对低渗透油田井压裂工艺浅析

对低渗透油田井压裂工艺技术浅析

编 写：韩 庆 高 芳 清

单 位：长庆石油勘探局井下技术作业处

二 0 0七 年 六 月

对低渗透油田井压裂工艺浅析

对低渗透油田井压裂工艺技术浅析

韩 庆 高芳清

（长庆石油勘探局技术作业处 甘肃庆阳 745113）

摘要 本文通过对低渗透油层压裂工艺技术的总结分析，比较好的采取措施通过压裂（酸化）改善地

层渗透性，增强油层近井地带的渗流能力，提高油井产能。

主题词 低渗透 水力压裂 工艺技术

前 言 鄂尔多斯盆地砂岩储层属典型低压、低产、低渗储层，其特殊的成藏条件使储层一般不经过措施改造是没有产能的，压裂（酸化）作为提高储层产能的最有效手段已经成功应用于油气田的勘探开发。

长庆油田是以陆相河流及三角洲沉积为主形成的以细中石英砂岩为主的多层系储层形成的油气田。储层非均质性强，平均孔隙度3~10%左右不等；渗透率0. 1~10×10-3um；泥质含量占储层岩石总量的3~10%，呈中弱水敏性。储层压力系数普遍小于0.97Mpa/100m。油气储集空间以孔喉为主。经过三十年的勘探开发、实践与总结，在鄂尔多斯盆地内对低渗透油田井基本上形成了一套独特的压裂（酸化）改造增产工艺技术，同时在新技术领域，借鉴国际国内先进经验和技术。

一、分层压裂技术

压裂施工中目的层有多层时如果采取笼统压裂技术，往往只能压开其中一个层或某几个层，达不到彻底改造的目的。分层压裂技术可分为采取投球封逐层压裂方法、封隔器封堵逐层压裂方法以及取流分层压裂方法完成井压

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裂。

1、投球分层压裂

投球分层压裂技术适用于间隔小、油气井段跨度大（一般大于50 m）、层间岩性、特性差异大，不能用封隔器分卡的已射孔的多个油层进行压裂。当一个压裂层段内有多个已按常规射孔的压裂目的层时，在第一个目的层（破裂压力最低的层）被压开后，绝大部分压裂液都将被已压开层吸收，井底压力很难上升到第二个目的层破裂的水平，通常一层施工只能压开一个目的层。投球施工的顶替液，将堵球携入井内，堵球依靠孔眼处的液体分流速度所产生的对堵球的拖力，使堵球携入井内，堵球靠孔眼处的液体进入其它未压开层。如此反复进行，直到压裂层段内所有的层都被压开为止。施工完毕后堵球依靠自重或抽汲返排产生的压差落至井底或是依靠井温和热原油熔化掉（蜡球）。

目前，使用的堵球有两类：一类是高密度的（如尼龙球或包以橡胶的铝球），球的密度比液体密度大；一类是低密度的（如蜡球），球的密度比液体密度小，它具有明显的浮力效应。

堵球的直径应与孔眼大小相适应，其密度应与压裂液密度相适应，堵球的材料应具有较好的韧性，避免在压差下进入炮眼内，反排时又可掉落下来。堵球直径应大于孔眼直径2.2倍，投球数是射球孔孔眼数附加10%-15%。

投球分层压裂技术的优点是省钱省时、经济效果好适应范围广。缺点地面不能准确判断各目的层被压开的顺序，投球的数量带有一定的盲目性。如当堵球量不够时，可能造成目的层的重复处理，相应地就可能出现没处理的

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遗漏目的层，影响压裂效果。投蜡球分层压裂相对要好得多，因为蜡球密度小，封堵蜡球密度小，封堵率能达到100%，并可连续数次分压作业。

2、封隔器分层压裂

封隔器分层压裂是目前国内外应用较广泛的一种压裂工艺技术，它是通过封隔器分层管柱来实现的。封隔器是分层压裂管柱的关键工具，它的作用是将目的层与上下油层隔离开来，阻止压裂液进入上下油层，使目的层独立地与压裂管柱内压力系统联系起来。根据所选用的封隔器和管柱不同，封隔器分层压裂有多种方法。

（1）单封隔器分层压裂

它是对最下面一层进行压裂。此项技术的特点是：施工管柱结构简单，适用于各种类型油气层。压裂层射孔段与上面一层射孔段之间的隔层，中深井应小于3 m，深井应不小于5 m。

（2）双封隔器分层压裂

它是在射开多层的油气井中，对其中任意一层进行压

裂。此顶技术的特点是：控制压裂层位准确可靠；压裂层射孔段与上下层射孔段之间的距离一般不小于5 m，最小不小于3 m；施工中两个封隔器之间拉力较大，对深井和破裂压力高的地层，不宜采用此种工艺技术。

