張 建，張宏錄

（中國(guó)石化華東分公司石油工程技術(shù)研究院，江蘇 南京 210031）

1 蘇北油田分壓必要性

1.1 儲(chǔ)層特征

隨著勘探向深層、疑難層延伸，蘇北油田物性較好的區(qū)塊已基本投入開(kāi)發(fā)，目前重點(diǎn)改造的阜寧組低滲油藏，油藏埋深在2 500～3 200 m，高泥質(zhì)含量，巖性非均質(zhì)嚴(yán)重，屬連通性差的彈性驅(qū)動(dòng)油藏。隨著地層壓力的下降，層間矛盾越來(lái)越突出，這類(lèi)低孔低滲儲(chǔ)層不經(jīng)過(guò)壓裂改造很難獲得工業(yè)性油氣流。

對(duì)儲(chǔ)層物性、壓力系數(shù)相差不大且距離較近的兩個(gè)層，采用單層逐步開(kāi)采無(wú)法達(dá)到經(jīng)濟(jì)開(kāi)采要求。為了提高蘇北油田的開(kāi)發(fā)速度，適應(yīng)大斜度井的儲(chǔ)層改造，需要優(yōu)選儲(chǔ)層壓裂改造工藝[1-2]。

1.2 蘇北油田壓裂工藝局限性

蘇北油田常用的壓裂方法有填砂上返壓裂、籠統(tǒng)壓裂、限流法壓裂。填砂上返壓裂與分層壓裂相比，會(huì)消耗大量作業(yè)時(shí)間，同時(shí)會(huì)對(duì)下部?jī)?chǔ)層造成二次污染。籠統(tǒng)壓裂對(duì)多個(gè)目的層進(jìn)行合壓，某個(gè)目的層可能不會(huì)得到徹底改造，或產(chǎn)生無(wú)效充填。限流法壓裂針對(duì)目的層為多薄層、且各層間的地應(yīng)力差異小，其射孔數(shù)量、直徑、施工排量有要求；當(dāng)破裂壓力差大，裂縫便在物性較好的油層中延伸，分層效果并不理想[1]。

蘇北油田地處水網(wǎng)地帶，受地形條件限制，采取定向大斜度井開(kāi)發(fā)，因此，對(duì)壓裂管柱工具技術(shù)要求比較高。通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外壓裂技術(shù)資料進(jìn)行調(diào)研、分析對(duì)比，選擇一趟管柱分層壓裂工藝，實(shí)現(xiàn)最小的投入產(chǎn)出比，連續(xù)對(duì)多個(gè)物性差異、間距較大層段進(jìn)行壓裂，使每個(gè)儲(chǔ)層改造徹底，充分發(fā)揮潛力，減輕儲(chǔ)層二次污染，降低勘探成本[2]。優(yōu)選Y341雙封管柱，與前期使用的Y341-Y211管柱工藝相比較，可實(shí)現(xiàn)全管柱反洗井，應(yīng)用大斜度井坐封更容易，較適合于蘇北低滲透多目的層油藏改造。

2 分層壓裂技術(shù)

2.1 工藝管柱組成

圖1 Y341分壓管柱示意圖Fig.1 Sketch map of Y341 separate layer fracturing string

分層壓裂管柱結(jié)構(gòu)由流動(dòng)短節(jié)、安全接頭、SLM-115水力錨、Y341-115封隔器、滑套噴砂器、扶正器和坐封球座組合組成（圖1）。

主要井下工具：1）Y341封隔器：密封油套環(huán)空。反洗井時(shí)，液體經(jīng)封隔器反洗通道進(jìn)行洗井。上提管柱解封，膠筒依靠自身的彈性回收解封[5]；2）HTPSQ-93滑套噴砂器：施工時(shí)投入φ38 mm的鋼球至滑套上部球座處，油管內(nèi)憋壓剪斷銷(xiāo)釘，滑套下落，壓裂液從噴砂器長(zhǎng)槽處噴出。

2.2 工作原理與特點(diǎn)

