聶建華

（中原油田內(nèi)蒙探區(qū)勘探開發(fā)指揮部，河南濮陽 457001）

中原油田東濮老區(qū)目前已進(jìn)入高含水開發(fā)后期，剩余油高度分散，油水關(guān)系極其復(fù)雜，挖潛對(duì)象轉(zhuǎn)向薄互層。該類儲(chǔ)層具有連通性差，縱向上“兩薄”，即油層薄、其相鄰隔層也薄，砂泥巖交互，跨度大，物性差等特點(diǎn)；早期考慮到隔層厚度薄、縫高容易失控，多層壓裂易卡管柱，薄互層壓裂多采用大規(guī)模合壓方式，壓后初期產(chǎn)量高，遞減快；分析影響壓后效果的主要原因是合壓方式改造精細(xì)程度不夠、部分層段得不到有效改造；因此，開展安全可取式多層壓裂管柱及工具系列研發(fā)，多層壓裂優(yōu)化分層、縫高控制及配套技術(shù)研究是保證砂泥巖薄互層油氣資源有效開發(fā)的重要手段，對(duì)中原油田難動(dòng)用儲(chǔ)層的開發(fā)具有重要意義[1-4]。

1 中原油田低滲薄互層深層儲(chǔ)層壓裂改造難點(diǎn)

中原油田薄互層油氣藏主要位于水下分流次河道、水下分流河道側(cè)翼及前緣席狀砂沉積微相，具有低孔、低滲、單層厚度小、砂泥巖交互、縱向分布跨度大的特點(diǎn)，薄互層油氣藏多層壓裂改造存在以下技術(shù)難點(diǎn)：

（1）隔層厚度小，分層、選層難度大；

（2）目的層和隔層應(yīng)力差值較小，裂縫形態(tài)及縫高難控制；

（3）埋藏深、施工壓力高，多層壓裂卡管柱風(fēng)險(xiǎn)大。

2 低滲薄互層深層油藏多層壓裂技術(shù)

2.1 薄互層多層壓裂工藝

早期薄互層大跨度合壓，部分層段得不到有效改造，產(chǎn)能不能充分解放；如何明確合層壓裂跨度界限，確保小層都能充分改造，此外，保證壓裂裂縫高度控制合理，避免壓竄隔層，導(dǎo)致管外竄槽影響管柱起出，是薄互層多層壓裂工藝需要解決的重點(diǎn)問題。

2.1.1 確定合層壓裂跨度界限為15 m 通過建立多產(chǎn)層壓裂流量分配模型并對(duì)模型求解[1]，得到影響小層流量分配的主要地層參數(shù)：最小主應(yīng)力、產(chǎn)層厚度、彈性模量、產(chǎn)層滲透率。應(yīng)用FracproPT軟件模擬上述地層參數(shù)對(duì)裂縫延伸的影響（見表1）。

模擬條件：3個(gè)產(chǎn)層形成3條裂縫，調(diào)整2號(hào)層地層參數(shù)，分析參數(shù)變化對(duì)裂縫形態(tài)的影響，模擬不同壓裂段跨度下多條裂縫改造效果，從而確定分層界限。

模擬結(jié)果表明：產(chǎn)層彈性模量、應(yīng)力、厚度差異越大，多產(chǎn)層均勻改造程度越低；較厚產(chǎn)層（＞5 m）與薄層合壓（＜2.5 m），薄層改造效果差（見圖1、圖2）。壓裂層跨度大于15 m，部分裂縫改造效果變差，從而確定合層壓裂跨度界限為15 m。

2.1.2 建立控縫高隔層厚度圖版 計(jì)算中原油田薄互層儲(chǔ)層砂、泥巖應(yīng)力差[2，3]范圍 2.0 MPa～7.0 MPa，這種情況下，隔層厚度、壓裂目的層厚度對(duì)縫高控制的作用顯得尤其重要。本文分析了薄互層儲(chǔ)隔層應(yīng)力差、隔層厚度、壓裂目的層厚度三個(gè)關(guān)鍵因素對(duì)縫高擴(kuò)展的影響，建立了隔層厚度、應(yīng)力差、壓裂層厚度關(guān)系圖版，作為薄互層多層壓裂分層、選層的依據(jù)。

