呂國(guó)祥,吳月先,曾 科,龔 蔚,魏傳陽(yáng),周仲建

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

角64-H2井橋塞分段壓裂技術(shù)特色解析

呂國(guó)祥1,吳月先2,曾 科3,龔 蔚2,魏傳陽(yáng)2,周仲建2

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

川中地區(qū)八角場(chǎng)須四段為塊狀長(zhǎng)石石英砂巖致密凝析氣藏,儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)為裂縫—孔隙型、微裂縫—孔隙型和孔隙型,縱向和橫向非均質(zhì)性嚴(yán)重,首次嘗試用L型水平井開(kāi)采,一期分6段壓裂施工成功,技術(shù)特色顯現(xiàn):分次射孔,井筒內(nèi)橋塞機(jī)械轉(zhuǎn)向,固相縱向限縫高,光套管低摩阻泵注,前置酸預(yù)處理。

致密凝析氣藏;L型水平井;分段壓裂;技術(shù)特色;評(píng)價(jià)

川中地區(qū)八角場(chǎng)氣田中生界上三疊統(tǒng)須四段凝析氣藏?fù)碛休^多的探明天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量,致密儲(chǔ)集層開(kāi)采技術(shù)難度很大,資源潛力不能有效地發(fā)揮。直井大型加砂壓裂工藝技術(shù)嘗試(崔明月,丁云宏,單文文,等.四川八角場(chǎng)低滲透氣田大型水力壓裂應(yīng)用實(shí)例及認(rèn)識(shí),2000),多口井呈現(xiàn)出較高效開(kāi)采的新局面。在此基礎(chǔ)上嘗試應(yīng)用L型水平井開(kāi)采[1],旨在提供一井壓多條高導(dǎo)縫的工程條件,再次提高開(kāi)發(fā)效果。角64-H2井是該氣田內(nèi)新鉆成的首口L型水平試驗(yàn)井,位于構(gòu)造西端高點(diǎn)附近的角51井區(qū)內(nèi),距角51井僅只有2km,地質(zhì)條件較好,有助于與角51井(直井)作壓裂效果對(duì)比評(píng)價(jià)。角64-H2井一期壓裂施工作業(yè)歷經(jīng)1 085min(跨越4d),相繼分壓6段,共計(jì)壓入地層陶粒487.28t,泵注工作液3 410.3m3,創(chuàng)多項(xiàng)國(guó)內(nèi)施工作業(yè)新紀(jì)錄。

1 壓裂試驗(yàn)區(qū)地質(zhì)特征

川中地區(qū)八角場(chǎng)氣田中生界上三疊統(tǒng)須四段凝析氣藏[2],短軸背斜構(gòu)造中的長(zhǎng)軸走向?yàn)闁|西向,長(zhǎng)軸向南突出,構(gòu)造北陡南緩,南北不對(duì)稱(chēng)。構(gòu)造上分布有東、西兩個(gè)局部高點(diǎn),西高點(diǎn)分布范圍較大,兩高點(diǎn)間由鞍部連接。西高點(diǎn)東南部為角51井區(qū),即是須四段儲(chǔ)層壓裂改造試驗(yàn)區(qū),主要由角41井、角51井、角45井和角50井的井點(diǎn)連結(jié)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(chǔ)集巖為長(zhǎng)石石英砂巖,多為中粒、細(xì)-中粒巖屑,具有中孔低滲的物性特征。區(qū)域內(nèi)須四段地層天然裂縫發(fā)育規(guī)模差異很大,分布很不均勻。天然裂縫多為微細(xì)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(cuò)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(jiàn)10%鮞粒氣泡,鉆時(shí)為95～15min/m和87～17min/m。巖石泥質(zhì)膠結(jié)較為疏松,以至于巖心內(nèi)形成1.5～2.0 cm厚的鉆井泥漿浸入環(huán)帶,時(shí)差測(cè)井曲線(xiàn)中有多處顯現(xiàn)出微裂縫特征。射孔完井后初測(cè)天然氣產(chǎn)量達(dá)到3.36×104m3/d,這是全氣藏內(nèi)較大的初測(cè)天然氣產(chǎn)量,較發(fā)育的微裂縫起了重要的作用。投產(chǎn)3個(gè)多月,氣產(chǎn)量仍較平穩(wěn),井口套壓下降幅度僅有5.5%,地層供給能力較強(qiáng)。值得重視的是巨厚塊狀砂巖儲(chǔ)集層內(nèi)無(wú)良好的隔層,限制人工縫高很難,致密儲(chǔ)集巖壓裂造縫的施工泵壓高。儲(chǔ)集巖具有強(qiáng)水敏、酸敏、鹽敏和速敏的特征,浸入液易于誘發(fā)水鎖后患,須得有高效針對(duì)性技術(shù)措施。

