【正文】 長(zhǎng)縫。能否按照實(shí)現(xiàn)“地質(zhì) — 油藏 — 工藝”一體化思路，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)的研究突破和配套集成，成為“長(zhǎng)縫壓裂開(kāi)發(fā)”試驗(yàn)?zāi)芊癯晒Φ募夹g(shù)關(guān)鍵。同時(shí)，為了迫使住裂縫的方向能更好的沿著地應(yīng)力，并且減少產(chǎn)生次要方向的裂縫，需要對(duì)壓裂工藝各方面進(jìn)行優(yōu)化。 長(zhǎng)縫壓裂技術(shù)在低滲油藏的應(yīng)用 低滲長(zhǎng)縫壓裂技術(shù)思路提出 (1)要實(shí)現(xiàn)低豐度、低滲透油藏有 效開(kāi)發(fā)，使用注水開(kāi)發(fā)方式； (2)注水開(kāi)發(fā)要有效益，一是減少鉆井?dāng)?shù)，二是大幅提高單井產(chǎn)能； (3)提高經(jīng)濟(jì)效益節(jié)省開(kāi)發(fā)成本，需要通過(guò)減少鉆井?dāng)?shù)，即加大井距排距，但是就特低滲透油藏而言，井距排距過(guò)大，將會(huì)導(dǎo)致單井控制儲(chǔ)量過(guò)低； (4)既要兼顧鉆井?dāng)?shù)少，又要兼顧單井控制儲(chǔ)量，則需要在大的井距排距的基礎(chǔ)上進(jìn)行大型壓裂，形成較長(zhǎng)的裂縫滲流通道。 表 37 高擠造縫階段環(huán)空壓力控制指標(biāo) 完井方式 控制指標(biāo) 適用條件 套管完井 控制井底環(huán)空壓力低于下部施工段延伸壓力 層間應(yīng)力差 2～ 3 MPa 裸眼井 控制井底環(huán)空壓力低于下層已施工層段延伸壓力和未施工層段地層破裂壓力 層間應(yīng)力差大于 3～ 4 MPa 中國(guó)石油大學(xué)勝利學(xué)院?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況 該技術(shù)在 XS311H 井和 XS21— 1H 井進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。噴砂射孔結(jié)束后，在連接環(huán)空的地面管線存在一定壓力的情況下，通過(guò)旋塞閥 (抗壓 70 MPa)控制，關(guān)閉環(huán)空排液管線，開(kāi)啟環(huán)空進(jìn)液管線，環(huán)空和油管同時(shí)泵注液體。環(huán)空壓力控制指標(biāo)見(jiàn)表 36。噴砂射孔過(guò)程開(kāi)啟環(huán)空排液管線。因此環(huán)空壓力控制技術(shù)也是保證水力噴射分段壓裂工藝成功實(shí)施的關(guān)鍵之一。實(shí)驗(yàn)?zāi)康模阂蠡旌虾蟮膲毫岩后w系能滿足在施工時(shí)間范圍內(nèi)壓裂液在儲(chǔ)層中的攜砂性能要求，最終確定出現(xiàn)場(chǎng)油管排量與環(huán)空排量的可調(diào)整比例參數(shù)范圍。實(shí)驗(yàn)要求過(guò)交聯(lián)體系與基液混合后 5 s 內(nèi)交聯(lián)不粘壁。實(shí)驗(yàn)要求過(guò)交聯(lián)壓裂液體系能滿足壓裂液在油管中的攜砂能力。 (2)過(guò)交聯(lián)凍膠與基液混合綜合評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)：按凍膠 (過(guò)交聯(lián) )：基液 =油管排量：環(huán)空排量的比例將二者混合。通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，模擬和評(píng)價(jià)現(xiàn)場(chǎng)兩種壓裂液體系在不同剪切條件和不同施工參數(shù)下的攜砂性能，以指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)壓裂液控制工藝的操作實(shí)施。