程 飛

（中海石油（中國）有限公司天津分公司天津 300450）

渤海北部某油田油藏屬于高滲疏松油藏，出砂嚴(yán)重[1-7]，一般水平井采用裸眼礫石循環(huán)充填完井，但隨著油田開發(fā)進(jìn)入中后期，儲層水淹嚴(yán)重，底水錐進(jìn)，儲層的非均質(zhì)性，地層物性變化大，部分水平段鉆遇大量泥巖影響后期產(chǎn)量，造成投產(chǎn)后井的產(chǎn)量低、壽命短[8-9]。結(jié)合油田地質(zhì)應(yīng)力特征，以目標(biāo)油田M20H1井為例，其井身結(jié)構(gòu)示意圖如圖1，初期日產(chǎn)液102.2 m3/d，日產(chǎn)油34.7 m3/d，含水66.0%，之后產(chǎn)液量持續(xù)下降，2015年1月測試解釋表皮系數(shù)為11.4，2015年9月測試解釋表皮系數(shù)為12，污染問題逐漸突出，而目前采出程度僅為19%。為了最大程度地改造地層，解除井筒附近的污染，首先需要適度壓裂降低表皮系數(shù)，實現(xiàn)增產(chǎn)目的，然后通過循環(huán)充填在篩套環(huán)空中建立一個高導(dǎo)流能力的礫石擋砂屏障，保證防砂效果，而常規(guī)循環(huán)充填無法解除污染以保證后期產(chǎn)量[10-13]，只能采用水平套管井的井身結(jié)構(gòu)，并探索嘗試壓裂充填技術(shù)。

圖1 M20H1井身結(jié)構(gòu)示意圖

另外，該井水平作業(yè)段的滲透率高，需要較大工作排量保證炮眼攜砂液流速；同井段存在破裂壓力差異，壓裂改造程度受限；篩套環(huán)空間隙小，充填時遇局部滲透率突增易導(dǎo)致砂堵而不能保證充填率；壓裂充填排量大、砂比高，對工具的耐沖蝕能力要求高?，F(xiàn)場施工通過剖析地層應(yīng)力特點進(jìn)行適度分層，同時優(yōu)選鉆具結(jié)構(gòu)和使用耐沖蝕防砂工具，以及對壓裂材料和射孔液進(jìn)行優(yōu)選，對壓裂施工參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計和分析，形成了一套海上高滲地層水平套管井壓裂充填防砂工藝，現(xiàn)場順利完成兩層壓裂充填作業(yè)，充填系數(shù)分別為74.4kg/m和83.3kg/m，該技術(shù)可為其它高滲透油藏水平套管井壓裂充填完井提供技術(shù)參考。

1 壓裂充填作業(yè)難點

1.1 水平作業(yè)段長，滲透率高，控制壓裂改造規(guī)模難度大

M20H1井為水平套管井，作業(yè)深度為2100～2300 m，平均孔隙度為35.6%，平均滲透率為2300×10?3μm2，屬于高孔高滲儲層。若一趟管柱進(jìn)行200 m射孔段的充填作業(yè)，同井段存在破裂壓力差異，導(dǎo)致個別裂縫開啟后，該層滲透率突然增大，未壓開層位進(jìn)液量少，改造程度受限制。除此之外，作業(yè)段較長，為了保證壓裂時炮眼位置的攜砂液流速，需要井口輸入較大的施工排量，對地面設(shè)備的要求高。

1.2 壓裂充填排量大、砂比高，工具耐沖蝕能力要求高

該井采用177.8 mm尾管完井，其內(nèi)徑為161.7 mm，使用101.6 mm基管的篩管外徑為115.6 mm，設(shè)計填砂量為40000kg，最大充填排量為2.54 m3/min，最高砂比為491kg/m3，使用常規(guī)一趟兩層充填工具的最大施工排量僅為1.27 m3/min，最高測試砂比為119.8kg/m3，無法滿足壓裂充填施工需要，同時分析高砂比攜砂液的過流路徑，其對服務(wù)工具的充填孔、防砂管柱的滑套口和篩管造成較大的沖蝕損壞風(fēng)險，為了保證全部砂量的安全充填到位，需要選擇耐沖蝕能力較好的防砂工具。