2 分段壓裂技術(shù)特色

(1)分次射孔。角64-H2井一期施工作業(yè)要分壓6段,是在光套管泵注條件下進(jìn)行,因而采取射孔一段、壓裂一段的作法,先后共計(jì)射6個(gè)小孔段(孔段長(zhǎng)度均為1m,均射16個(gè)孔眼)。為了順利施工作業(yè),均采用電纜牽引射孔槍,通過(guò)泵注方式送射孔槍就位(此工藝技術(shù)尚屬?lài)?guó)內(nèi)首次作業(yè))。分次射孔既是光套管泵注的需求,也避免了多孔段同時(shí)共存的施工干擾,尤其滿(mǎn)足分壓的地質(zhì)需求。

(2)井筒內(nèi)橋塞機(jī)械轉(zhuǎn)向。角64-H2井一次性分壓6段(即壓開(kāi)6條人工裂縫),光套管泵注條件下,壓裂第一孔段時(shí),憑借井底條件進(jìn)行物理轉(zhuǎn)向,迫使工作液進(jìn)入孔段內(nèi);往后的5個(gè)孔段分壓,均憑借連續(xù)油管送入井筒內(nèi)的橋塞,進(jìn)行機(jī)械轉(zhuǎn)向,迫使工作液進(jìn)入相應(yīng)壓裂孔段內(nèi)。先后于井筒內(nèi)施放5個(gè)橋塞,而壓裂作業(yè)結(jié)束后,才磨銑掉這5個(gè)橋塞,實(shí)現(xiàn)最終沖砂和排液。井筒內(nèi)橋塞機(jī)械轉(zhuǎn)向是水平井分段壓裂的技術(shù)關(guān)鍵,橋塞井筒內(nèi)轉(zhuǎn)向技術(shù)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(dòng)態(tài)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(nèi)流動(dòng)分異的過(guò)程中,起到向上、向下充填降濾作用,發(fā)揮限制主裂縫縫高的功能,迫使主裂縫增長(zhǎng)、增寬。由此再次表明角64-H2井分段壓裂,采用的是綜合性轉(zhuǎn)向技術(shù),井筒內(nèi)轉(zhuǎn)向和地層內(nèi)轉(zhuǎn)向彼此協(xié)同作業(yè),集成了兩種轉(zhuǎn)向技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。

(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(yè),井下施工條件簡(jiǎn)單。井身結(jié)構(gòu)油層套管外固井水泥返高應(yīng)有一定的深度,利于從油層套管外的環(huán)空中泵注平衡液,保護(hù)井內(nèi)上部的油層套管。此類(lèi)壓裂作業(yè)井的井身結(jié)構(gòu),在鉆井、固井作業(yè)中就得有所準(zhǔn)備,不僅要用高強(qiáng)度的油層套管,還得采用WT氣密封技術(shù)處理。光套管泵注作業(yè)的過(guò)水面積大,能滿(mǎn)足大型壓裂大排量泵注的工程需求。光套管泵注時(shí)的流動(dòng)摩阻系數(shù)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(shí),套管泵注摩阻僅只有7.9MPa,摩阻系數(shù)0.0025MPa/m;加砂壓裂中的泵注排量高達(dá)7.95～8.06m3/min時(shí),泵注壓力仍只有71～60MPa,注入地層陶粒244t,最高砂濃度達(dá)到958kg/m3,這為角64-H2井41/2in套管泵注壓裂提供了科學(xué)依據(jù)。