1）工作原理。封隔器與滑套噴砂器配套使用，使用兩個(gè)封隔器實(shí)現(xiàn)分層壓裂。封隔器下至預(yù)定深度，投入鋼球，油管打壓坐封，密封油、套管環(huán)形空間。第一層壓裂完成后，再投入鋼球，待球落入滑套之上憋壓，加壓打掉滑套，封閉第一層噴砂器，開(kāi)始第二層壓裂[3]。

2）工藝技術(shù)特點(diǎn)。做到下一趟管柱，對(duì)有一定跨距的相鄰兩段儲(chǔ)層，從下向上進(jìn)行分層壓裂，減少作業(yè)工序。管柱結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，較適用于斜度較大的井，坐封容易。管柱施工壓力較高，適合中深井壓裂施工需要，對(duì)儲(chǔ)層溫度在135℃以下，井斜在50°以下，套管內(nèi)徑在118.62～121.36 mm，都可進(jìn)行壓裂施工[4]。管柱具有反洗井通道，可以沖洗上下兩套封隔器上沉砂，解封容易。

2.3 施工控制與處理

1）Y341雙封分壓管柱，壓裂前工具坐封后、施工結(jié)束后，須先放套壓、后放油壓的原則，防止套壓大于油壓將反洗通道打開(kāi)。

2）以地層不大量返吐壓裂砂為原則，控制井口油壓，按照設(shè)計(jì)進(jìn)行油管放噴。壓裂過(guò)程中出現(xiàn)異常，及時(shí)放噴和反洗，清除油套間沉砂，減少卡管柱風(fēng)險(xiǎn)。

3）如遇砂堵，停泵后立即放噴，環(huán)空蹩壓打開(kāi)反洗閥，洗出井下油管內(nèi)砂液，再正循環(huán)加壓，關(guān)閉循環(huán)閥后進(jìn)行壓裂。若洗井不通，探砂面判斷油管內(nèi)沉砂情況。若油管內(nèi)已沉砂砂埋，在壓力釋放后，必須立即解封起壓裂管柱。

3 應(yīng)用情況與效果

截止到2014年8月20日，分層壓裂工藝Y341-115型封隔器+HTPSQ-93滑套噴砂器在蘇北油田應(yīng)用了4口井，其中3口井施工順利，工藝成功率75%，能實(shí)現(xiàn)全管柱反洗井，有效降低砂埋、砂卡風(fēng)險(xiǎn)，在大斜度井應(yīng)用中坐封更容易，有效降低了作業(yè)難度。

3.1 改造方案對(duì)比

以帥5-5井阜寧組三段油層為例，說(shuō)明Y341雙封一趟管柱分壓工藝技術(shù)的應(yīng)用。裂縫設(shè)計(jì)選用三維壓裂軟件FracproPT對(duì)壓裂工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，分別進(jìn)行了籠統(tǒng)壓裂和分層壓裂裂縫形態(tài)軟件模擬。

帥5-5井構(gòu)造位于溱潼凹陷斜坡帶中部，完鉆層位阜三段，完鉆垂深3 092.5 m，最大井斜27.92°。該井本次主要改造儲(chǔ)層分為兩段：2 862.2～2 874.9 m、2 897.3～2 913.2 m，兩段地應(yīng)力差值較小，跨度22.4 m。制定兩種改造方案，優(yōu)化射孔段，從壓裂模擬結(jié)果（表1）可以明顯地看出，籠統(tǒng)方案中支撐劑主要鋪置在容易壓開(kāi)的上段儲(chǔ)層，對(duì)下段的改造效果不好。分層方案中可按照設(shè)計(jì)規(guī)模改造目的層，裂縫長(zhǎng)度也達(dá)到改造要求?？傻贸觯簩?duì)兩個(gè)物性相近、存在一定跨距儲(chǔ)層，籠統(tǒng)改造效果不佳，分層改造是最優(yōu)方案。

表1 不同方案模擬改造效果對(duì)比Table 1 Comparison of simulation adjustment effects of different solutions