2 技術(shù)對策

2.1 剖析地層應(yīng)力和適度分層以保證改造效果

該油田東二下段為較典型的湖相三角洲沉積，其微相主要包括水下分流河道、河口壩和遠(yuǎn)砂壩沉積，因油田已投產(chǎn)多年，地層壓力不斷下降，且目標(biāo)層埋藏較淺，地層虧空明顯，當(dāng)進(jìn)行水力壓裂時，井底管內(nèi)壓力超過地層的上覆巖石應(yīng)力，易形成水平裂縫，且根據(jù)地層應(yīng)力梯度分布判斷其裂縫多沿著水平方向進(jìn)行延伸，故具備在壓裂時向目標(biāo)油藏進(jìn)行導(dǎo)流增產(chǎn)和解除污染的地層應(yīng)力條件。除此之外，為了降低高滲地層在充填時的作業(yè)風(fēng)險，同時最大限度地節(jié)省工時和作業(yè)成本，將作業(yè)段分為兩層100 m進(jìn)行壓裂充填，亦為后期分段改造和分層配產(chǎn)提供了井筒準(zhǔn)備。

2.2 優(yōu)選鉆具結(jié)構(gòu)降低循環(huán)摩阻

為了降低管柱中冗余摩阻對壓裂充填和井口操作帶來的作業(yè)風(fēng)險，由于該井上部技術(shù)套管規(guī)格為244.5 mm，下部生產(chǎn)套管規(guī)格為177.8 mm，優(yōu)選技術(shù)套管內(nèi)為1400 m的127 mm鉆桿，優(yōu)選生產(chǎn)套管內(nèi)為680 m的88.9 mm鉆桿。使用交聯(lián)膠流體介質(zhì)模擬計算管柱沿程磨阻如圖2所示，即在2.54 m3/min最大充填排量下的鉆桿摩阻約為8.6 mPa，遠(yuǎn)小于井口壓裂充填設(shè)備的35 mPa額定工作壓力，同時在1.6 m3/min最大反循環(huán)洗井排量下的鉆桿摩阻約為6.1 mPa，遠(yuǎn)小于井口防噴裝置的20.6 mPa額定工作壓力，故鉆具結(jié)構(gòu)優(yōu)化合理。

圖2 管柱沿程摩阻

2.3 使用耐沖蝕防砂工具保證作業(yè)安全

為了滿足大排量和高砂比壓裂充填的作業(yè)需要，筆者選擇了通徑為98.55 mm的逐層充填防砂工具，同時要求對服務(wù)工具充填孔增設(shè)導(dǎo)向分流襯套，以及對過流位置進(jìn)行鑲嵌硬質(zhì)合金處理，如圖3所示；然后使用Flow simulation流體分析模塊，在最大充填排量為2.57 m3/min和砂比491kg/m3的工況下，得到工具在極限工況下的最大沖蝕速率為3.3×10?9m/s，如圖4所示；按一周連續(xù)充填測算沖蝕量為2 mm，遠(yuǎn)小于工具的允許安全磨損厚度5 mm，故該工具的抗沖蝕能力完全滿足極限工況的使用要求。除此之外，防砂管柱優(yōu)選基管為101.6 mm的高強(qiáng)度復(fù)合優(yōu)質(zhì)篩管，其具備獨(dú)立防砂能力的同時，亦要求具備較高的抗內(nèi)壓、抗外擠和抗過流沖蝕能力，以滿足長效防砂的生產(chǎn)需要。