(5)前置酸液預(yù)處理。前置酸液先前多置于常規(guī)前置液中的前緣,以清除鉆井、固井和完井過(guò)程中所造成的堵塞,暢通液流通道,降低壓裂施工作業(yè)的泵注壓力。隨著前置酸工程技術(shù)的發(fā)展,前置酸的功能也不斷增大。酸蝕碳酸鹽巖,有助于擴(kuò)大動(dòng)態(tài)縫寬,提高支撐縫的導(dǎo)流能力,尤其是碳酸鹽巖儲(chǔ)集層加砂壓裂更是如此。酸蝕溝通地層內(nèi)的天然裂縫,有助于擴(kuò)大、延伸裂縫。較富余的前置酸,壓裂作業(yè)后的回流過(guò)程中,尚可發(fā)揮對(duì)堿性交聯(lián)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?jiān)?改善縫壁的滲透性能,提高縫壁的泄流能力。目前國(guó)內(nèi)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(guó)內(nèi)前置酸加砂壓裂最早起源于川中地區(qū)磨14井[5-6],因云巖儲(chǔ)層破裂壓力梯度很高,人工造縫的寬度很窄,加之于地層內(nèi)的天然裂縫存在,導(dǎo)致鉆井過(guò)程中漏失泥漿10.3m3,射孔完井的氣產(chǎn)量較中途測(cè)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(chǎn)效果極其顯著。四川地區(qū)的后續(xù)研究并未進(jìn)行,而長(zhǎng)慶油田針對(duì)特低滲砂巖油藏加砂壓裂的需求,開(kāi)展了卓有成效的研究及應(yīng)用[7-8]。先期前置酸加砂壓裂施工作業(yè)28口井,均一次性獲得成功,原油產(chǎn)量呈現(xiàn)逐月上升的趨勢(shì);繼而又在鎮(zhèn)53井區(qū)等5個(gè)新區(qū)塊內(nèi),前置酸加砂壓裂100井次,鎮(zhèn)53井區(qū)壓裂后連續(xù)6個(gè)月的產(chǎn)量較常規(guī)壓裂高。正因?yàn)槿绱?角64-H2井分段加砂壓裂施工作業(yè),也采用前置酸技術(shù),旨在發(fā)揮對(duì)新井解堵、降泵注壓力的作用,也確保獲得地層較為真實(shí)的力學(xué)參數(shù),提高工程設(shè)計(jì)的科學(xué)性。

3 角64-H2井分段壓裂述評(píng)

角64-H2井分段壓裂,主要應(yīng)用橋塞井筒機(jī)械轉(zhuǎn)向來(lái)實(shí)現(xiàn),總體工藝技術(shù)有明顯優(yōu)勢(shì),確保一次性壓開(kāi)多條人工裂縫,實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度儲(chǔ)層改造目的。施工作業(yè)的針對(duì)性強(qiáng),不存在含糊性,能滿(mǎn)足地質(zhì)評(píng)價(jià)的需求。

然而L型水平井橋塞機(jī)械轉(zhuǎn)向分段壓裂,仍然有一定的適應(yīng)范圍,對(duì)于重點(diǎn)勘探井評(píng)價(jià)是有現(xiàn)實(shí)意義的,對(duì)于優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)量區(qū)塊高效開(kāi)發(fā)也是有利的,而對(duì)于較差儲(chǔ)量級(jí)別的區(qū)塊開(kāi)發(fā)是不太適宜的。此分段壓裂工藝技術(shù)的工序復(fù)雜,巨額的投入要求盡快高回報(bào),推廣應(yīng)用就須得慎重,應(yīng)以少數(shù)井重點(diǎn)試驗(yàn)成效作判別。角64-H2井壓裂過(guò)程中,共計(jì)進(jìn)行6次射孔,5次向井筒送橋塞,1次測(cè)試壓裂,6次加砂壓裂,磨銑橋塞5個(gè),并最終全井徹底沖砂,前后歷經(jīng)的時(shí)間很長(zhǎng)(僅至壓裂結(jié)束就得需用4d時(shí)間),必然導(dǎo)致強(qiáng)水敏地層被大量工作液較長(zhǎng)時(shí)間浸泡,潛在著影響壓裂效果的風(fēng)險(xiǎn),而排液僅僅在沖砂后才進(jìn)行,其技術(shù)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(zhǔn)備接著進(jìn)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(dāng)?shù)募夹g(shù)改進(jìn)。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(yàn)施工工藝技術(shù)適應(yīng)性的試金石。

4 結(jié)論

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

(2)川中八角場(chǎng)氣田須四段致密凝析氣藏,在直井大型壓裂見(jiàn)成效的基礎(chǔ)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(shù)新途徑。

(3)角64-H2井橋塞機(jī)械轉(zhuǎn)向壓裂新工藝試驗(yàn),有多方面的技術(shù)特色,創(chuàng)多項(xiàng)國(guó)內(nèi)壓裂施工作業(yè)新紀(jì)錄。

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編輯:李金華

TE357

A

1673-8217(2010)03-0091-03

2010-03-02

呂國(guó)祥,副教授,1952年出生,研究方向?yàn)橛蜌鈨?chǔ)層地質(zhì)學(xué)和數(shù)學(xué)地質(zhì)學(xué)。

四川省重點(diǎn)學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目(編號(hào):SZD0414)的資助。