【正文】 層壓裂施工工藝研究 由于分層壓裂是一次管柱多次壓裂，因此對于每一次壓裂都要求不能出現(xiàn)砂堵，一旦出現(xiàn)砂堵，后續(xù)的沖砂等工序較為繁瑣，使分層壓裂失去意義，如果有砂子進入封隔器與套管的間隙，將會直接影響壓裂管柱的起出。 （ 1）恰當?shù)氖┕ひ?guī)模及施工參數(shù)。 （ 2）避免封隔器出現(xiàn)砂卡。 （ 3）在施工結(jié)束后，控制放噴速度。 （ 4）設(shè)計座封位置。 限流壓裂技術(shù) 技術(shù)原 理及主要特點 技術(shù)原理 水平井限流法壓裂與直井限流法壓裂原理一樣，都是通過控制炮眼數(shù)量和直徑，以盡可能大的排量施工，利用炮眼摩阻提高井底壓力，迫使壓裂液分流，使破裂壓力相近的地層依次壓開 [5]，最終填砂形成有效的支撐裂縫。 主要特點 水平井限流法壓裂與直井限流壓裂原理相同，但又有獨特之處。因此，長層段中沿程流體摩阻不能忽視，使得孔眼限流摩阻值的計算不能像直井一樣僅考慮壓裂層段間的破裂壓力差值。 （ 2）攜砂液引起的炮眼侵蝕對流量分配及裂縫形態(tài)影響很大。通常認為根部孔眼首先接觸攜砂液，所以根端孔眼受到的沖擴程度比趾部的大得多。此現(xiàn)象是由于支撐劑加入引起的混砂液凈液柱壓力、管柱摩阻和孔眼摩阻的變化綜合作用的結(jié)果。 （ 3）從壓裂液流動角度看，水平井限流法壓裂與垂直井壓裂的主要區(qū)別是壓 裂液存在徑向流區(qū) (如圖 37 所示 )。 圖 36 南 214平 324井主壓裂施工曲線圖 中國石油大學勝利學院?？飘厴I(yè)設(shè)計（論文） 17 圖 37 水平井限流法壓裂與垂直井壓裂流動差別示意圖 現(xiàn)場應(yīng)用情況及增產(chǎn)效果 從 20 世紀 90 年代至今，大慶油田累計完成水平井限流壓裂 24 口，取得了很好的增產(chǎn)效果 (見表 32)。 表 32 限流法壓裂增產(chǎn)情況統(tǒng)計表 地區(qū) 生產(chǎn)情況 初期 目前 液 /m3 油 /m3 液 /m3 油 /m3 肇州 6 口限流壓裂水平井平均產(chǎn)量 7 口壓裂直井平均產(chǎn)量 水平井 /直井 敖南 5 口限流壓裂水平井平均產(chǎn)量 2 口壓裂直井平均產(chǎn)量 水平井 /直井 中國石油大學勝利學院專科畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 表 33 部分限流壓裂井施 工參數(shù)表 序號 井號 布孔段數(shù) 孔數(shù) 支撐劑量 /m3 最高排量 /m3 1 肇 62平 22 5 15 48 9 2 南 232平 255 4 20 90 3 南 246平 309 6 18 54 4 南 214平 324 5 20 80 現(xiàn)場形成了系統(tǒng)的水平井限流壓裂設(shè)計方法、裂縫形態(tài)診斷技術(shù)和段內(nèi)限流壓裂等配套技術(shù) : （ 1）采用“有效孔數(shù)法”及 G 函數(shù)法判斷壓開裂縫數(shù)。對南214平 324 等 4 口井 進行了連續(xù)油管井溫測井，對認識限流壓裂的裂縫形態(tài)、裂縫開啟位置、相對改造程度起到了積極作用。對南 246— 平 309 井應(yīng)用井下微地震測試技術(shù)進行了裂縫形態(tài)測試，與井溫測井和測試壓裂 G 函數(shù)法解釋的結(jié)果比較吻合，另外該測試技術(shù)也初步證實限流法壓裂可以在薄互層溝通多個儲層。 