压裂分求复合试油技术研究

肖鸿峰 邓武强 徐锋波

（川庆钻探工程有限公司长庆井下技术作业公司，陕西 西安 710018）

一、概述

近年来，随着石油勘探开发力度的加大，压裂技术获得了迅猛发展,分层压裂试油技术也日渐成熟。一般来说，对于压裂分求复合油井的作业，多采用两个封隔器卡住待压层进行压裂，长庆油田采用某种压差式封隔器，在压裂施工时，借助油管泵注压力和套管释放压力的差值坐封封隔器，施工完成后，进行压力封隔器的释放，若是对单层进行排液求产，将原钻具起下，换成分求钻具即可，这就表明有两次钻具起下作业，因此，选用压差式封隔器作为下封隔器，以期实现用一遍钻具来完成分层压裂工作。近年来许多大型油田都采用了该方法，收效良好,尤其是机械分层压裂技术的应用效果更显著，使用该种工艺不仅可以减少成本、缩短作业时间，而且能够有利于储层地质改造，很大程度上推动了油气储层改造技术继续发展。

二、试油中地层损害原因及其应对措施

（一）地层损害的原因分析

我们知道，油田储层地质结构复杂、岩性多样，试油过程中不可避免的会造成储层破坏，表现在以下几方面：（1）钻井损害通常储层纵向分布呈现两个或更多层段的油田，储层类型多样，多为低渗透油藏，钻井过程中极易产生污染。造成储层损害，如改变地层液体固有性质，堵塞液体流动通道，降低地层渗透性等，导致试油效果不佳。通常来讲，钻井过程中对地层带来损害的情形有三种：①前期钻井中采用的过平衡技术对地层原始承载力构成威胁，使得部分钻井液深入地层，从而导致粘土原有性质发生改变，构成损害。②钻井液的携带能力具有限定性，且不稳定，引起井眼周边地层的空隙中掺入钻井液里的固相颗粒物，易造成液体流通通道发生堵塞，破环储层属性。③水泥浆极其容易在固井时流入地层，致使粘土矿物分离。水泥的水化作用导致孔隙中的氢氧化物因过于饱和而发生重结晶现象，另外，氢氧化物可与地层中的高含量的硅发生化学反应而生成熟石灰，熟石灰具有粘结性，造成地层污染，对地层的渗透作用构成强烈威胁，无法达到好的试油效果。（2）开发损害开发过程中，如果生产工作制度不合理，会直接导致地层压力迅速下降，造成地层内部压力分布的变化，并会造成晶体的运移变化和形状改变，最终导致地层渗透力降低，储层受到严重损害。（3）施工损害施工过程中，流入井筒的各种液体，由于与地层流体性质有差异，会导致地层流体性质的改变，孔隙被堵塞；固相颗粒进入地层,降低油气层的导流能力,增加渗流阻力;射孔工艺不合理,阻碍了地层流体向井筒内流动。

（二）减少油层损害的措施分析

通过上述原因分析，我们知道在钻井、开发和施工这三个作业过程中都会对地层造成损害，使得井筒附近形成污染带,最终影响油气井的产量，因此采用以下措施进行来降低对油气层损害，预防措施包括：（1）合理优化射孔工艺；（2）水力压裂工艺技术；（3）快速排出液体。需要指出的是：一些具有复杂性质的特殊油藏，试油排液工作量往往较大，严重影响试油效率的提高。压裂关井后,迅速扩散压力以排出压裂残液，成为压裂施工后最重要的工作。因此,应该做好排液工作，保证试油结论的准确性，并确切认识储层，整体上提高油田勘探的经济效益。

三、进行分层压裂的井筒与地层满足的条件

通过上述研究，我们知道分层压裂是对同层各层级进行压裂作业，并且各个压裂层具有不同的破裂压应力，若要实现每个压裂层级的良好压裂，需要采取很高的技术与工艺措施。基本方法是：一次下管柱，将压裂目的层通过多级封隔器座封进行分开处理，这样就实现了一次施工完成多项压裂层级任务的结果。综合研究，进行分层压裂的井筒与地层满足的条件包含以下几方面：（1）压裂各层级之间的距离应长短适当如果距离过短，无法保证封隔器座封需要的足够空间；距离过长，会增加座封和管柱起下的难度，对分层压裂不利。（2）各个压裂目的层具有不同的破裂压应力，且隔层的压力差应足够大如果压裂目的层压应力相同或近似，压开就无需分层，无法实现分层压裂的价值意义。同时，隔层之间的应力差足够大，才能避免裂缝因多次压裂而过度延伸，避免了砂埋管柱现象的发生，保证压裂的成功，延长油井大修周期。（3）应该慎重对待复杂井（如深井等）的分层压裂过程复杂井实施分层压裂技术难度很大，其特殊性对封隔器的多项性能都提出了很高的要求，座封难度对分层压裂的实现也提出了挑战。（4）分层压裂时，顶端封隔器之上尽量避免出现射孔段如果不可避免出现射孔段，应对相应层级的各项性能进行巩固、加强，避免封隔器出现砂堵和油管破裂。（5）保证压裂各层间有优良的固井及套管质量如果管出现偏离，封隔器座封井段套管发生变形等现象，都会影响分层压裂的效果，因此对套管的抗压强度和质量有重点要求。

