊剩余油飽和度高，具備足夠的可采儲量，地層壓力保持水平較好。

2） 井筒狀況符合重復壓裂要求，未發生變形，能下入橋塞等工具，并且固井質量合格。

3） 在生產過程中，未發現井筒遺留前次壓裂的封隔器殘留或者有結蠟、出砂結垢等情況，水平段全通徑是重復壓裂選井的首要前提。

4） 初次壓裂設計由于儲層認識不清、裂縫間距偏大、壓裂液和支撐劑選取不恰當、工程參數偏小等原因導致產量低于預測產量。

5） 壓裂施工結束后返排過程中，油嘴選取不恰當，導致返排過快，支撐劑被攜帶出地層，裂縫過早閉合。

6） 重復壓裂候選井與臨井有足夠的間距，不會出現因提高施工規模導致溢流、水竄等問題。

7） 重復壓裂候選井一側有長時間生產老井時，應對老井進行能量補充，防止出現單側裂縫過長，影響壓裂效果。

常用的選井方法有礦場經驗法、人工神經網絡、模糊評判法、灰色關聯法等方法[3-4]，在實際應用中運用合理的選井方法可以使得重復壓裂效果得到顯著提高。

2 水平井重復壓裂影響因素

重復壓裂效果的影響因素很多，根據油田實際情況和國內外專家經驗總結，可以歸納為四類，分別為地質因素、完井因素、生產因素、巖石力學因素。各因素內部之間關系復雜，在不同程度上影響壓裂效果[5-6]。

1） 地質因素是油井產能的主控因素，主要包括儲層滲透率、孔隙度、含油飽和度、含油砂巖長度、油層厚度、自然伽馬、地層流體黏度等。

2） 完井因素代表了初次改造規模的大小，主要包括壓裂段數、簇數、段間距、簇間距、單段液量、單段砂量、排量等。

3） 生產因素代表了地層能量保持水平和采出程度，主要包括返排率、地層壓力、初周月日產量及含水率、目前日產量及含水率、累計產量等。

4） 巖石力學因素是儲層改造的核心因素，代表了能否形成復雜縫網，主要包括儲層脆性、地應力、天然裂縫密度、儲隔層應力差、楊氏模量、泊松比等。

3 水平井重復壓裂方式

3.1 老縫延長壓裂

目前水平井補充能量依然處于摸索階段，主要依靠天然能量進行開發。如圖1所示，老縫延長壓裂主要針對以下兩種情況。

1） 由于儲層認識不足導致初次壓裂規模較小，人工裂縫與儲層動用不匹配，原油產量較低，通過加大規模進行重復壓裂，形成新的油氣滲流通道，增大有效泄流面積，提升儲層動用程度，進而提高油井產量。

2） 由于在壓裂施工及返排過程中的不當操作，導致壓裂失敗；初次壓裂液和支撐劑選擇不合適導致儲層污染；或者在生產過程中支撐劑失效導致裂縫導流能力降低，影響油氣滲流，降低原油產量。通過重復壓裂可以有效清除裂縫內污染，并恢復已閉合的裂縫，用高強度壓裂砂提供新的有效支撐，恢復裂縫導流能力，恢復油井產量。

圖1 老縫延長壓裂效果圖

3.2 老縫暫堵壓裂

初次壓裂導致井筒周圍地應力發生改變，老縫暫堵壓裂就是使用暫堵劑對初次壓裂裂縫端部進行封堵，使裂縫發生轉向，形成新的裂縫，如圖2所示。在壓裂過程中，壓裂液攜帶暫堵劑進入原有裂縫，暫堵劑在裂縫端部建立封堵，使壓裂液轉向到未壓裂區域，形成新的裂縫，增大巖石破碎體積，增加新的滲流通道。最后，暫堵劑逐步降解，解除對原有裂縫的封堵。長慶油田在安塞選用油溶性蠟球作為暫堵劑，高強度的陶粒為支撐劑，措施后效果明顯 。該方法成本低，施工難度低，但是對于暫堵劑量無法準確把握，因此需要與實際區塊地層、井筒、泵注程序相結合進行優化[7]。