3.2 施工工藝管柱

入井分壓工藝管柱：坐封總成+扶正器+Y341-115封隔器Ⅰ+水力錨+HTPSQ-93滑套噴砂器+流動(dòng)短節(jié)+φ73 mm加厚油管+φ115 mm扶正器+Y341-115封隔器Ⅱ+水力錨+流動(dòng)短節(jié)+φ88.9 mm加厚油管+油管掛。

3.3 施工應(yīng)用

1）井口投入φ25 mm鋼球，沉球1 h后，小排量正洗井送球。

2）油管起壓后，套管不返液，在5 MPa、15 MPa、24 MPa各穩(wěn)壓2 min，壓力從24 MPa降至20 MPa，封隔器座封成功。

3）開(kāi)始第一層水力加砂壓裂施工。

4）待第一層施工完成后，投φ38 mm鋼球落至滑套上，加壓打開(kāi)噴砂器后，施工第二層。

從實(shí)施情況來(lái)看，2014-04-08先對(duì)下段Ef322-24層油管壓裂，泵入液量201 m3，前置液83.3 m3，攜砂液102.9 m3，頂替液15.1 m3，加砂17.3 m3，平均砂比15.3%。投球后油管壓裂上段Ef319-21層泵入液量169 m3，前置液 66.9 m3，攜砂液 88.17 m3，頂替液 14.6 m3，加砂15.7 m3，平均砂比16.6%，施工曲線(xiàn)如圖2。分層改造完成后機(jī)抽兩層合采27天內(nèi)產(chǎn)量穩(wěn)定，日均產(chǎn)油10.58 m3，含水率10%。與同區(qū)塊同儲(chǔ)層鄰井帥5-3產(chǎn)量相比較，改造初期平均多產(chǎn)5.9 t/d，日度生產(chǎn)曲線(xiàn)對(duì)比見(jiàn)圖3，結(jié)果表明分層壓裂改造效果較好[3-5]。

圖2 帥5-5井分層壓裂施工曲線(xiàn)Fig.2 Curves of separate layer fracturing operation of well Shuai5-5

4 結(jié)論及建議

1）Y341雙封一趟分壓管柱較適用于大斜度井施工，對(duì)目的層針對(duì)性強(qiáng)，提高了儲(chǔ)層的改造程度，管柱分壓效果比其它分層壓裂方式好。

2）現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)證明，在蘇北盆地低滲透油藏鄰近多目的層改造實(shí)踐中取得了顯著成效，極大地縮短了作業(yè)周期、節(jié)省了作業(yè)成本。

圖3 帥5-5井、帥5-3井日度生產(chǎn)曲線(xiàn)Fig.3 Curves of daily production of well Shuai-5-5 and Shuai-5-3

3）為防止壓裂事故發(fā)生，目前蘇北分層壓裂暫應(yīng)用了一次性壓裂兩層工藝，為縮短多層壓裂的施工周期，考慮今后進(jìn)行一趟管柱壓裂3～4層的工藝技術(shù)研究，減少作業(yè)工序和壓裂次數(shù)，降低對(duì)地層傷害，進(jìn)一步提高經(jīng)濟(jì)效率。

[1]郭大立，王祖文，胡廣軍.射孔層位優(yōu)化方法與分層壓裂技術(shù)研究[J].西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，29（6）：116-119.

[2]李月麗，張永春，何青.K344-113型封隔器分層壓裂工藝在大牛地氣田的試驗(yàn)應(yīng)用[J].油氣藏評(píng)價(jià)與開(kāi)發(fā)，2011，1（4）：56-60.

[3]原敏.機(jī)械分層壓裂工藝技術(shù)在延長(zhǎng)氣田的研究和應(yīng)用[J].內(nèi)蒙古石油化工，2010，6（15）：38-40.

[4]郎學(xué)軍，李興應(yīng)，劉通.雙封隔器分層壓裂工藝技術(shù)研究與應(yīng)用[J].鉆采工藝，2004，27（3）：45-47.

[5]李文洪，王吉文.分層壓裂工藝技術(shù)研究[J].吐哈油氣，2006，11（3）：258-262.