低渗透油田水平井压裂改造技术研究与应用

2009年　第37卷　第12期#技术讨论!

石　油　机　械

CHINAPETROLEUMMACHINERY

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低渗透油田水平井压裂改造技术研究与应用

闫建文

1,2

3

　张玉荣

3

(11中国地质大学(北京)能源学院　21中国石油勘探开发研究院　31大庆石油学院石油工程学院)

　　摘要　围绕低渗透油田开发技术问题,为攻克水平井规模应用的瓶颈技术,突破储层改造技

术难题,开展了水平井低渗透储层改造技术攻关,包括水平井对低渗透油藏的适应性研究、水平井与井网的匹配关系研究、压裂改造基础研究、水力分段射孔压裂研究、机械分段压裂技术研究、限流压裂技术研究,初步形成了水平井分段压裂配套技术,主体关键技术研究已经取得突破性进展。现场试验63口井,最高单井改造后产量达到相邻直井的412倍,取得了很好的改造效果,积累了大量的现场经验,为在低渗透油田大规模应用水平井创造了条件。　　关键词　低渗透油田　水平井　压裂改造　机械分段压裂　酸化改造

等在直井上较为常用的诊断评估手段,在水平井中

应用较困难,这样水平井压后裂缝形态评估难度大。水平井储层改造技术的突破是低渗透油田规模应用水平井的技术瓶颈。为突破此瓶颈,开展了储层改造配套技术攻关,包括水平井对低渗透油藏的适应性研究、水平井与井网的匹配关系研究、压裂改造基础研究、机械分段压裂技术研究、限流压裂技术研究、水力分段射孔压裂技术研究。

0　引　言

近几年,原油新增储量的70%属于低渗透储量,低渗透油藏形成条件、孔喉特征、渗流机理等与中高渗透油藏有明显的区别,使油藏开采方式、

[1]

油井生产动态也表现出特殊性。实现储量的有效动用,大幅度提高单井产量是开发低渗透油田最急需解决的问题。水平井作为油藏开发最有效手段之一,由于其能够增大油藏的泄油面积,改变流体在油藏中的渗流机理和方式,大幅度提高单井产量,逐渐被应用于低渗透油藏的开发。应用水平井开发低渗透油藏的关键问题是储层改造,如果储层改造技术不突破,工艺配套程度差,应用水平井开

[2-5]

发的低渗透油田经济效益就将大幅度降低。

2　低渗透油藏应用水平井开采研究

油藏工程方面开展了产能预测、井网、压裂参

数优选研究,开发方案设计论证主要包括水平井适应性论证、产能论证、井网论证和水平井地质设计。论证水平井开发可行性的根本原则在于论证水平井相对其他井型开发有无经济技术优越性,采用类比法和油藏数值模拟方法分析油藏类型是否适应水平井开发、水平井开发的技术优势、经济优势和储量动用程度。水平井产能论证主要是预测单井产能,为开发方案提供依据。通过对井网与缝网的匹配关系研究,认识水平段与裂缝几何关系对采油速度的影响,拓展井网评价指标。

应用水平井要根据油藏类型和地质特征综合确定合适的井网。对于低渗透油藏,一般采用压裂水

1　水平井储层改造存在的问题

　　水平井储层改造的关键是如何实现水平井分段压裂。分段压裂存在较大技术问题和风险:机械分

[6-7]

段压裂砂卡封隔器解卡技术急需解决;储层改造滤失面积大、施工时间长、压裂液伤害大,对储层改造工作液体系提出了更高的要求;小型测试压裂、压后压力恢复试井、井温测井与微地震波测试

3中国石油天然气股份有限公司勘探与生产公司项目“水平井、复杂结构井开采配套技术”(60135)。

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石　油　机　械2009年　第37卷　第12期

平井和直井形成混合井网。井网确定后,需要对低

渗透水平井水平段长度、水力裂缝条数、水力裂缝长度、裂缝间距、水力裂缝导流能力以及井间距、排距进行优化设计,同时考虑表皮系数等水平井压裂后产能影响因素。在吴420区块进行了优化,获得了水力裂缝条数、长度、导流能力和布置方式最优结果,水力裂缝3～4条,长度100～150m,导