存在的主要問題 水平井的限流法壓裂在壓前地質(zhì)認識、施工過程中的控制方法和壓后裂縫診斷方面還存在以下問題： （ 1）水平段長、橫向巖性分布復(fù)雜，現(xiàn)有地應(yīng)力計算方法還不能獲得詳細的水平段的應(yīng)力差別情況，使造縫部位針對性不強。 ②針對經(jīng)過磨蝕后的孔眼 不能產(chǎn)生足夠的井底壓力使難壓層段繼續(xù)延伸的現(xiàn)象，中國石油大學勝利學院?？飘厴I(yè)設(shè)計（論文） 19 現(xiàn)場采用加砂后提高施工排量來保證施工，但缺乏定量化的理論指導(dǎo)。目前現(xiàn)場采用了連續(xù)油管井溫測井、大地電位測試裂縫方向、井下微地震裂縫檢測等技術(shù)，但施工復(fù)雜、費用昂貴。因此，噴嘴下方直井段的摩阻和水平段固液兩相變質(zhì)量流的摩阻計算精度遠遠不夠，導(dǎo)致“有效孔數(shù)”計算 結(jié)果不準確，也影響了壓開裂縫數(shù)的準確判斷。根據(jù)不同井況制定了 2 套水平井液體膠塞分段壓裂工藝方案：①封堵底段壓裂頂段工藝；②封堵頂段壓裂底段工藝。 （ 2）采用彈簧噴砂器，當環(huán)空注入液體膠塞時處于關(guān)閉狀態(tài)，套管注入液體時無法由此進入油管，確保液體膠塞能夠布放至下部井段，在油管壓裂時噴砂器閥開啟，成為壓裂加砂通道。液體只能從套管環(huán)空通過單流閥進入油管，可建立起油套間的循環(huán)，確保了液體膠塞布放位置準確、均勻。 （ 4）下入電子壓力計進行井下壓力監(jiān)測，用于壓裂后數(shù)據(jù)分析。 封堵頂段壓裂頂段工藝 工藝管柱結(jié)構(gòu) 封堵頂段壓裂頂段工藝管柱由防卡機構(gòu)、錨定機構(gòu)、扶正機構(gòu)、密封機構(gòu)、節(jié)流機構(gòu) 5 部分組成，如圖 39。 （ 2）管柱底部連接節(jié)流嘴，建立起油管與套管間循環(huán)，既保證了液體膠塞的注入準確性，又能夠在壓裂時作為節(jié)流裝置和加砂通道。地 而連好工具后，下入內(nèi)徑為 24. 3 mm套管并油浸罐內(nèi)，浸泡介質(zhì)為柴油，加溫至90 ℃ ，浸泡 1 h。然后升壓至 75 MPa，膠筒未爆破 (如表 34）。油浸試驗表明： K344— 110 型小直徑封隔器完全滿 足水平井液體膠塞壓裂施工的耐溫、耐壓要求。室內(nèi)對液體膠塞劑進行性能試驗，達到指標如下 : （ 1）液體膠塞抗溫 60～ 100 ℃ ，承壓 50～ 70 s。 整體性能指標 通過以上油浸試驗及液體膠塞劑試驗證明，該壓裂工藝整體可達到 以下技術(shù)指標 :耐壓 50 MPa,耐溫 90 ℃ ，液體膠塞成膠與破膠時間可控。 現(xiàn)場施工步驟如下 : （ 1）地層吸液試驗由套管注入壓裂基液，將油管排出液量與環(huán)空注入液量進行比較，分析替井筒過程中射孔段的地層吸液情況，據(jù)此調(diào)整膠塞液量和頂替液量。 （ 3）膠塞強度試壓膠塞成膠后，開啟油管試套壓 15 MPa，油管無液體返出，證明膠塞己成膠，具備壓裂條件。壓裂數(shù)據(jù)如表 35。 圖 310 液體膠塞壓裂前后水平井產(chǎn)量對比 實驗結(jié)論 （ 1）水平井液體膠塞壓裂技術(shù)能夠有效對隔層長度短、大段連續(xù)射孔或易發(fā)生套管變形的水平井進行壓裂施工，不受卡距限制。 （ 3）液體膠塞分段壓裂技術(shù) 彌補了機械分段壓裂的不足，安全性高，現(xiàn)場試驗成功率 100%。 裸眼封隔器分段壓裂 裸眼封隔器的研制 蘇里格氣藏具有低壓低滲透、開采難度大的特點， 4 000 m井底溫度達到 130 ℃ 。封隔器下人過程中，在井壁摩擦及管內(nèi)液柱壓力的作用下比較容易損壞膠筒和提前坐封，同時由于裸眼段井徑變化大，使用密封膠筒較短的常規(guī)壓縮式封隔器可能會導(dǎo)致 坐封不完全，影響后期的壓裂施工。