水平井段内多裂缝压裂技术研究与应用

申贝贝 何 青 张永春 李 雷 刘 威

（中国石化华北分公司工程技术研究院）

水平井段内多裂缝压裂技术研究与应用

申贝贝 何 青 张永春 李 雷 刘 威

（中国石化华北分公司工程技术研究院）

针对大牛地气田致密低渗地层特征，在总结水平井压裂工艺应用情况及其优缺点的基础上，开展了水平井段内多裂缝压裂新工艺的研究，特别是对水平井段内多裂缝压裂使用高强度水溶性暂堵剂的控制工艺原理以及段内裂缝的干扰进行了分析。并对DPT－8和DPH－60两口水平井实施了段内多缝压裂技术的现场应用试验。试验结果表明，该技术利用暂堵剂能依次封堵先期压裂形成的裂缝，使其不断蹩压而在段内发生多次起裂并延伸，形成多条新的裂缝，从而有效地增加改造体积，扩大泄油气面积或范围，进而提高压裂改造程度和油气增产效果。并能节约封隔器和压差滑套，降低施工作业成本，为大牛地气田致密低渗储层的改造探索出了新的技术途径。图7参9

致密低渗储层 水平井压裂 段内多裂缝压裂 大牛地气田

0 前言

大牛地气田位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡北部东段，主要含气层位为上古生界下石盒子组、山西组和太原组。自从1999年首钻大探1井试获工业气流后，经过多年的勘探开发与研究，取得了丰硕的成果。目前，上古生界砂岩储层的开发已经逐渐走向规模化、工业化的开发阶段。

常规的直井开发在大牛地致密低渗储层中开发难度大，建产率低。为了扩大井筒泄气面积，提高单井控制储量和产能，并借鉴前期气田开发的探索实践，华北分公司工程技术研究院通过转变理念、优化设计、完善管理，不断完善工程工艺措施，逐渐形成了满足大牛地气田致密低渗储层有效开发的工程工艺技术措施。

目前，大牛地气田主要以水平井开发为主，并已经建成国内第一个全部采用水平井开发的10×108m3产能气田。但气田主要采用裸眼管外封隔器＋投球分段压裂以及水力喷射分段压裂的改造技术措施，其工艺措施相对单一。根据国内外现场应用经验水平井段内多裂缝压裂可以通过一次或多次使用高强度水溶性暂堵剂临时封堵前次压裂形成的裂缝，迫使流体转向来达到压开多条新裂缝的目的，该技术在减少封隔器使用量的基础上，可以有效增加压裂改造体积，提高单井产量，为改善大牛地气田低渗储层的开发效果开辟了新的工艺技术途径。

1 水平井分段压裂工艺现状与存在的问题

通过水平井分段压裂开发在大牛地致密低渗气层的探索、试验和推广，逐渐形成“以羟丙基瓜胶压裂液体系为基础，多级管外封隔连续分段压裂为主，水力喷射分段压裂为辅”的大牛地气田水平井分段压裂的开发模式。

1.1 裸眼管外封隔器分段压裂

裸眼管外封隔器分段压裂工艺通过裸眼封隔器与滑套开关实现裸眼水平井段多段连续压裂，完井管柱和压裂工具一体下入井内，施工过程中投入直径大小不同的球，控制各级滑套打开，实现水平井的多段连续压裂施工。

裸眼管外封隔器分段压裂工艺的管柱一次性下入，不需要进行固井和射孔作业，减少对储层基质的污染；而且多段压裂施工可连续进行，施工周期缩短，作业成本降低。另外，施工过程中可以大排量作业，使其造缝充分而实现储层的深度改造。但是该工艺在施工过中打开滑套时压力变化有时不明显，而且无法验证封隔器是否有效座封；特别是对于裸眼井，裂缝起裂的位置只能确定在上下封隔器之间，具体位置无法确认；而且管柱永久留在井里，无法进行后续重复压裂施工等作业。