圖2 老縫暫堵壓裂效果圖

3.3 封堵老縫、補壓新縫

針對原有射孔段出水等情況，采用機械封隔技術，使用內置小套管或膨脹襯管對原有射孔簇進行永久封隔，相當于形成一口小孔徑新井眼，再通過類似新井投產的方法選取新的射孔簇進行壓裂，如圖3所示。該方法封隔效果好，能實現對出水段或者虧空段射孔簇的完全封堵，缺點是投資大、施工難度較高。

1） 內置小套管封隔技術。該工藝是通過在原有生產套管中下入小孔徑套管，并采用水泥重新固井，形成新的小孔徑井眼，然后選取新的射孔簇進行分段壓裂。目前延長油田多采用外徑139.7 mm、內徑124.26 mm或121.36 mm的油層套管，可以在該尺寸套管內下入外徑88.9 mm套管，然后進行固井。該工藝由于套管尺寸偏小，并且與地層相隔兩層套管和兩層水泥環，導致射孔有效孔眼直徑偏小，水力摩阻使得施工排量偏低，進而導致射孔簇壓裂效果不均勻。為解決該項缺點，可以增加壓裂段數，減少段內射孔簇數。

2） 膨脹襯管封隔技術。該工藝是先對原有套管進行刮削，然后下入膨脹襯管，從水平段趾部向根部泵送，使得膨脹襯管在合適位置膨脹至最大直徑，對原有射孔簇進行封堵，形成新的小孔徑井眼，然后采用新井投產的方式進行分段壓裂。根據延長油田目前采用的套管類型可以使用107.95 mm膨脹管柱進行封堵。

圖3 封堵老縫壓裂效果圖

3.4 保留老縫、補壓新縫

針對裂縫間距過大的水平井，根據儲層物性、固井質量、含油飽和度等優選射孔位置，補孔后壓裂新縫，提升儲層改造程度，使剩余油得到充分動用，如圖4所示。

縫間暫堵轉向技術是目前主流的重復壓裂技術，壓裂過程中采用暫堵劑對原有射孔簇進行封堵，使得壓裂液轉向新的射孔簇，壓裂形成新的裂縫，最后暫堵劑降解，解除對原有裂縫的封堵，形成原有裂縫和新裂縫并存的情況，可以增大儲層改造體積，增加新的滲流通道，進而提高油井產量，提升最終采收率[8-9]。

圖4 補壓新縫壓裂效果圖

3.5 水平井儲能/增能重復壓裂

通過地質特征和巖石力學研究，目前延長油田水平井壓裂多采用大規模體積壓裂的模式，在油層中形成復雜縫網，提升改造體積，提高油井產量。但由于鄂爾多斯盆地多屬于低壓油藏，壓力系數0.6-0.8，因此油井降產較快，后期產量較低。通過數值模擬證明，提升地層壓力，可以起到裂縫縫長增大、加速微裂縫開啟、人工裂縫延伸更平衡等作用。針對體積壓裂水平井，采用重復壓裂時可以先泵入一定體積的活性水或者驅油液，然后進行大液量的重復壓裂，最后再悶井一定時間。該種方式可以補充地層能量，通過大液量的重復壓裂激活地層能量，最后悶井過程中在復雜裂縫網絡中通過滲吸進行油水置換，進一步提升油井產量。對于塔里木油田，泵入的活性水體積采用累計采出量的兩倍；而對于長慶油田，泵入的驅油液體積采用下列公式計算[10-16]：

式中：—水平井單段注入液量，m3；

η—地層能量保持程度；

V—單段虧空體積，m3；

0—基質滲透率，mD。

3.6 管外竄封堵重復壓裂

注水區域水平井固井質量較差，或者由于大規模壓裂時對固井質量的破壞，重復壓裂會出現管外竄流的情況，影響壓裂效果。針對該問題，長慶油田經過自主研發，試驗形成了纖維降濾+多級粒徑堵劑充填的封堵技術，通過在壓裂過程中泵入堵劑對固井質量較差的部分進行封堵，取得了顯著效果。