單流閥的設(shè)計使液體單向流人密封膠筒并防止回流，在后期打開壓差滑套和壓裂作業(yè)時即使壓力驟增也可繼續(xù)通過單流閥向密封膠筒內(nèi)單向泵人液體，使膠筒充分膨脹，加強密封效果。 技術(shù)分析 結(jié)構(gòu)及工作原理 水平井裸眼完井分段壓裂專用裸眼封隔器結(jié)構(gòu)如圖 311所示?，F(xiàn)場應(yīng)用時根據(jù)地質(zhì)情況對分段壓裂的段數(shù)進行調(diào)整，根據(jù)段數(shù)的不同對投球滑套和裸眼封隔器數(shù)量進行改變，以滿足不同情況的分段壓裂施工要求。 主要技術(shù)參數(shù)及性能特點 （ 1）主要技術(shù)參數(shù)：封隔器總長 2 600 mm；密封段長 1 500 mm，最大外徑 146 mm，最小通徑 50 mm，啟動壓力 8～ 10 MPa，坐封壓力 25 MPa 膠筒外徑 144 mm，最高工中國石油大學勝利學院專科畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 作溫度 150 ℃ ，最大工作壓力 80 MPa。②承壓差大。④密封段長，具有一定自身錨定能力，密封能力好，承受壓差可靠。 現(xiàn)場應(yīng)用 2021 年，水平井分段壓裂配套工具在蘇里格地區(qū)應(yīng)用了 4 口井，施工過程順利，效果明顯，施工成功率 100%。 蘇 20— 13— 17H 井 完鉆 井深 m，水平裸眼段長 m，分 5 段進行壓裂，總用液量 2021 m3,累積加砂量 165 m3，從 工具 下人到壓裂施工均順利完成，壓后測試產(chǎn)量 12 104 m3/d。 蘇 20— 18— 13H 井分 4 段進行壓裂，總液量 1 500 m3，加砂 125 m3，施工過程順利，目前仍在測試采氣階段。利用自主編程的模擬軟件進行動態(tài)模擬，輸人測井及井斜數(shù)據(jù)，得出井徑對比及巖性對比圖。 中國石油大學勝利學院?？飘厴I(yè)設(shè)計（論文） 25 圖 313 水平井裸眼完井分段壓裂完井管柱結(jié)構(gòu) 整個管串下人過程中無遇阻現(xiàn)象，順利到井底。 重新開始啟泵，打壓到 17 MPa 穩(wěn)壓 5 min，再打壓到 20 MPa 穩(wěn)壓 5 min，坐封裸眼封隔器，由于開啟壓力相同，封隔器同時坐封，提高壓力到 26 MPa 穩(wěn)壓 3 min，坐封懸掛封隔器，完成懸掛封隔器和裸眼封隔器坐封后，繼續(xù)提壓使懸掛器丟手成功。 水力噴射分段壓裂 水力噴射壓裂機理 水力噴射壓裂技術(shù) (HJF)是借助于一種特殊的噴射 /壓裂工具在直井中分層或在水平井段分段壓裂：通過油管把水力噴射井下裝置下到指定層位，地面流體加壓，通過井下裝置噴嘴形成高壓高速射流，在地層中形成一定直徑和深度的孔眼；關(guān)閉油套環(huán)空，保持環(huán)空壓力略低于地層破裂壓力，繼續(xù)噴射，根據(jù)伯努利方程，在孔眼頂部的駐點壓力將高于地層破裂壓力，此時地層中的裂縫將僅在水力噴射形成的孔眼里破裂、中國石油大學勝利學院?？飘厴I(yè)設(shè)計（論文） 26 擴 展，但水平段端部由于環(huán)空壓裂液壓力低于地層起裂壓力而不再開裂 (見圖 314）。無需單獨射孔作業(yè)，實現(xiàn)了射孔、壓裂一次完成，比常規(guī)壓裂工藝節(jié)省了作業(yè)工序；一次管柱可進行多段壓裂，多段壓裂施工周期短，經(jīng)濟安全，且有利于 降低儲層傷害；可用于裸眼、套管、篩管等多種完井方式。