2

流能力20～30μm・cm。

差可有效保证;环形空间可有效密封,保证针对性改造;封隔器自带双向强制坐封解封卡瓦锚定,保证造斜段通过性,并避免井下管柱蠕动变形;解封后可正、反洗井,保证管柱顺利起出;砂堵后不影响封隔器解封,保证洗井畅通。312　水平井滑套分段压裂工艺

水平井滑套分段压裂管柱由高压安全接头和分层压裂工具总成组成(图2)。封隔器具有双密封机构,可实现2层段有效密封,保证改造的针对性;具有上下压裂机构,一趟管柱压裂2层;坐封解封全过程由液压控制;自带双向强制坐封解封卡瓦锚定,保证工具造斜段通过性,并减小井下管柱蠕动变形;解封后可正、反洗井,保证工具解封,管柱顺利起出。

3　水平井压裂改造工艺技术研究

水平井压裂改造工艺的核心是如何实现分段压裂,为此开展了压裂封隔器、分层压裂工具总成、压裂桥塞、水平井专用安全接头、水平井投塞器、导压喷砂器等水平井专用压裂工具研究,初步形成了水平井环空分段压裂工艺、水平井滑套分段压裂工艺、水平井滑套分压+压裂桥塞工艺、水力锚+封隔器双封压裂工艺、限流压裂工艺和水力喷射压裂工艺。其中双卡单压一趟管柱拖动可分压5段,

3

单趟管柱加砂能力突破100m,单井最大卡距达到48m,增强了封隔器机械分段压裂技术的适应性。封隔器3段分压管柱,实现了一趟管柱分压3段的技术要求,工艺管柱现场应用成功率99%。水力分段射孔压裂一趟管柱可分压3段,单趟管柱

3

加砂量达到110m,减少了管柱起下次数和作业时间,延长了水力压裂工具的使用寿命,提高了施工效率。压裂工艺的突破满足了水平井低渗透压裂改造的需要,现场应用规模不断扩大,已成为水平井增产的主要技术手段。311　水平井环空分段压裂工艺

水平井环空分段压裂工艺适应各种深度井压裂需要,管柱包括井口专用短节、安全接头、环空压裂封隔器等工具,结构简单(图1)。封隔器耐压差等

图2　滑套分压工艺管柱示意图

1—套管;2—油管;3—安全接头;4—滑套;5—封隔器;6—喷嘴。

313　水平井滑套分压+压裂桥塞工艺

滑套分压+压裂桥塞工艺包括下入管柱和打捞

管柱(图3)。应用该工艺,拓展了滑套分压的应用范围,可实现水平井任意层段针对性改造,收到双封单卡效果;压裂桥塞自带双向强制坐封解封卡瓦锚定,保证工具造斜段通过性;桥塞可下推检验是否解封,并可进行洗井冲砂作业;桥塞容易打捞,上提解封,吨位小。

图3　滑套分压+压裂桥塞工艺管柱示意图

1—套管;2—油管;3—安全接头;4—

图1　环空压裂工艺管柱示意图

1—套管;2—油管;3—安全接头;4—喷砂器;5—封隔器;6—喷嘴。

滑套;5—封隔器;6—喷嘴;7—桥塞。

314　封隔器3段分压工艺

级50、70MPa,工作套管内径为13917mm(5∀−

英寸)和17718mm(7英寸)。封隔器坐封解封全过程由液压控制,通过油管加压,坐封解封压力级

封隔器3段分压管柱实现了一趟管柱分压3段

3

的技术要求(图4),最大加砂量为75m,具有井下工具少、不受卡距限制、造斜段通过性好的优点。

2009年　第37卷　第12期闫建文等:低渗透油田水平井压裂改造技术研究与应用

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应用水平井的技术瓶颈,压裂改造是一项世界性难

题,集中力量研究攻关低渗透油田水平井分段压裂是十分必要的,也是非常及时的。

(2)通过研究和现场试验,水平井分段压裂取得突破性进展,压裂工艺、压裂工具和管柱初步配套,可满足低渗透油田水平井增产改造的需要。

(3)水平井分段压裂在大庆油田、吉林油田、长庆油田共开展现场试验63口井,取得了很好的应用效果,为低渗透油田规模应用水平井提供了实用技术。(4)水平井压裂改造技术的基础研究需要进一步深化,配套工艺和工具需要进一步完善,整体区块试验实施力度不够,部分试验研究手段不完善。建议采用新的管理模式,进一步扩大试验规模,提高技术成熟度,为低渗透油田规模推广应用水平井提供有效的技术手段。