四、压裂分求复合试油技术研究

（一）工艺基础

分层压裂技术作为压裂的关键工艺，也是压裂分求复合试油技术的重要基础。分层压裂是采用一次管柱进行多次压裂，要求不能出现砂堵,避免工序复杂化，合理的工艺设计显得尤其重要。设计施工应注意的事项：（1）优化施工规模及施工参数可以保证压裂达到效果，避免砂堵或者裂缝过度延伸问题。（2）避免封隔器堵塞压裂时，所利用的液体，应具备很高的携砂能力，避免封隔器造成砂卡，同时管住中也应尽量少的出现固体微粒。（3）在施工结束后,在压差作用下，全部敞开放喷。然后立即用清水返洗井，再次避免砂卡。（4）合理设计座封位置要求下部封隔器与上部油层之间的距离适当,避免过长后导致封两者之间的空隙增加，影响沉砂作业。

通过研究，我们知道如果在压裂施工作业中出现液体排出不畅、封隔器砂卡、坐封失败等问题，会严重制约压裂技术的进一步发展。故要不断改进工艺。下面我们重点探讨压裂分求复合试油工艺原理。

（二）工艺原理

1 多级封隔器坐封原理

下钻前，把机械封隔器倒槽至下钻状态下钻至设计位置后，上提一定高度，进行旋转，释放中心管下行，继续下放管柱，推动胶筒和锥体下行，继而施加坐封载荷，封隔器的胶筒受压缩胀大，不断增加载荷至封隔器坐封。完成施工后，由于不同型号的封隔器，坐封压力不同，打入液体逐级升压,在不同压力下稳压一段时间,各级封隔器在各自需要的不同压力下分别座封,当封隔器座封完毕,继续升高压力,利用压力打开节流器开关,完成座封。重复坐封动作即可实现多级封隔器坐封。

2 压裂分求基本原理

分层压裂技术的的第一层压裂时,关闭其余各层的压裂开关，直至压裂结束，投放钢球，并其速度产生的惯性打开第二层的滑套开关，同时封闭通往第一目的层的通道，持续加压至开放开关，接着进行第二、三、四层压裂，到压裂全部结束后，实现多层一起放喷。基于此，分层求产是采用压差式封隔器和机械封隔器组合压裂管柱结构，按照设计位置，合理下放管柱。首先坐封机械封隔器，并坐好井口，对目的层进行压裂作业，解封机械封隔器，对全井筒进行排液，降低液面，然后重新坐封机械封隔器，完成目的层求产作业。

（三）工艺流程

压裂分层求产的钻具包括丝堵、尾管、多级封隔器、水力锚、油管等，其工艺流程为：（1）下放施工管柱到设计位置，调整井口，坐封封隔器。（2）摆好压裂车辆，联接地面高低压管汇，先冲管线，再试压到设计压力。（3）用活性水正循环灌井筒，对目的层按照泵注程序进行压裂施工。（4）压后逐级放喷，然后卸井口，封隔器解封，排液降液面。（5）再次坐封封隔器，封隔目的层下端，坐好井口，对目的层完成求产。

（四）工艺效果

2009年，经过近10天进行现场试验，表明：压裂分层求产试油能明显减少对地层的损害，选用的多级封隔器坐封是可靠的，同时能够满足压裂的需要；同时该封隔器密封性能良好，求产数据真实可靠；此外，该工艺还可以起到一定的防砂目的。所以，该工艺对于多层分压分求的油井，特别是预探井，石油过程中能够及时排液，对于减少储层伤害具有重要作用。

结语

综合上述研究，压裂分层求产试油技术是在原有压裂技术基础上的较大进步,使用该工艺缩短了施工周期,降低了成本，还可以减少对储层造成的伤害。该工艺尤其适用于特殊油井压裂，可对油层进行改造和恢复,提高试油效率。然而随着油田进入开发中后期，采油难度也在不断增加，依然存在一些亟待解决的问题，从而对压裂技术提出了更高的要求。今后一段时间内，排液问题仍是压裂试油相关技术研究的重点。

[1]张伟，张华丽，李升芳，等.机械分层压裂技术在江苏油田的研究和应用[J].石油钻采工艺，2008，31（02）.

[2]李文洪，王吉文.分层压裂工艺技术研究[J].吐哈油气，2006，11（03）.