此種工藝往往需要配套使用不壓井裝置，并且由于噴嘴壽命限制往往需要頻繁起出管柱更換噴槍。 （ 2）由于噴嘴壽命限制，壓完一段后往往需要提出壓裂管柱更換噴嘴，施工周長 因此，在調(diào)研國內(nèi)外水力噴射分段壓裂工藝研究的基礎(chǔ)上，克服常規(guī)水力噴射分段壓裂工藝的不足，研制成功了國產(chǎn)化的不動管柱滑套水力噴射分段壓裂工具及配套工藝技術(shù)。不動管柱滑套水力噴射分段壓裂工藝采用多套噴槍組合并配套滑套開關(guān)，在對某一層段完成水力噴射壓裂施工后要對下一層段進行壓裂時無需移動噴射管柱，而是通過投球等方式 打開需要壓裂層段的滑套即可對該層段進行壓裂施工。 圖 316 不動管柱滑套水力噴射分段壓裂工具組合 壓裂液控制技術(shù) 由于水力噴射壓裂要求在高擠壓裂液造縫階段通過環(huán)空補液的方式保證環(huán)空壓力和液體能滿足口標層裂縫的延伸，現(xiàn)場施工中壓裂液體系如何滿足油、套同注的工藝是保證水力噴射壓裂作業(yè)成功實施的關(guān)鍵。 (1)過交聯(lián)體系的延遲交聯(lián)時間評價實驗。 (3)過交聯(lián)壓裂液體系耐溫耐剪切性能實驗：過交聯(lián)壓裂液體系在井筒溫度、 170s剪切速率下，連續(xù)剪切一定時間，測壓裂液粘度的變化曲線。 中國石油大學勝利學院?？飘厴I(yè)設(shè)計（論文） 28 (4)過交聯(lián)凍膠與基液混合性能評價：混合前過交聯(lián)體系經(jīng)過高速攪拌器高剪切 l0 s 后，立刻與基液在高剪切條件下按上述比例混合，同時繼續(xù)剪切 5 s，停止剪 切立即測初始粘度。 (5)耐溫耐剪切性能實驗：混合后的壓裂液體系在溫度為地層溫度、 170 s 剪切速率下，連續(xù)剪切一定時間，測壓裂液粘度的變化曲線。 環(huán)空壓力控制技術(shù) 川西致密儲層壓裂改造具有施工壓力高、停泵壓力高的特點，停泵壓力高導(dǎo)致施工時環(huán)空壓力控制存在安全操作風險和能否實現(xiàn)有效射孔、動態(tài) 封隔的問題。 （ 1）噴砂射孔階段。根據(jù)已施工下層的壓后關(guān)井壓力，通過換算相匹配的放噴油嘴尺寸，控制環(huán)空排液的排量不小于油管進液排量，使環(huán)空壓力略低于壓后關(guān)井壓力，以達到噴砂射孔階段已施工層段不進液或少量返排液體的效果。 表 36 噴砂射孔階段環(huán)空壓力控制指標 完井方式 控制指標 套管完井 控制井底環(huán)空壓力低于下部施工段延伸壓力 裸眼井 控制井底環(huán)空壓力低于下部施工段延伸壓力和未 施工層段破裂壓力 （ 2） 高擠造縫階段。此時環(huán)空排量根據(jù)套管壓力調(diào)整（環(huán)空壓力控制指標見表 37）。新沙 311H 井分 3 段壓裂，規(guī)模分別為 30 m3,總加砂量 100 m3，壓后獲天然氣無阻流量 104 m3 /d； XS21— 1H 井也分 3 段壓裂，規(guī)模分別為 40 m 30 m 50 m3，總加砂量 120 m3，壓后獲天然氣無阻流量 104 m3/d，取得顯著的增產(chǎn)效果。 (5)裂縫滲流通道的形成依賴于合理的井排部署，要想順利對油水井進行大型壓裂，壓裂方向需要沿著地應(yīng)力的方向，因此井排的部署也應(yīng)沿著地應(yīng) 力方向。至此，“長縫壓裂完井開發(fā)”技術(shù)構(gòu)想初步完成。 低滲透長縫壓裂關(guān)鍵技術(shù)及優(yōu)勢分析 低滲透長縫壓裂關(guān)鍵技術(shù) (1)長縫壓裂開發(fā)適應(yīng)性評價技術(shù)研究 ① 油藏適應(yīng)