以上六種重復壓裂方式可單獨施工，也可以相互結合。比如可以將老縫延長和補壓新縫結合，將暫堵轉向和增能壓裂結合等，可以進一步增加改造規模，提升壓裂效果。

4 水平井重復壓裂工藝技術

4.1 雙封單卡壓裂工藝

老縫加大規模壓裂、補壓新縫及縫內暫堵轉向三種重復壓裂措施均可以采用該工藝管柱，如圖5所示。該工藝具有以下特點：

1） 針對性強，可控制各層段處理規模。

2） 加砂量大，通過優化材料和噴嘴，應用耐磨導壓噴砂器，應用低摩阻支撐劑，可大幅度提高加砂規模。

3） 安全性高，小直徑封隔器，有可靠地防卡、解卡機構。

4） 效率高，一趟管柱可完成3～5層壓裂，節省施工時間，降低作業工人勞動強度。

1—安全接頭；2—扶正器；3—水力錨；4—封隔器；5—噴射器+皮碗式封隔器；6—導向裝置

4.2 大規模單卡壓裂工藝

大規模單卡壓裂工藝通常與暫堵轉向壓裂相結合，特別適應于由于固井質量及井筒完整性較差無法采用雙封單卡工藝管柱進行分段壓裂的水平井，如圖6所示。目前延長油田水平井水平段較長，并且壓裂段數較多，大規模單卡壓裂工藝應用空間較小。

5 水平井重復壓裂面臨的挑戰

水平井重復壓裂雖然在國內外部分油田取得了一定效果，但是依然處于探索和試驗階段，面臨成本控制、工藝特性、施工風險等挑戰[17-22]。

1—安全接頭；2—水力錨；3—悶井循環閥；4—封隔器；5—封隔器；6—噴嘴

1） 成本控制。水平井重復壓裂多采用大規模壓裂，針對早期壓裂設計方案不合理的油井，可以取得一定效果。對于目前分段體積壓裂的施工工藝，雖然在排量、砂量、段間距、簇間距等方面進行優化，但效果仍存在一定差距，導致投入產出比偏低，成本壓力較大。

2） 工藝特性。針對不同區塊地層、不同油井的多種情況，需要選取針對性的重復壓裂措施。本文第四部分闡述了六種重復壓裂方式，各有其優缺點，必須在對區塊地質精細描述、油井狀況準確把握的情況下，才能選取最合適的重復壓裂方式。

3） 施工風險。重復壓裂工藝尚處于探索和試驗階段，對于規模的把握、裂縫的延伸不能精準刻畫，存在壓竄等情況，導致施工井和周圍臨井因出水報廢，損失巨大。目前水平井補充能量依然處于摸索階段，主要依靠天然能量進行開發。如圖1所示，老縫延長壓裂主要針對以下兩種情況。

6 結束語

1） 低滲致密油藏多采用水平井進行開發，其初產高，由于多種情況導致后期產量下降明顯，需采用重復壓裂的方式進行改造，建議加快探索試驗水平井重復壓裂，提升油田開發效果。

2） 水平井選井優先選取剩余油飽和度高，具備足夠的可采儲量，地層壓力保持水平較好，并且井筒全通徑和固井質量合格的油井，可以使得重復壓裂效果得到提升。

3） 根據水平井井況可以針對性地選擇重復壓裂措施，包括老縫延長、老縫暫堵、老縫封隔、補壓新縫、增能壓裂、管外竄等方式。

4） 水平井重復壓裂雖然取得了一定效果，但仍然面臨成本控制、區塊特性、施工風險三方面的挑戰。

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Overview and Analysis of Horizontal Well Repeated Fracturing Technology

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（Yanchang Oil Field Co., Ltd., Yan’an Shaanxi 716000, China）

For low permeability or ultra-low permeability oil and gas reservoirs, horizontal well process has become a main development method, but their production decline is fast, and it is difficult to stabilize production in the later stage. Moreover, because the international oil price is low for a long time, the cost pressure of new drilling is high, so the repeated fracturing of horizontal wells can be used to improve the overall development effect of the block. In this paper, the well selection principles and influencing factors of horizontal well repeated fracturing were analyzed, six repeated fracturing reconstruction methods were expounded, including old fracture extension fracturing, old fracture temporary plugging fracturing, old fracture plugging, pressure supplement new fracture, energy increasing fracturing and out of pipe channeling fracturing. Finally,the challenges faced by horizontal well repeated fracturing were put forward.

Horizontal well; Repeated fracturing; Low permeability

2021-07-29

李衛東（1987-），男，工程師，碩士，陜西省咸陽市人，2012年畢業于中國石油大學（華東）油氣田開發工程專業，研究方向：儲層改造理論和應用。

TQ357

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1004-0935（2021）10-1572-05