圖3 加強(qiáng)后的充填孔

圖4 充填孔的沖蝕云圖

2.4 優(yōu)選壓裂材料提高充填效果

壓裂材料主要包括攜砂液和支撐劑，為了保證裂縫的支撐強(qiáng)度，該井根據(jù)陶粒的圓度、球度、分選性、抗壓強(qiáng)度、抗酸溶能力進(jìn)行專項性能參數(shù)對比，優(yōu)選了密度較低且攜帶性更好的20～40目優(yōu)質(zhì)陶粒作為支撐劑。壓裂液作為支撐劑的運(yùn)輸血液，該井考慮需要攜帶高濃度砂漿能力為基礎(chǔ)，然后對比壓裂液的破膠速率，快速返排速率，破膠后無固相殘留，與該油田地層的配伍性程度等影響井筒的各項清潔度指標(biāo)，同時比較發(fā)現(xiàn)該體系的壓裂液能夠達(dá)到同等黏度所需膠粉數(shù)量較其他體系少33%，故綜合技術(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)選海水基的壓裂胍膠液體系作為M20H1井的攜砂液 （圖5），為壓裂充填和后續(xù)穩(wěn)產(chǎn)提供了技術(shù)保障。

圖5 壓裂胍膠液

2.5 優(yōu)化射孔液可自然返排以簡化作業(yè)程序

射孔液作為完井作業(yè)前井筒準(zhǔn)備的儲層保護(hù)液體系，是壓裂充填完井效果和后期投產(chǎn)效益的重要影響因素之一。相比常規(guī)井使用PRD鉆井液體系作為射孔液，需要充填后單獨(dú)替酸破膠，存在作業(yè)效率低和對儲層的二次污染等問題，該井優(yōu)選了一種無需單獨(dú)破膠的改進(jìn)型EZFLOW射孔液。通過實驗對比（表1），改進(jìn)型射孔液的滲透率恢復(fù)值可達(dá)98.09%，同時在完井作業(yè)期間具有很好的儲層保護(hù)效果，其后期可自然返排，節(jié)約了額外破膠的工期和費(fèi)用。

表1 EZFLOW體系滲透率恢復(fù)值試驗數(shù)據(jù)

3 現(xiàn)場施工

3.1 測試分析

（1）破裂壓力和排量測試

為了指導(dǎo)壓裂施工設(shè)計，需要獲取M20H1井地層準(zhǔn)確的破裂壓力和破裂排量，從初始排量0.32 m3/min按0.32級差逐級增加測試到2.54 m3/min排量，得到測試結(jié)果如圖6所示。分析測得地層的井下破裂壓力為28 mPa，對應(yīng)地面泵壓為12.8 mPa，對應(yīng)施工排量為1.6 m3/min，故該地層破裂壓力和破裂排量較高。

（2）小型壓裂測試

為了獲取壓裂所需更加真實的地層信息，指導(dǎo)壓裂作業(yè)的參數(shù)優(yōu)化，需要對高滲地層在壓裂作業(yè)之前進(jìn)行一個小型壓裂實驗，根據(jù)井口壓力數(shù)據(jù)采集和哈里伯頓公司PDAT壓裂分析軟件求解，得到M20H1地層的閉合壓力和裂縫延伸擴(kuò)展壓力的特征，以及裂縫形態(tài)、管柱摩阻和漏失情況等，其中關(guān)鍵參數(shù)如表2所示。從測試結(jié)果可見，該井地層裂縫的破裂壓裂與地層閉合壓力相差較大，容易形成多裂縫，而且液體效率低，壓裂造縫存在一定難度。

圖6 地層加排量測試記錄

表2 小型壓裂測試數(shù)據(jù)