表1 影響流量分配的主要地層參數(shù)設(shè)置

圖1 彈性模量對(duì)裂縫延伸影響

圖2 應(yīng)力對(duì)裂縫延伸影響

（1）薄互層由于具有砂泥巖多重界面，縫高延伸需要考慮復(fù)合層效應(yīng)影響，在軟件模擬計(jì)算中應(yīng)用復(fù)合層效益因子，表征了復(fù)合層效應(yīng)對(duì)薄互層縫高控制的影響程度。

薄互層復(fù)合層效應(yīng)抑制裂縫高度擴(kuò)展的機(jī)理包括產(chǎn)生界面多裂縫、界面滑移、軟地層塑性屈服[4]。計(jì)算復(fù)合層效應(yīng)因子范圍為：8.9（純砂巖）-25（純泥巖），缺省復(fù)合層效應(yīng)因子，薄互層壓裂縫高擴(kuò)展幅度較大，使用復(fù)合層效應(yīng)因子縫高能夠得到較好控制，比較復(fù)合實(shí)際情況（見圖 3、圖 4）。

圖3 缺省復(fù)合層效應(yīng)因子的裂縫剖面

圖4 復(fù)合層效應(yīng)因子取25的裂縫剖面

（2）考慮薄互層復(fù)合層效應(yīng)影響因素，創(chuàng)建壓裂層厚度、應(yīng)力差、所需隔層厚度關(guān)系圖版[5]（見圖5），確定了控制縫高所需隔層厚度界限：在砂、泥巖應(yīng)力差較?。ǎ? MPa）的情況下，隔層厚度是控制縫高的關(guān)鍵因素，壓裂層厚度越大，所需隔層厚度越小，壓裂層厚度10 m～15 m，控制縫高需要隔層厚度≥4 m；壓裂層厚度＜10 m，控制縫高需要隔層厚度≥8 m。

圖5 2 m砂巖/2 m泥巖薄互層模式縫高控制圖版

圖6 多層壓裂管柱示意圖

2.2 安全可取式薄互層多層壓裂管柱設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)了逐級(jí)解封多層壓裂管柱（見圖6），加工了配套系列工具，具有如下特點(diǎn)：

（1）封隔器采用單體卡瓦雙向錨定設(shè)計(jì)，使管柱減少了水力錨、伸縮管等工具，管柱結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，管柱卡井危險(xiǎn)性降低。

（2）管柱逐級(jí)解封設(shè)計(jì)降低了多層壓裂后管柱起出時(shí)的解封阻力。

技術(shù)指標(biāo)：耐溫140℃，耐壓差70 MPa，最多分段數(shù)6段（套管不保護(hù)情況下可達(dá)7段）。

工作原理：

（1）坐封：管柱到位后上提旋轉(zhuǎn)下放完成Y521封隔器坐封，之后即可進(jìn)行最下層壓裂。在壓下層的過程中，完成上部所有Y141封隔器的坐封。

（2）壓裂：完成最下層壓裂后，投球打開壓裂滑套，進(jìn)行第二層壓裂。其他層類似，依次投球完成壓裂。

（3）反循環(huán)：當(dāng)某層壓裂過程中出現(xiàn)砂堵等事故時(shí)，可從套管反洗，反循環(huán)洗出油管內(nèi)的壓裂液和砂，為下步的解決措施做準(zhǔn)備。

（4）解封：上提管柱，封隔器從上至下逐級(jí)解封。

（5）丟手：若出現(xiàn)管柱卡井事故時(shí)，可投球打壓實(shí)現(xiàn)安全接頭解鎖，之后正轉(zhuǎn)脫扣，實(shí)現(xiàn)安全丟手。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

3.1 施工情況

2013年1月至2015年12月，深層低滲薄互層多層壓裂技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、應(yīng)用40口井，封隔器2～4級(jí)、分3～5段，壓裂3層，成功率100%。獲工業(yè)油流孔隙度下限由10%下降到8%，有效率95%，日增油244.5 t、氣 10.56×104m3，平均單井日增油 6.1 t、氣 0.26×104m3；累增油 36 117.4 t、氣 2 244.45×104m3，平均單井累增油902.9 t、氣 56.11×104m3，增加探明/動(dòng)用/可采儲(chǔ)量253.9/364.5/117.2×104t。見到了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