（3）桥塞+封隔器分层压裂

它是在射开多层的油气井中，对其中任意一层进行坟裂。此顶技术的特点是；施工比较安全，不易发生砂卡和拉断油管事故；控制压裂层段准确可靠；适用于深井压裂；施工工艺较复杂，压裂前需先下入桥塞，封堵被压裂

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层以下的产层；压裂后，若桥塞下面的产层仍需打开生产时，则需打捞或钻掉桥塞。

3、限流分层压裂

限流分层压裂使用于多层而各层之间的破裂压力有一定差别的油井，此时可用控制各层的孔眼数及孔眼直径的办法，限制各层的吸水能力以在到逐层压开的目的。

A1、A2、A3三个油层，其相应的破裂压力为40，35，40MPa。按射孔方案将各层按一定孔眼射开。当注入井底压力为35Mpa时，A2层的孔眼摩阻大到2MPa时，注入的井底压力达到37Mpa，此时A3压开。继续提高排量，当孔眼摩阻达到3MPa时，注入的井底压力达到40MPa，A1层被压开，这就是限流分层压裂法，这个方法能使逐层连续压开一直到注入压力达到套管允许的强度值为止。

这个方法的特点是在完井射孔时，要按照压裂的要求投计射孔方案，包括孔眼位置、孔密及孔径，从而压裂成为完井的一个组成部分。

二、控制裂缝高度压裂技术

在水力压裂作业期间，发何控制裂缝高度的延伸，是由来已久的比较棘手的问题。当油气层很薄或者产层与遮挡层间最小水平主应力差较小，压开的裂缝高度很容易进入遮挡层，裂缝高度不论是向上还是向下过度延伸，都会影响压裂液效率和裂缝效率，进而影响裂缝的导流能力和压裂效果。而且当裂缝窜入临近的气水层时，不但不能起到增产效果，反而会引起由井含水暴增或者“引气入井”因此，控制裂缝高度延伸高度延伸是水力压裂成功与

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否的关键之一。

压裂裂缝能否控制在生产层内，主要取决于地应力大小和分布、岩石力学性质、层间界面性质、盖层/底层厚度、地层流体性质、射孔位置与厚度、施工参数等。

利用压裂液密度控制裂缝高度，是通过压裂液中垂向压力分布来实现的。若要控制裂缝向上延伸，应采取密度较高的压裂液，若在控制裂缝向下延伸，则应采用密度较低的压裂液。

三、重复压裂技术

随着生产周期的延长，缝裂口将\\慢慢闭合,导致油井产能降低。为恢复或提高初次压裂井的生产能力，要采用重复压裂技术。

1、重复压裂机理

一般情况，地下岩石受到三个主应力的作用：垂向主应力σz、两个水平主应力σх，σу，对于形成垂直裂缝的压裂井，裂缝方位总是垂直于最小水平主应力，地层中已存在的支撑裂缝和压裂井因生产造成地层存在孔隙压力梯度这两个因素，改变了眼附近的地应分布力，使得原来最大的水平主应力变小。

重复压裂裂缝方位发生转向的认识，已在现场行到验证，美国油田利用倾斜仪测量重复压裂裂缝方位发生转向的认识，已在现场得到验证。美国LOSTHILL油田利用倾斜以测量重复压裂裂缝方位，然后与第一次压裂裂缝方位相比较，结果167井次的重复压裂平均裂缝方位为N250E，而100多次的初次压裂裂缝方位为550E，两者相差300，由此，可说明重复压裂形成的裂缝

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方位不同于初次压裂形成的裂缝方位。 2、重复压裂的选井选层原则

重复压裂选井层的基本原则应是油井复压后能恢复或提高产能，选择的对象是：

1）对那些初次压裂改造力度不够、导流参力不足、不足够的井控储量的油井；

2） 对那些注采比关系差、处于低渗透区暂时难以见到 注水效果的进；

3） 因遭受严重污染而低产的井；

4）井筒固井质量合格、套管无变形、井底无落特的油井。 4、重复压裂改造工艺技术

油井重复压裂是指对同一口油井或同一油层段实施两次或两次以上的压裂施工，达到提高油井产有的目的，重复压裂工艺技术是油田开发后期的主要稳产措离之一。

4．1堵水—端部脱砂暂堵压裂

堵水一端部脱砂暂堵压裂工艺主要针对长6低渗、特低渗储层，在开发过程中出现的含水上升过快甚至水淹这一情况而提出的油藏改造方案。该工艺的实施思路主要体现在先对老裂缝前沿及高渗地带进行堵水，再采用端部脱砂暂堵技术老裂缝中压开新的支撑裂缝，改善裂缝支撑剖面，充分发挥油井潜能，进而提高单井产能。

（1）堵水机理

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对裂缝性见水的油井地层，应用堵水固体材料CQD-1、延迟性堵水剂CQD-1、可控性堵水剂CDQ-3三种堵水材料对裂缝的前沿部分裂缝及高渗地层进行封堵。