3.2 壓裂充填施工參數(shù)設(shè)計

（1）最小充填排量設(shè)計

因為該井作業(yè)段長、滲透率高，循環(huán)充填后期涉及誘導(dǎo)脫砂，充分考慮井下工具安全，故要求誘導(dǎo)脫砂的最小施工排量應(yīng)能滿足正常攜砂要求，即最低攜砂排量應(yīng)大于礫石沉降速度，而陶粒在完井液中的沉降速度方程（1）表示為

式（1）中：V沉降為礫石沉降速度，m/s；d陶粒為礫石平均直徑，m； γ陶粒為 陶粒密度，kg/m3；γ液體為攜砂液密度，kg/m3；η為攜砂液黏度，Pa·s。

理論上較低排量亦可正常攜砂，但為保證工具安全，建議誘導(dǎo)脫砂時的施工排量≥0.32 m3/min，同時可在停止加砂后追加1～2 m3的交聯(lián)膠隔離后續(xù)完井液，減少工具砂卡風(fēng)險。

（2）泵注參數(shù)設(shè)計

在最小充填排量設(shè)計的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)場破裂壓力、破裂排量和小型壓裂測試的結(jié)果，設(shè)計泵注參數(shù)（表3），優(yōu)化壓裂設(shè)計目標(biāo)為系列短而寬的垂直裂縫，設(shè)計裂縫長度為3～6 m即可完全解除近井地帶污染。

表3 泵注參數(shù)設(shè)計

3.3 施工效果

壓裂充填過程中，當(dāng)砂子進(jìn)入地層后，管內(nèi)壓力和套管環(huán)空壓力均會出現(xiàn)波動，然后管內(nèi)壓力緩慢下降到趨于平穩(wěn)。根據(jù)第一層作業(yè)曲線（圖7），在后續(xù)反循環(huán)充填作業(yè)過程中可見明顯的beta波充填形態(tài)，其中第一層實際泵入充填陶粒12728kg，相比設(shè)計值的11161kg偏差為12.3%，驗證了施工設(shè)計的準(zhǔn)確性，其中第二層充填陶粒14192kg，兩層累計充填陶粒24350kg，兩層的作業(yè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計如表4所示。

圖7 第一層充填曲線

表4 M20H井壓裂充填數(shù)據(jù)

為得知該井壓裂充填后的作業(yè)效果，跟蹤了一段時間生產(chǎn)數(shù)據(jù)（圖8），其生產(chǎn)初期產(chǎn)液量40 m3/d，目前產(chǎn)液量80 m3/d，達(dá)到并超過配產(chǎn)量40 m3/d，增產(chǎn)效果明顯，驗證了壓裂充填防砂技術(shù)在高滲地層水平套管井中成功應(yīng)用的可行性。

圖8 M20H1生產(chǎn)數(shù)據(jù)圖

4 結(jié)論

（1）為了保證高滲地層長水平套管井壓裂充填作業(yè)的順利實施，現(xiàn)場通過剖析地層應(yīng)力、適度分層、優(yōu)選鉆具結(jié)構(gòu)、使用耐沖蝕防砂工具、優(yōu)選壓裂材料和射孔液等技術(shù)措施，形成了一套海上高滲地層水平套管井壓裂充填防砂工藝，可為類似油田開發(fā)提供借鑒。

（2）現(xiàn)場作業(yè)時通過破裂壓力、破裂排量和小型壓裂測試得到M20H1井準(zhǔn)確的地層信息，為壓裂施工中最小充填排量和泵注參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計提供了數(shù)據(jù)參考，同時為后續(xù)油田的壓裂充填測試和參數(shù)設(shè)計提供了一套數(shù)據(jù)獲取方法。

（3）通過現(xiàn)場應(yīng)用證明，其產(chǎn)液量超過了配產(chǎn)量的一倍，壓裂增產(chǎn)和防砂可靠的效果明顯，驗證了壓裂充填防砂技術(shù)在高滲地層水平套管井中成功應(yīng)用的可行性，為渤海穩(wěn)產(chǎn)、增產(chǎn)提供了有力的技術(shù)支撐。