压裂充填增产技术及其应用

李古正,李运锋,吴伟东,肖 超,赵日荣

(中国石化河南油田分公司第二采油厂,河南唐河473400)

压裂充填增产技术及其应用

李古正,李运锋,吴伟东,肖 超,赵日荣

(中国石化河南油田分公司第二采油厂,河南唐河473400)

针对河南油田第二采油厂部分区块油井由于油层低孔低渗或近井地带污染堵塞,造成渗流能力差,生产过程中供液能力差,油井产量低下,开采效果差的现状,通过一系列油层改造技术现场实验,研究并配套应用了压裂充填增产技术,该工艺适用范围广,增产效果明显,有效期长,可提高油田开发效果。

低孔低渗;低产低效;压裂充填;增产技术;河南油田

河南油田第二采油厂部分区块油井由于油层渗透率低或近井地带油层污染堵塞,造成渗流能力差,生产过程中供液能力差,油井产量低下,开采效果差,储量动用程度低。为了提高储量动用程度,提高油井产量,改善开采效果,近年来先后研究配套了酸化、压裂等油层改造技术。油井酸化易形成酸渣和有机堵塞对地层造成二次伤害,措施风险高,且有效期短;压裂改造措施后易“吐砂”造成裂缝闭合而影响裂缝导流能力,有效期短。为此研究配套了新型油层改造技术——压裂充填增产技术,该工艺适用范围广,油层改造效果好,有效期长,为低产低效井治理探索出了一条新路。

1 工艺原理及技术特点

工艺原理:将绕丝筛管下入到油层部位,利用压裂充填装置将绕丝筛管对准油层并悬挂、锚定、密封(图1),然后打开充填通道,由压裂车组在达到地层破裂压力、压开油层的条件下将砾石挤压充填到裂缝中,形成新的渗滤带,配套绕丝筛管完井,实现油层解堵增孔增渗,改善开发效果的目的。

技术特点:压裂充填增产施工配套绕丝筛管完井,绕丝筛管间隙大(表1),不会发生堵死现象,在绕丝筛管与套管环形空间中充满致密的砾石,措施后不会发生油层“吐砂”裂缝闭合而影响裂缝导流能力,因而措施效果好,有效期长,对泥质含量高、油砂细的低孔低渗油层改造效果好[1-3]。

2 施工设计及工艺

2.1 管柱设计

压裂充填增产施工管柱由丝堵、绕丝筛管、增阻器、扶正器、压裂充填装置和高压滑动井口等组成,结构(图1):丝堵+油管短节(带扶正器)+底部信号筛管+增阻器+绕丝筛管+光管(带扶正器)+顶部信号筛管+油管短节+压裂充填装置+油管+高压滑动井口[4-5]。

(1)筛管设计:生产筛管一般选用绕丝筛管,缝隙尺寸等于最小充填砾石尺寸的1/2～2/3,外径一般小于或等于套管内径50mm,长度应超过改造层射孔段上、下界1.0～1.5m。信号筛管型号与生产筛管相同,长度一般为1～2m。

图1 压裂充填施工管柱结构

表1 绕丝筛管技术指标

(2)光管设计:光管即油管或短节,直径与绕丝筛管的中心管相同,长度根据井深、夹层厚度确定。

(3)压裂充填工具的选用:压裂充填工具有带夹壁通道和无夹壁通道两种(均带反循环通道)。无夹壁通道充填工具用于改造层上部套管漏失或分层改造。

(4)增阻器设计:增阻器与等径冲管和底部信号筛管组合使用,用于控制液流方向,实现砾石自下而上充填并提高砾石充填密度。

(5)扶正器设计:扶正器位于筛管与筛管两端和之间,使施工管柱居中,砾石均匀地充填在筛管周围。

(6)高压滑动井口的选用:高压滑动井口提供循环通道,便于调整管柱,确保倒扣丢手顺利,根据地层破裂压力选择其规格型号。

2.2 砾石设计

(1)砾石尺寸:砾石有石英砂和陶粒两种,石英砂粒度优选粒径0.4～0.8mm,陶粒粒度优选粒径0.45～0.9mm。这种砾石形成的人工砂体孔隙度大,渗透率高。

(2)砾石的用量:是炮眼容积、挤入地层裂缝的砾石数量、施工管柱与套管之间环形空间中的储备量以及丝堵与井底间的井筒容量的总和。

2.3 携砂液设计

为提高携砂液悬浮性,降低砾石在携砂液中的沉降速度,满足高砂比施工需要,减小砂堵砂埋风险,确保加砂顺利和改造效果,携砂液需要适当的粘度。

砾石在携砂液中沉降速度的计算公式如下[3]:

式中:v——砾石沉降速度,m/s;g——重力加速度, m/s2;ρs——颗粒密度,kg/m3;ρ——液体密度,kg/ m3;d——颗粒直径,m;μ——液体动力粘度,Pa· s;

把砾石密度ρs=2200kg/m3,携砂液密度ρ=1 000kg/m3,g=9.806m/s2,代入以上公式计算得出对应的砾石沉降速度范围如表2。

表2 砾石在携砂液中的沉降速度

从表2得知,中粘液悬浮性高,具有“砾石后沉效应”,携砂能力强。为降低砾石的沉降速度,满足高砂比施工需要,减小砂堵砂埋风险,确保加砂顺利,改善充填效率和改造效果,应使用粘度100～120mPa·s的中粘携砂液。

