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国内外油气田开发的实践表明:对于薄储层、低渗透、稠油油气藏以及小储量的边际油气藏等,水平井开发是最佳的开发方式。由于水平井具有泄油而积大、单井产量高、穿透度大、储量动用程度高、可避开障碍物和环境恶劣地带等优点,水平井开发方式在国外众多油田推广使用,国内如大庆、胜利、新疆、辽河、大港、长庆、华北、中原、四川等油气田均钻有数量众多的水平井。以辽河油田为例,截至2011年底,共完钻各类水平井超过600口,并且以每年近200口井的速度递增。其中,相当部分水平井处于低渗透油藏中,因此,深入研究水平井压裂技术十分必要。近年来,国内外在此领域的研究和应用也越来越活跃。
水平井压裂原理
水平井的压裂设计与直井的稍有不同,强调要全面合理地考虑各种影响因素,如岩石力学性质、储层流体性质、压裂前后的储层性质等。压裂水平井时,裂缝的起裂方向取决于井筒与最小主应力方向的关系;当井筒轴线与最小主应力方向平行时,产生了横向裂缝;当井筒轴线与最小主应力方向垂直时,产生了纵向裂缝;当井筒轴线与最小主应力方向既不是0€啊⒁膊皇?0€笆保虿牧逊炜赡苁欠嵌暮蚐形的。若产生的裂缝是横向裂缝,裂缝与井筒间的无效接触会产生拟表皮效应,造成裂缝与井筒之间的附加压降,直接影响产能。但横向裂缝也具有两个明显的优点,一是产生一条以上的裂缝;二是能获得较大的泄油面积。若产生的裂缝是纵向裂缝,产能增加不明显;但当无因次导流能力低或水平井段的长度与油层厚度比较高时,纵向裂缝能增加水平井的产能。
利用水力压裂产生纵向裂缝的方法,是一种有效地用于酸无效地层、水敏地层消除地层损害或增大油藏渗透率的补救处理方法。这是因为纵向裂缝有以下几个优点,一是与井筒的接触面积大,不需要较高的近井筒;二是纵向裂缝不像横向裂缝那样受流量收敛作用的影响;三是在一个补救情况中,无需辨别最小主应力方向;纵向裂缝诱生不用知道精确的最小主应力方向就可完成;四是它有一个相当短的穿透深度,故容许用于它的设计的油藏渗透率误差更大一些;五是在强化处理作业是消除井筒损害或消除垂向渗透率污染时,纵向裂缝与井筒的接触面积更大,减少了流量收敛影响,能更好的完成上述任务。
水平井压裂工艺技术
·水平井多裂缝同时压裂技术
目前,在对水平井进行多裂缝同时压裂时一般都采用限流法压裂。在对多区段进行压裂处理时,应利用限流控制技术控制各压裂区段的液体和支撑剂的吸入量。限流压裂是通过严格限制射孔炮眼的数量和直径,并采用尽可能大的注入排量施工,用最先被压开部位的炮眼限流,一次性压开欲压裂的全部裂缝。在进行实际压裂处理之前,应使每个压裂液入口处的每组孔眼解堵,并确定注入速度。为了完成这种作业,使用了一种双跨式封隔器,该封隔器可提供在压裂液离开油管之后和进入射孔孔眼之前的最小摩阻阻力。该作业对同时进行多入口水力压裂处理是相当重要的。该作业应确保所有的入口获得等量的压裂液和支撑剂。同时,还需要计算管子的摩阻,确定是否可以达到同时有效地处理多区段的排量,而又不会危及套管或油管。
·水力喷射加砂分段压裂技术
水力喷射压裂技术可以在裸眼、筛管完井的水平井中进行加砂压裂,也可以在套管井上进行,施工安全性高,可以用一趟管柱在水平井中快速、准确地压开多条裂缝,水力喷射工具可以与常规油管相连接入井,也可以与大直径连续油管(60.3 mm)相结合,施工更快捷,国内外已有数百口井用此技术进行过酸压或加砂压裂处理。
·新型低伤害化学暂堵胶塞分段压裂技术
新型伤害化学胶塞应采用低浓度成胶剂,成胶后强度高,封堵已压层段不用填砂,成胶与破胶时间可控,压后可彻底破胶水化,施工结束后无需冲砂或钻塞等作业,直接排液求产,对地层伤害小。
·定点分段多级封隔器分段改造完井技术
既可以用于裸眼井,也可以用于水泥完井。封隔器是遇烃膨胀封隔器。喷砂器使用的是滑套喷砂器。比如压裂四层,就在一趟管柱上把四层所需要的封隔器(8套)连接下到位,第一层采用普通喷砂器,后三层采用滑套喷砂器,压完第一层后打开上一层的滑套喷砂器压上层,这样也能实现分层压裂。最多可以对10个层进行不动管柱的分压处理。
·高性能压裂液与支撑剂技术
