浅谈中原油田深层压裂技术

一、深层压裂技术

1. 选井选层及评估技术

压前进行地质平谷、选井选层、产量预测和经济评估, 不仅节约压裂成本费用。而且还能取得最佳的压裂效果。

选井选层首先要考虑井的条件是否适合压裂施工, 然后再对地层进行压裂可行性评估, 选择油气显示好、厚度大、目的层集中、由低渗或污染引起低产的层进行压裂改造。

目前井下特种作业公司自行研制了一套试油气层压裂措施决策方法, 综合分析试油层物性、厚度、含油性、含水、污染情况、地层压力和钻井显示等地层静态资料, 通过相关分析, 对影响压裂效果的重要指标量化计算, 求取选层系数, 可定量评价目的层是否进行压裂, 评估压后是否能达到工业油气流。选层系数大于50的试油层压裂后能够达到工业油气流, 选层系数小于50的试油层压裂后达不到工业油气流。

2. 设计优化技术

目前在水力压裂的设计工作中, 主要是应用拟三维软件进行设计计算和裂缝模拟, 各项参数的合理选用可以使设计结果更加合理, 包括地层岩性参数, 管柱及射孔参数, 压裂液数据, 支撑剂数据等。而地层岩性参数包括油层深度、厚度、岩性、温度、应力剖面、模量、泊松比等各项数据, 其中大部分数据可以通过测井方法或室内实验获取。其压裂设计方法主要包括根据施工规模预测压裂效果和根据增产要求设计施工规模的两种设计思想体系, 将裂缝三维眼神模拟技术应用于压裂施工设计, 提出从地层条件出发, 以最佳的压裂效果为目标的水力压裂优化设计方法。一般对深井压裂按特低渗层确定裂缝缝长和裂缝导流能力规模要求大, 中原深井有效渗透率一般小于0.1×10-3um2, 要求支撑缝长大于300m。通过模拟计算, 可以研究影响裂缝形成的主要参数, 获得各项参数与裂缝形态的关联性, 从而可以比较真实的预测裂缝形态、支撑剂分布等情况。对低渗微裂缝发育地层, 前置液中加入适量粉砂, 提高液体效率和细小裂缝的导流能力。目前我们主要以不同的规模、注砂程序和施工参数设计多套方案, 根据可行性、地质效果和经济性优选其中一套方案。

3. 材料优选技术

压裂液与支撑剂是压裂技术实施的基础材料。压裂材料的哟选主要为选择适合所要压裂的地层和压裂施工的压裂液和支撑剂而进行的优化研究工作。

(1) 低伤害压裂液体系

在高温高压深井压裂中, 要求压裂液必须具备与地层及流体配伍性好、高温粘稳性、低摩阻、低滤失、低残渣、低伤害、水化性能好、易返排, 还要考虑对井下管柱的冷却影响。目前中原油田主要采用瓜胶作为成胶剂, 其交联剂可以是钛、锆、硼, 破胶剂以过硫酸铵为主, 辅以近年迅速推广的胶囊破胶剂。

(2) 压裂支撑剂

支撑剂必须满足在施工停泵后, 压力下降到闭合压力以下, 而通向井筒的导流裂缝依然保持张开。裂缝的导流能力必须至少大到能消除井下的大多数的径向流, 并允许线性流从储层进入到裂缝。所以要求支撑剂必须能有效支持裂缝, 以使裂缝内渗透率的值比储层岩石的渗透率大几个数量级。

根据近几年的进货检验记录和支撑剂室内评价记录, 国产支撑剂的性能已经有了大幅度的提高, 其中某些指标已接近或达到了国外同类产品水平。由于目前还不具备进行长期导流能力的测试条件, 导流能力的测试均为常温短期导流能力数据。

4. 压裂施工工艺技术

(1) 注入方式:油管注入, 油套混注, 环空注入, 套管注入。

(2) 压裂方式:合层压裂, 限流压裂, 投球压裂, 卡封压裂, 填砂压裂, 桥赛压裂及其组合。

(3) 小型压裂

由于探井资料少, 不能提供压裂设计模拟所需的盈利、有效渗透率等地层参数精确数值。另外, 对设计选用的压裂液的性能和压裂设备能力也需要通过大规模、长时间施工过程予以验证。因此, 在大型压裂前, 使用与大型压裂时相同的压裂液、相同的泵注方式和井下管柱结构、以正式压裂时的设计排量进行不加砂的小型压裂, 通过对压力进行分析来取得裂缝的有关参数, 如裂缝延伸压力、闭合压力、闭合时间、缝长、缝宽、缝高 (井温测试) 、压裂液滤失系数和液体效率等, 为制定和修改大型压裂设计、指导施工及效果评价提供依据。

(4) 正式压裂

应用三维软件对小型压裂的结果进行拟合, 经过反复调整液体及各个环节的摩阻系数使拟合压力与实测压力曲线重合, 表明了输入参数与地层情况近似匹配。应用这套能使曲线重合的参数代入正式的压裂射中进行施工。

主要技术包括:控制逢高技术;采用降排量、前置液加粉砂或注液氮、欠量顶替及尾追大粒径陶粒技术, 提高支撑裂缝缝口处的导流能力;延迟交联技术、端部脱砂技术;变粘度;强化破胶等。

(5) 裂缝监测技术

目前已有的监测技术包括:应力测试或压前压后测井温曲线、放射性监测确定逢高;施工动态监测评价施工情况;施工时在施工井周围井上进行裂缝防伪监测, 确定裂缝方位及长度, 研究裂缝的有效性;施工停泵后测压降曲线, 求取裂缝、液体、地层参数;压前压后测产出剖面, 分析评价每层产出状况;压后测压力恢复, 求取渗透率及裂缝长度等。

(6) 油气层保护技术

A钻井、完井过程中保护

B作业过程中的保护

C对入井液体进行惊喜过滤

D快速返排

(7) 强制闭合技术

缩短排液周期, 减少地层伤害, 并保证有效地支撑裂缝剖面和裂缝的导流能力。

(8) 评价技术

通过工艺效果、地质效果和经济效益三方面的评价, 认识、检查地层中实际形成的支撑缝长与导流能力;评价压后增产动态。

二、现场实践

2011-2013年, 中原油田实施深层压裂井28口, 通过合理细致地优化压裂设计, 采取选井选层、材料优选等措施, 压后有效井21口, 平均单井日增油13.8t, 取得了明显的增产效果。但仍有7口井压后没有增产, 分析认为是对地层的认识不足, 压裂规模较小, 改造强度不够等原因。

结论

1. 中原油田深层压裂技术的研究取得了一定的进展。

2. 通过现场实施, 达到了压裂增产目的。

3. 压裂有效率仍没有达到期望水平, 深层压裂技术的研究仍需要继续加强。

摘要：中原油田属于复杂断块油气田, 存在井深、高温、高压等特点, 深层地层在勘探开发过程需要进行压裂改造技术研究并实施, 才能够有效地获得地层资料和良好的压裂效果。

关键词：深层,选井选层,优化,压裂设计,裂缝监测,增产