参　考　文　献

[1]　刘振宇,刘　洋,贺丽艳,等1人工压裂水平井研

图4　3段分压工艺管柱示意图

1—套管;2—保护封隔器;3—油管;4—安

全接头;5、7—滑套;6、8—封隔器;9—喷嘴。

315　压裂配套技术

在分段压裂方面,确定了优化射孔原则,获得不同排量不同管径下的摩阻经验公式,单孔排量低3

于011m/min,不产生附加孔眼摩阻。建立了多层限流压裂条件下的水平井产量预测模型,开展了孔径-孔数-排量-管径-砂量试验。研究了水平井小型压裂测试技术,形成了水平井小型压裂测试解释方法和原则,可有效指导压裂优化和施工;开展了连续管井温测试,获得了水平段人工裂缝条数和启裂位置参数,可有效指导水平井射孔长度的优化;开展了井下微地震人工裂缝检测和地面电位法研究,为水平井整体开发区块的压裂设计提供了依据。

究综述[J]1大庆石油学院学报,2002,26(4):

96-991

[2]　谢建华,赵恩远,李　平,等1大庆油田水平井多

4　现场应用情况及效果分析

水平井分段压裂改造技术在现场试验63口井,

收到了很好的应用效果。机械分段压裂技术在现场试验39口井,吉林油田现场应用33口井72层段,工艺成功率100%,其中环空分压17口井24层段,滑套分压6口井11层段,桥塞+滑套分压4口井10层段,压后第4个月平均日产油5t,是周围直井的2倍左右。大庆油田双封单卡6口井27层段,单井

33

最大加砂量73m,单趟管柱最大加砂量45m,成功率100%,肇州油田投产的3口井,目前平均日产油2114t,是限流压裂的112倍,是周围直井压裂的412倍。限流压裂现场试验13口井,每口井分4～5段压裂,单井加陶粒40～90m,压后效果明显,目前平均日产油1219t,是直井压裂的315倍。长庆油田水力分段射孔压裂现场试验11口井41层段,施工成功率100%,压后初期产量约为直井压裂的2倍。现场试验应用规模的逐渐扩大,既检验和完善了技术,又提高了单井产量。

3

段压裂技术[J]1石油钻采工艺,1998(4):72-751

[3]　叶勤友,林海霞,张超会,等1水平井压裂技术在

低渗透油田开发中的研究与应用[J]1钻采工艺,

2008,31(S1):57-59,761

[4]　张怀文,张继春,胡新玉1水平井压裂工艺技术综

述[J]1新疆石油科技,2005,15(4):30-331

[5]　崔会贺,姚光宇,徐胜强1水力喷射定向射孔与压

裂联作技术在水平井压裂中的应用[J]1特种油气藏,2007,14(3):85-871

[6]　王　峰,张应安,孙爱军1水平井压裂管柱探讨

[J]1吉林石油工业,2006,26(5):29-31,481

[7]　王　峰,张晓光,张应安,等1水平井环空分段压

裂工艺技术[C]∥2007年压裂酸化技术论文集1北京:中国石油天然气股份有限公司勘探与生产分公司,2007:8-121

第一作者简介:闫建文,高级工程师,生于1967年,

1990年毕业于大庆石油学院采油工程专业,现攻读油气田

开发工程专业博士学位,主要从事采油工程技术研究工作。地址:(100083)北京市海淀区。电话:(010)83597431。E-mail:yanjianwen@petrochina1com1cn。

5　结论及认识

(1)水平井储层改造是制约低渗透油田规模

收稿日期:2009-04-30

(本文编辑　刘　锋)