由于水平井压裂施工周期较长,要求压裂液低伤害或无伤害。为适应长期关井降低伤害的要求,水平井压裂液应加强超低表界面张力技术、无滤饼或滤饼可降解滤饼技术等研究。近年来,国外支撑剂回流控制技术不断完善,包胶支撑剂的适应能力、应用范围和性能指标也在不断提高。正在开展低密度支撑剂、纤维与热塑膜覆膜等技术研究开发。
(贾保奎,马晓伟单位:长庆油田分公司第五采油厂;延婷单位:长庆油田分公司第三采油厂)
水平井压裂原理
水平井的压裂设计与直井的稍有不同,强调要全面合理地考虑各种影响因素,如岩石力学性质、储层流体性质、压裂前后的储层性质等。压裂水平井时,裂缝的起裂方向取决于井筒与最小主应力方向的关系;当井筒轴线与最小主应力方向平行时,产生了横向裂缝;当井筒轴线与最小主应力方向垂直时,产生了纵向裂缝;当井筒轴线与最小主应力方向既不是0€啊⒁膊皇?0€笆保虿牧逊炜赡苁欠嵌暮蚐形的。若产生的裂缝是横向裂缝,裂缝与井筒间的无效接触会产生拟表皮效应,造成裂缝与井筒之间的附加压降,直接影响产能。但横向裂缝也具有两个明显的优点,一是产生一条以上的裂缝;二是能获得较大的泄油面积。若产生的裂缝是纵向裂缝,产能增加不明显;但当无因次导流能力低或水平井段的长度与油层厚度比较高时,纵向裂缝能增加水平井的产能。
利用水力压裂产生纵向裂缝的方法,是一种有效地用于酸无效地层、水敏地层消除地层损害或增大油藏渗透率的补救处理方法。这是因为纵向裂缝有以下几个优点,一是与井筒的接触面积大,不需要较高的近井筒;二是纵向裂缝不像横向裂缝那样受流量收敛作用的影响;三是在一个补救情况中,无需辨别最小主应力方向;纵向裂缝诱生不用知道精确的最小主应力方向就可完成;四是它有一个相当短的穿透深度,故容许用于它的设计的油藏渗透率误差更大一些;五是在强化处理作业是消除井筒损害或消除垂向渗透率污染时,纵向裂缝与井筒的接触面积更大,减少了流量收敛影响,能更好的完成上述任务。
水平井压裂工艺技术
·水平井多裂缝同时压裂技术
目前,在对水平井进行多裂缝同时压裂时一般都采用限流法压裂。在对多区段进行压裂处理时,应利用限流控制技术控制各压裂区段的液体和支撑剂的吸入量。限流压裂是通过严格限制射孔炮眼的数量和直径,并采用尽可能大的注入排量施工,用最先被压开部位的炮眼限流,一次性压开欲压裂的全部裂缝。在进行实际压裂处理之前,应使每个压裂液入口处的每组孔眼解堵,并确定注入速度。为了完成这种作业,使用了一种双跨式封隔器,该封隔器可提供在压裂液离开油管之后和进入射孔孔眼之前的最小摩阻阻力。该作业对同时进行多入口水力压裂处理是相当重要的。该作业应确保所有的入口获得等量的压裂液和支撑剂。同时,还需要计算管子的摩阻,确定是否可以达到同时有效地处理多区段的排量,而又不会危及套管或油管。
·水力喷射加砂分段压裂技术
水力喷射压裂技术可以在裸眼、筛管完井的水平井中进行加砂压裂,也可以在套管井上进行,施工安全性高,可以用一趟管柱在水平井中快速、准确地压开多条裂缝,水力喷射工具可以与常规油管相连接入井,也可以与大直径连续油管(60.3 mm)相结合,施工更快捷,国内外已有数百口井用此技术进行过酸压或加砂压裂处理。
·新型低伤害化学暂堵胶塞分段压裂技术
新型伤害化学胶塞应采用低浓度成胶剂,成胶后强度高,封堵已压层段不用填砂,成胶与破胶时间可控,压后可彻底破胶水化,施工结束后无需冲砂或钻塞等作业,直接排液求产,对地层伤害小。
·定点分段多级封隔器分段改造完井技术
既可以用于裸眼井,也可以用于水泥完井。封隔器是遇烃膨胀封隔器。喷砂器使用的是滑套喷砂器。比如压裂四层,就在一趟管柱上把四层所需要的封隔器(8套)连接下到位,第一层采用普通喷砂器,后三层采用滑套喷砂器,压完第一层后打开上一层的滑套喷砂器压上层,这样也能实现分层压裂。最多可以对10个层进行不动管柱的分压处理。
·高性能压裂液与支撑剂技术
由于水平井压裂施工周期较长,要求压裂液低伤害或无伤害。为适应长期关井降低伤害的要求,水平井压裂液应加强超低表界面张力技术、无滤饼或滤饼可降解滤饼技术等研究。近年来,国外支撑剂回流控制技术不断完善,包胶支撑剂的适应能力、应用范围和性能指标也在不断提高。正在开展低密度支撑剂、纤维与热塑膜覆膜等技术研究开发。
(贾保奎,马晓伟单位:长庆油田分公司第五采油厂;延婷单位:长庆油田分公司第三采油厂)