3.2 典型井例

白廟氣田白58井，壓裂井段：沙三下1～2，4 107.8 m～4 184.9 m，12.7 m/9 n。

3.2.1 壓裂難點(diǎn)及設(shè)計(jì)思路

難點(diǎn)分析：（1）目的層分散、跨度大（77.1 m），目的層上、下均有射開層，壓裂方式選擇、分層工藝實(shí)施難度大；（2）井深4 000 m以上，物性差（孔隙度2.7%～9.3%，含油飽和度0%～62.6%），壓裂施工難度較大。

設(shè)計(jì)思路：（1）根據(jù)壓裂目的層小層分布及壓裂需要采用卡四封分壓三層壓裂工藝，為避免填砂、洗井等工藝對(duì)氣井帶來傷害和延長(zhǎng)作業(yè)期，采用卡底封保護(hù)下部?jī)?chǔ)層，壓后合采；（2）壓裂下層：S3X2，4 178.6 m～4 184.9 m，4.6 m/2 n；設(shè)計(jì)單縫穿多層壓裂工藝；壓裂中層：S3X1，4 148.3 m～4 151.6 m，3.3 m/2 n；設(shè)計(jì)單縫穿多層壓裂工藝；壓裂上層：S3X1，4 107.8 m～4 129.5 m，4.8 m/5 n；設(shè)計(jì)縱向雙裂縫壓裂工藝；（3）根據(jù)儲(chǔ)層應(yīng)力情況結(jié)合施工難度，選擇低密度陶粒，粒徑Φ300 μm～600 μm，降低施工難度；（4）多層同步破膠技術(shù)，壓后快速排液，減小地層傷害。

表2 白58、白70井效果對(duì)比表

3.2.2 壓裂施工參數(shù) 2014年1月17日施工，破裂壓力：80.1 MPa/80.4 MPa/77.9 MPa，一般排量3.5 m3/min/3.5 m3/min/3.9 m3/min，加入 Φ300 μm～600 μm 陶粒0.9 m3+20.8 m3/0.9 m3+17.1 m3/1.2 m3+22.8 m3，平均砂比23.1%/21.1%/21.7%，停泵壓力：49.6 MPa/52.9 MPa/52.2 MPa。

3.2.3 壓裂效果 壓前間開，壓后管柱順利起出，日產(chǎn)氣2 500 m3，油4.0 t，產(chǎn)量穩(wěn)定。截止到2015年11月26日，累增油1 489.8 t，累增氣72.9×104m3，有效期676 d，繼續(xù)有效；與鄰井白70井壓裂效果對(duì)比表明：多層壓裂累計(jì)增油量高，穩(wěn)產(chǎn)期長(zhǎng)，每米增油量顯著增加，產(chǎn)層改造徹底（見表2）。

（2）薄互層多層壓裂工藝技術(shù)改善了薄互層油氣藏采用常規(guī)合壓方式改造效果差，遞減快，不能長(zhǎng)期穩(wěn)產(chǎn)的狀況，實(shí)現(xiàn)了大段砂泥巖薄互層油氣藏的有效動(dòng)用，為中原油田增儲(chǔ)穩(wěn)產(chǎn)提供了技術(shù)支撐。

（3）設(shè)計(jì)的逐級(jí)解封多層壓裂管柱及配套工具系列，可有效降低解封載荷，用于5寸半套管，具備最多分壓7層能力，目前現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用最高為四封分壓三層，下步將進(jìn)一步擴(kuò)大分層級(jí)數(shù)，加大推廣力度。

4 結(jié)論

（1）薄互層合層壓裂跨度界限及控縫高隔層厚度的確定，為薄互層多層壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了依據(jù)，提高了改造程度，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用符合率高，增產(chǎn)效果好。

［1］張士誠(chéng)，申茂和.多層壓裂流量分配數(shù)值模擬方法研究［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2002，（21）：2154-2158.

［2］杜衛(wèi)平.薄層多層壓裂應(yīng)力剖面與裂縫形態(tài)研究［D］.成都：西南石油學(xué)院，2005.

［3］陳銳.控縫高水力壓裂人工隔層厚度優(yōu)化設(shè)計(jì)方法［D］.成都：西南石油學(xué)院，2006.

［4］王興文，任山，宋艷高，等.多層分層壓裂的產(chǎn)層間距問題探討［J］.天然氣工業(yè)，2009，29（2）：92-94.