不動(dòng)管柱滑套水力噴射分段壓裂管柱（結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖 316）。對(duì)川西氣田而言，不動(dòng)管柱水力噴射分段壓裂工藝具有很強(qiáng)的針對(duì)性。 圖 315 常規(guī)水力噴射管柱結(jié)構(gòu)圖 川西氣井一般具有高壓特征，因此常規(guī)水力噴射分段壓裂工藝存在以下不足 : 中國(guó)石油大學(xué)勝利學(xué)院?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 （ 1） 需要拖動(dòng)管柱進(jìn)行分段壓裂施工，因而必須進(jìn)行壓井而造成壓井傷害。 水平井不動(dòng)管柱水力噴射壓裂工藝研究 常規(guī)的水力噴射分段壓裂工藝是采用移動(dòng)管柱方式，只采用一套噴槍組合 (圖315)，在對(duì)某一層段完成水力噴射壓裂施工后要對(duì)下一層段進(jìn)行壓裂時(shí)，需要移動(dòng)噴射管柱使噴槍正對(duì)需要壓裂的層段。 圖 314 水力噴射作用機(jī)理 水力噴射壓裂技術(shù)是水力噴砂射孔和水力壓裂相結(jié)合的新型增產(chǎn)工藝，由水力噴砂射孔、水力壓裂及環(huán)空擠壓三個(gè)過(guò)程共同完成，具有如下特點(diǎn) : 無(wú)需封隔器或橋塞等隔離工具，實(shí)現(xiàn)井段的自動(dòng)封隔與定點(diǎn)壓裂，水平井施工風(fēng)險(xiǎn)小且操作簡(jiǎn)便 。 完成丟手后，起出井內(nèi)鉆桿，下人回接生產(chǎn)管柱，打開(kāi)壓差滑套，進(jìn)行壓裂施工，壓裂施工過(guò)程中，施工曲線平穩(wěn)，地層破裂壓力明顯， 表明封隔器密封性可靠，順利完成蘇 20— 17— 16H 井壓裂施工。開(kāi)始用清水替漿，壓力達(dá)到 6 MPa時(shí)頂通，頂替量為 6 m3，頂替開(kāi)始排量 m3/min，后期 m3/min；然后用 2% KCl溶液進(jìn)行小排量頂替，排量 m3/min，頂替 一段 時(shí)間后壓力開(kāi)始上升且上升速度 較快，為節(jié)約頂替時(shí)間采取邊送球邊頂替的方式；投球后繼續(xù)開(kāi)泵頂替，排量 m3/min，壓力控制在封隔器坐封壓力以內(nèi)，頂替量 17 m3；隨后壓力突然升到 20 MPa，證明球到位，泄壓，準(zhǔn)備坐封裸眼封隔器及懸掛封隔器。從井徑對(duì)比圖中可以看出水平段有 2 個(gè)擴(kuò)徑段，再對(duì)照巖性曲線得知 2 個(gè)擴(kuò)徑段均為泥巖段，長(zhǎng)度約為 6080 m，因此設(shè)計(jì)工具位置 時(shí)用封隔器將泥巖段隔開(kāi)，然后按圖 313 管柱結(jié)構(gòu)連接并下人完井管柱。 典型井分析：蘇 20— 17— 16H 井是部署在內(nèi)蒙古鄂爾多斯盆地伊陜斜坡的一口三開(kāi)裸眼完井水平井，完鉆井深 m，井底水平位移 1163 m，水平段長(zhǎng) 745 m，井底垂深 3452 m。 蘇 20— 10— SH 井完鉆井深 3995 m，水平段長(zhǎng) 197m，由于地質(zhì)原因，水平段后130 m均為泥巖段，討論后決定整體進(jìn)行壓裂，施工后測(cè)試產(chǎn)量 7 104 m3/d。 蘇 20— 17— 16H 井分 3 段進(jìn)行壓裂，總用液量 1100m3， 累積加砂量 90m3，施工過(guò)程順利，封隔器坐封效果好，滑套均順利打開(kāi)，壓裂后測(cè)試產(chǎn)量 8 104 m3/d。⑤使用壽命長(zhǎng)，性能可靠，在前期室內(nèi)試驗(yàn)過(guò)程中封隔器完全坐封在套管中放置 3 個(gè)月后，驗(yàn)證其密封性能及錨定力，使用拉拔機(jī)拉到 80 t，封隔器和套管之間移動(dòng)距離不超過(guò) 2 mm。