2.4 油层保护液设计

当油层泥质含量大于5%时,需要进行粘土稳定处理,避免由于粘土膨胀、分散和运移造成地层孔隙堵塞。方法是预先向地层挤入粘土稳定剂溶液。一般用温度70℃以上的清水配制,浓度15%～20%,处理半径2～3m。

2.5 施工参数设计

(1)施工压力:根据地层破裂压力确定,最高压力应达到地层破裂压力但控制在压裂充填流程耐压等级和套管抗内压强度以内。

(2)施工排量:携砂液排量应达到2.5m3/min以上,有利于压开油层和改善砾石充填效率。

(3)携砂比:根据施工压力和排量确定,安全砂比30%～40%,最高砂比一般要求达到50%～60% (体积比)。

2.6 施工工序及参数

(1)井筒准备:探、冲(填)砂(距管鞋3m左右)、通井、刮管、油、套管试压合格。

(2)下施工管柱:按设计要求下入施工管柱。

(3)反循环洗井:排量0.5m3/min,清洗掉施工管柱内的污物。

(4)座封、开启通道:投钢球,装井口,蹩压座封、验封、开启压裂充填通道。

(5)地层预处理:挤入油层保护剂溶液,关井平衡压力。

(6)压裂充填:压裂充填流程按设计要求试压合格,打开套管闸门灌前置液至井筒充满后倒为压裂充填流程,正挤前置液、无砂携砂液,记录压力、排量,当排量稳定、压力达到或超过地层破裂压力且逐渐下降时开始加砂,砂比由小到大逐渐提高,至设计砂量后打开套管闸门进行循环充填,至设计停泵压力后结束。

(7)反洗井:反洗至返出液中无砂为止,排量0. 5m3/min。

(8)丢手起管柱:正转施工管柱倒扣丢手并起出丢手后管柱。

(9)探冲砂:下入等径冲管+油管探,冲砂至丝堵位置。

(10)投产:按设计要求下完井管柱,装好井口,及时投产。投产初期要控制产液量,由低到高逐步增大产量,以避免流速过快刺破绕丝筛管导致地层吐砂。

3 现场应用情况

3.1 实例

柴资2井是在王集油田柴庄含油区块的一口评价井,生产层位 H3IV24,厚度6.6m,有效厚度4.6 m,由于渗透率低(表3),一直处于低效生产,日均产液0.7t,日均产油0.2t。

表3 柴资2井油层基础数据

为了提高 IV24层渗流能力,提高储量动用程度,改善生产效果,2008年4月27日对柴资2井实施压裂充填增产施工:挤入用70℃热污水配15%防膨抑砂剂溶液20m3做前置液,排量2.0m3/ min,施工最高压力19MPa,压开地层后压力逐渐下降至12.3MPa时开始加砂,砂比5%～62%,加砂量39t,总液量178m3,停泵压力20MPa。

根据柴资2井测井资料得到的地应力计算结果,压裂目的层段垂向应力为最大应力,压裂形成垂直裂缝,缝长61.7m(见表4)。

表4 柴资2井地应力计算结果

柴资2井措施后取得了较好的效果,至2009年10月31日,有效期已达554.1d,累计产液1.119× 104t,产油0.138×104t,增产原油0.127×104t,日均产液由措施前的0.7t提高到20.2t,日均产油由措施前的0.2t提高到2.5t,目前继续有效。

3.2 推广应用情况

压裂充填增产技术在柴资2井应用成功后,又在19口低产低效井上进行了实施,工艺成功率100%,措施有效率95%,取得了较好的措施效果.至2009年10月31日已生产4465.8d,产液4.671 ×104t,产油1.185×104t,增产原油0.842×104t,日均产液由措施前的46.2t提高到措施后的214.5 t,日均产油由措施前的12.2t提高到措施后的51. 3t,大幅度提高了油井产量,改善了生产效果,最长有效期已达554.1d,平均有效期为223.3d。

3.3 效益分析

在20口低产低效井上实施压裂充填增产技术,取得了良好的经济效益,措施后油井产量得到大幅度提高,生产效果显著改善,并总结出一套低孔低渗低产低效井挖潜工艺配套技术,为类似油井今后的开发提供了技术保障。20口井投入总费用959.64万元,措施后增产原油 0.843×104t,增油增效1821.59万元,阶段投入产出比为1∶1.9。

4 结论

压裂充填增产技术操作简便,适用范围广,由于配套绕丝筛管完井,在绕丝筛管和套管环形空间中充满了致密的砾石,措施后不会发生油层“吐砂”造成裂缝闭合而影响裂缝导流能力,因而措施效果好,有效期长,可有效解决低孔低渗油井低产低效的问题,达到提高油井产量,改善油井生产效果,提高储量动用程度和最终采收率的目的。该技术的成功实施,为低孔低渗油层的改造探索出了一条措施效果好、有效期长的新路,完善了低孔低渗油层改造技术体系,成为油井解堵增孔增渗、改善开发效果的有力措施。

[1] 张厚福,张万选等.石油地质学[M].北京:石油工业出版社,1982:58-60

[2] 张洪亮,郑俊德等.油气田开发与开采[M].北京:石油工业出版社,1983:70-90

[3] 魏文杰,等.采油工程[M].北京:石油工业出版社, 1983:102-121

[4] 陈元千.现代油藏工程[M].北京:石油工业出版社, 2000:65-72

[5] 万仁溥.现代完井工程(第二版)[M].北京:石油工业出版社,1996:49-53

TE357

A

2009-11-20

李古正,工程师,1968年生,1990年毕业于西安石油学院采油专业,现从事油田开发新技术研究应用工作。

1673-8217(2010)02-0093-03

编辑:李金华