延迟性堵水剂CQD-2，该产品在40-800C环境中，24-72小时变成凝胶，失效进间在2-3年，主要利用CQD-2在地层中的滤失，封堵裂缝前沿部分高渗地层，并携带堵水固体材料CQD-1进入到裂缝的前沿部分。

可控制堵水剂CQD-3：该产品在30-1000C环境中，2-12小时变成高强度凝。一方面起堵水作用；另一方面防止延迟性堵水剂CQD-2和堵水固体材料CQD-1在抽汲过程中流动。

（2）端部脱砂暂堵机理

端部脱砂暂堵压裂技术是通过压裂过程中的施工控制，在缝内形成脱砂条件，辅以裂缝暂时屏蔽措施，使裂缝内产生高压环境，从而产生新的支裂缝或沟通更多微裂缝。端部脱砂暂堵压裂工艺可以达一增产增注的目的，通过近几年的现场试用，目前已发展成为一项成熟的低渗油田重复改造技术。

4．2小型解堵压裂工艺技术

侏罗系油层电阻率较低，含水量水饱和度较高，吴旗、油房庄油田部分井层边底不活跃，隔层较薄或无明显的隔层，应防止压裂裂缝沟通边底水，靖安油田延9-延10油层仅局部有边底水。使用水力压裂方式，应立足于解除堵塞，改善渗流状况，提高近井地带裂缝的导流能力，应采取“三小一低”——小砂量、小排量、小砂比、低滤失的施工方法，施工类型只能小型解堵压裂改造。

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4．3砂岩油层酸化工艺技术

常规土酸是由盐酸、氢氟酸、添加剂和水按一定配方制而成的酸液，能够解除近井地带地层损害，实现油井增产、增注。常规土酸对泥质、硅质溶解能力较强，因而适用于碳酸岩含量较低、泥质含量较高的非酸敏性岩地层解堵酸化。应用土酸酸化，一定先用盐酸对地层进行预处理，以溶解油层中碳酸岩类胨胶结物和一部分钙、铝等，以免氢氟酸与之接触生成氟化钙、氟化镁等水不溶物，沉淀后会造成堵塞。

四、煤层压裂技术

煤储层与天然裂缝性砂岩或碳酸盐岩储层有相似之处，但在它们之间还有一个很大的不同，即煤层的杨氏模量比一般的砂岩或碳酸盐岩储层低一个数量级，而压缩系数高，气水共存，气藏压力低，天然裂缝发育，因此，对煤层进行压裂难以形成长的支撑裂缝，并且多裂缝扩展。压裂时滤失量较大，煤层易受伤害。因此，针对煤层的特点，要选择配套的压裂技术：

1）选择能适应高排量（一般大为3.0-5.0m3/min）、 高泵压的泵注设备； 2）在正式施工前进行测试压裂，了解层压裂延伸压力及合理施工排量； 3）压裂方式尽量采用油大混注或套管注入，尽可能增大液体进液面积，降低施工摩阻；

4）尽量提高砂液比，提高裂缝导流能力；

5）优选低伤害压裂液，目前研究应用3种压裂液体系：

1、活性水压裂液：具有对地层伤害小、摩阻高、携砂能力差的特点； 2、线性胶压裂液：包括羟丙基胍胶及羟及乙基纤维素（HEC），其携砂

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能力较强，残渣对地层伤害小；

3、冻胶压裂液：主要为羟丙基胍胶，具有携胶能力强，摩阻低、对地层滤失量小的特点；

6）采用两种压裂方式： （1）光套管压裂 能够降低摩阻，但压后套管损坏现象严重。 （2）光油管压裂 压裂砂堵后，返冲砂后可继续进行压裂作业。 7）加强与压裂工艺相结合的列缝诊断技术实施，提高对压裂施工的分析评估能力。

六、认识、结论与建议

1、堵水—脱砂暂堵压裂工艺技术、分层压裂工艺技术适用于低压、低渗、低含油饱和度的油层特征，增产效果明显。

2、重复压裂改造技术是低渗透油田提高采收率和单井产能的有效手段。 3、砂岩土酸酸化是解除近井地层堵塞，实现油井的增产、水井增注的常用方法。砂岩土酸酸化的优点是：成本低、配制和施工简单，能溶解近井砂粒之间的胶结构和部分砂粒，空隙中泥质堵塞物和其它结垢物，提高井底附近的渗流能力。

4、针对煤层松软、质脆、滤失严重在压裂施工中难以形成较规则的裂缝；进入煤层液体滤失快，支撑剂在地层中推稳困难，而增加前置液用量、提高施工排量及在前置液加入少量降滤失剂、粉砂是压裂成功、预防砂堵的有效措施。

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参考文献

1.万仁溥.《采油工程手册》.石油工业出版社（北京）.2000年 2.文浩、杨存旺.《试油作业工艺技术》.石油工业出版社.2002年

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