③適應(yīng)性強(qiáng)，小直徑封隔 器可密封大直徑井眼，最大能密封 180 mm井眼，且對(duì)井眼規(guī)則程度要求不嚴(yán)格。 （ 2）性能特點(diǎn)：①易坐封，具有下井過(guò)程防坐封設(shè)計(jì)。封隔器下到預(yù)定位置后，由油管內(nèi)投球使球坐于坐封球座下；井口打壓注人液體，當(dāng)壓力打到 8～ 10 MPa時(shí)，開(kāi)啟閥芯的銷釘被剪斷，開(kāi)啟閥 被打開(kāi)；液體經(jīng)過(guò)中心管的進(jìn)液孔把單流閥推開(kāi)，進(jìn)人中心管與膠筒之間的環(huán)形腔內(nèi)使膠筒膨脹坐封，當(dāng)內(nèi)壓達(dá)到設(shè)定值時(shí)，封隔器坐封完畢，可進(jìn)行后續(xù)作業(yè)。 圖 311 裸眼封隔器結(jié)構(gòu)示意圖 該封隔器在現(xiàn)場(chǎng)配合自主研發(fā)的懸掛器、投球滑套、壓差滑套、坐封球座等使用。該封隔器具有外徑小、密封段長(zhǎng)的特點(diǎn)，不但有利于工具的順利下人，而且長(zhǎng)密封膠筒與裸眼地層有更大的接觸面積，更好地保證完全密封 [9]。針對(duì)卜述情況，設(shè)計(jì)了開(kāi)啟閥式擴(kuò)張封隔器，該封隔器將開(kāi)啟閥與單流閥綜合利用，封隔器開(kāi)啟壓力根據(jù)施工井的具體情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，能有效地防止下井過(guò)程中封隔器提前打開(kāi)并坐封的現(xiàn)象 。水平井分段壓裂時(shí)，裸眼封隔器的工作位置處于水平裸眼段，井底情況復(fù)雜、地層壓中國(guó)石油大學(xué)勝利學(xué)院專科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 力高。 （ 4）工藝指標(biāo)仍需進(jìn)一步提高，更好地滿足不同儲(chǔ)層的壓裂改造需要。 （ 2）由油套環(huán)空注入解決了液體膠塞準(zhǔn)確布放的問(wèn)題。 表 35 5口水平井基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及施工壓力 井號(hào) 段數(shù) 射孔長(zhǎng)度 /m 壓裂段長(zhǎng)度 /m 施工壓力 /MPa 備注 杏 8 1 75 85 46 老井 州 54 2 231/62 106/54 30/35 老井 南 224 1 30 30 24 老井 葡扶 172 3 3/3/4 3/3/4 27/28/29 新井 5 口井均順利完成壓裂施工，施工后液體膠塞破膠完全，壓后效果良好，達(dá)到了預(yù)期目的，壓裂后初期產(chǎn)量明顯增加，平均達(dá)到壓裂前產(chǎn)量的 倍，如圖 310 所示。 中國(guó)石油大學(xué)勝利學(xué)院專科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 （ 4）壓裂施工按壓裂設(shè)計(jì)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工。 （ 2）膠塞液的泵入和侯凝根據(jù)地層吸液情況、壓裂管柱下入深度及地而管線連接情況現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整液 體膠塞注入量及頂替液用量，注入時(shí)采用低排量注入，全部注入完畢后關(guān)井候凝。 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn) 大慶油田現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn) 5 口水平井，其中 4 口井采用封堵頂段壓裂底段工藝管柱進(jìn)行壓裂施工， 1口井采用水平井液體膠塞封堵頂段壓裂底段工藝管柱。 （ 2）液體膠塞成膠時(shí)間 30～ 90 min 內(nèi)可調(diào)，膠塞破膠時(shí)間 5～ 72 h 可控，破膠后巖芯滲透率恢復(fù)值大于 90%。 液體膠塞劑試驗(yàn) 經(jīng)過(guò)攻關(guān)與試驗(yàn)，形成了成膠與破膠可控的堵膠塞配方體系，成膠前流動(dòng)性好，容易泵注，成膠后強(qiáng)度很高，無(wú)需填砂。 中國(guó)石油大學(xué)勝利學(xué)院?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 表 34 K344110型封隔器膠筒油浸試驗(yàn)數(shù)據(jù) 油浸溫度 /℃ 浸泡時(shí)間 /t 浸前直徑 /mm 殘余變形率 /% 90 105 1 試驗(yàn)結(jié)果證明：膠筒回收較好，鋼體無(wú)變形，承壓 50 MPa 膠筒殘余變形率只有 %。此時(shí)進(jìn)行加壓試驗(yàn)，試驗(yàn)內(nèi)壓 70 MPa，穩(wěn)壓 5 min，試驗(yàn) 5 次后膠筒完好。 室內(nèi)試驗(yàn)與工藝指標(biāo) 封隔器油浸耐溫和耐壓試驗(yàn) 封隔器型號(hào)為 K344— 110，膠筒外徑 105 mm,優(yōu)化膠筒結(jié)構(gòu)，采用鋼絲內(nèi)囊結(jié)構(gòu)。 圖 39 水平井液體膠塞封堵頂段壓裂底段工藝管柱組成 封堵頂段壓裂頂段工藝特點(diǎn)： （ 1）封隔器仍采用 K344— 110 型小直徑封隔器，同時(shí)下入電子壓力計(jì)進(jìn)行井下壓力監(jiān)測(cè)，解卡結(jié)構(gòu)、錨定機(jī)構(gòu)與封堵底段壓裂頂段工藝管柱相同。 （ 5）安全接頭與水力錨起到了解卡與錨定作用，提高了管柱的安全性能。在壓裂時(shí)單流閥則可以充當(dāng)絲堵，來(lái)確保封隔器有效坐封。 中國(guó)石油大學(xué)勝利學(xué)院專科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 （ 3）根據(jù)井底深度連接一定長(zhǎng)度的 73 mm(2%英寸 )外 加厚油管，底部連接單流閥。 封堵底段壓裂頂段工藝 封堵底段壓裂頂段工藝管柱由解卡機(jī)構(gòu)、錨定機(jī)構(gòu) 、扶正機(jī)構(gòu)、密封機(jī)構(gòu)、節(jié)流機(jī)構(gòu) 5 部分組成，如圖 38 圖 38 水平井液體膠塞封堵底段壓裂頂段工藝管柱組成 封堵底段壓裂頂段工藝特點(diǎn)： （ 1）采用 K344— 110 型小直徑擴(kuò)張式封隔器，工具外徑小易下入，膠筒回收性能好，實(shí)現(xiàn)有效封隔的同時(shí)，降低了卡管柱風(fēng)險(xiǎn)。 暫堵砂塞（液體膠塞）分段壓裂 該工藝首先應(yīng)保證液體膠塞布放位置可控，工藝管柱既能夠滿足注入準(zhǔn)確的要求，同時(shí)也需滿足后續(xù)的壓裂施工，故壓裂前采用低排量由套管將定量液體膠塞注入井中，然后泵入定量頂替液，將液體膠塞頂替到預(yù)封堵層位，無(wú)需填砂提高強(qiáng)度，成膠后進(jìn)行壓裂施工 [8]?！坝行Э讛?shù)法”被作為壓開(kāi)裂縫數(shù)目的診斷方法也存在很大誤差，“有效孔數(shù)法”是建立在系統(tǒng)壓力分析基礎(chǔ)上的，但限于目前水平井限流法壓裂壓力計(jì)只能下到直井段的噴嘴上方。 （ 3）缺乏有針對(duì)性的裂縫定量解釋方法。 （ 2）控制各段裂縫均勻延伸的手段還不夠有效，各條裂縫規(guī)模難于控制 : ①由于改造對(duì)象主要為薄互儲(chǔ)層，層段物性差異大，僅依靠射孔方案的調(diào)整難以實(shí)現(xiàn)對(duì)水平段的均勻改造，還可能使部分裂縫縫長(zhǎng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于預(yù)期設(shè)計(jì)值，如果存在邊底水或后期注水開(kāi)發(fā)，引發(fā)暴性水淹。 （ 3）針對(duì)施工井段長(zhǎng)、物性差異大，限流壓裂可能造成部分層段施工達(dá)不到要求或者直接丟縫的現(xiàn)象，開(kāi)展了水平井機(jī)械分段與限流壓裂結(jié)合的段內(nèi)限流分段壓裂現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。對(duì)南 236— 平 252 等 8 口井應(yīng)用了大地電位法測(cè)試水平井多裂縫的裂縫方向。 （ 2）開(kāi)展了連續(xù)油管井溫測(cè)井、大地電位和井下微地震等研究及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。最高施工排量 9 m3/min，加入支撐劑 90 m3，最多射孔 6 段實(shí)現(xiàn)全部進(jìn)液 (見(jiàn)表 33)。因此增加了近井裂縫復(fù)雜程度，產(chǎn)生附加摩阻，高濃度砂漿在其中流動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)很大。根據(jù)南 214— 平324 井的井身結(jié)構(gòu)及施工情況定量計(jì)算出前兩項(xiàng)的值，可以發(fā)現(xiàn)它們對(duì)施工壓力的影響遠(yuǎn)沒(méi)有這么大，因此可以判斷出現(xiàn)施工壓力如此大幅度降低的主要原因是孔眼受支撐劑打磨孔徑變大后，摩阻急劇降低造成的，但目前的壓裂設(shè)計(jì)軟件還不能模擬孔眼摩阻的動(dòng)態(tài)變化對(duì)裂縫形態(tài)的影響。 由于炮眼磨損引起的施工壓力變化在限流法壓裂施工曲線中有很明顯的顯示（圖36 是南 214— 平 324 井的主壓裂施工曲線）， 從圖中可以看出支撐劑到達(dá)井底后，井口壓力大幅度下降，這在其他壓裂方式中是沒(méi)有的現(xiàn)象。射孔侵蝕對(duì)垂直井的流體分布影響較小，但對(duì)水平井作業(yè)中流體的分布有很大影響。當(dāng)確定最大施工排量時(shí)，水平井筒引起的摩阻通常也是限制因素。 （ 1）施工控制井段長(zhǎng)、規(guī)模大，施工井段 為固液兩相的變質(zhì)量流。國(guó)內(nèi)水平井限流法壓裂主要集中在大慶油田外圍，根據(jù)儲(chǔ)層厚度分為兩類 :裂縫限制在儲(chǔ)層內(nèi)和裂縫穿透隔層貫穿多中國(guó)石油大學(xué)勝利學(xué)院?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 個(gè)薄儲(chǔ)層 [6][7]。下部封隔器距上部油層的距離不宜過(guò)長(zhǎng)，避免封隔器與油層之間的空隙太大給沉砂創(chuàng)造條件。在壓力足夠低時(shí)全部敞開(kāi)放噴，以免壓裂殘液帶出砂子影響封隔器的解縱放噴結(jié)束后，立即用清水返洗井，以免在封隔器在上提的過(guò)程中被殘留的砂子卡住造成砂末。盡可能的利用攜砂性能高的液體，設(shè)計(jì)頂替液時(shí)應(yīng)有一定的余量保證砂子盡可能少的停留在管柱中。優(yōu)化施工規(guī)模和施工參數(shù)，確保壓裂效果的 同時(shí)，避免規(guī)模過(guò)大造成砂堵或者裂縫上下過(guò)度延伸造成裂縫相竄。因此工藝設(shè)計(jì)尤為重要。 （ 3）封隔器座封座不住分層壓裂封隔器較多，跨越的井段較長(zhǎng)，如果井斜較大或者井筒內(nèi)存在異物，膠皮容易損壞，只要一個(gè)封隔器出現(xiàn)問(wèn)題整個(gè)座封都成問(wèn)題勝利油田純 1032 井是一口斜井，對(duì)其進(jìn) 行分層壓裂時(shí)下 5 次封隔器尚未完成座封，失敗的原因是封隔器膠皮損壞，失去了分層壓裂的意義因此建議在施工之前先必須嚴(yán)格進(jìn)行洗井、通井，然后在重