1.2 水力喷射定点分段压裂

水力喷射定点分段压裂是集射孔、分段压裂一体化，不用封隔器与桥塞等隔离工具，实现水力自动封隔，一趟管柱可以实现多段压裂。具体施工过程中可分为拖动管柱和不动管柱两种分段压裂工艺。

该工艺技术的优点在于射孔与压裂联作，一趟管柱可进行多段压裂，减少了起下管柱作业的次数，而且适应于不同的完井方式（裸眼、筛管及套管完井）。但是水力喷射分段压裂的各段之间不能可靠隔离，不能进行分段试油，施工砂比和施工排量的调整都存在局限性。

综上所述，裸眼管外封隔器分段压裂工艺技术是目前大牛地气田水平井开发的主导工艺措施，得到广泛的推广应用，而水力喷射分段压裂工艺则处于试验和不断完善阶段。鉴于裸眼管外封隔器分段压裂工艺的优缺点，为了进一步降本增效，减少封隔器及压裂滑套使用数量，降低小球级差数量，提高多级滑套内径级差尺寸，同时考虑增加压裂改造体积及改造效果，开展了新工艺——裸眼水平井段内多裂缝压裂工艺的研究和应用试验。

2 水平井段内多裂缝压裂工艺

2.1 压裂改造体积对产能的影响

数值模拟表明，储层改造体积越大（以页岩气为例），压后增产效果越明显（图1），SRV在不同取值下，累计产气量呈现大幅上升趋势，储层改造体积与增产效果呈明显的正相关性［1］。

图1 页岩气不同改造体积下累计产量预测曲线图

水平井封隔器分段内多裂缝压裂技术是在裸眼封隔分段压裂的基础上，利用暂堵剂依次封堵先期压裂形成的裂缝，使其不断蹩压而在段内发生多次起裂并延伸，形成多条新的裂缝，从而有效地扩大改造体积，增加泄油气面积或范围，进而提高压裂改造程度和油气增产效果。

2.2 段内分缝控制技术原理

水平井段内分缝控制技术的原理是在施工过程中实时地向地层中加入控制剂，控制剂在遵循流体向阻力最小方向流动原则的基础上，进入地层中已经存在的裂缝内，产生滤饼并桥堵，形成高于地层裂缝破裂压力的压差值，从而使后续工作液发生蹩压并压破地层产生新裂缝。而产生桥堵的控制剂在施工完成后溶于地层水或者压裂液，不对地层基质和支撑剂充填裂缝产生污染。

2.3 段内多裂缝压裂

裸眼水平井段内多裂缝压裂工艺是在两个裸眼封隔器之间的分段内通过一次或多次使用高强度水溶性暂堵剂临时封堵先前已加砂充填的裂缝，并提高缝内应力从而迫使流体转向，达到压开新裂缝的目的（图2）。该技术的优点在于，在不增加分段工具的基础上，可以在施工过程中通过投送暂堵剂的次数与数量来实现每个分段内裂缝数量、间距与规模的控制。

图2 段内2条缝与5条缝

在现场施工过程中，暂堵剂投送方式是压裂完上一条裂缝后，关闭井口，地面高压管线放压，打开旋塞阀，利用混砂车将预先放置在管线中的暂堵剂低压送入管线，关闭旋塞阀，打开井口，压裂车正常泵送，开始压裂施工（图3）。

图3 段内多裂缝体积压裂工艺图

2.4 段内裂缝干扰分析

裸眼水平井分段内多裂缝压裂施工过程中，要在两封隔器之间的每一单段内压开多条裂缝，如果裂缝间距太小，则缝间干扰严重，影响施工效果。

根据局部效应原理，利用ABAQUS有限元分析软件，模拟分析多条横向裂缝间距对裂缝形态和压后生产动态的影响，从而确定合理的裂缝间距，以发挥水平井最大产能［2－5］。分别模拟两条横向裂缝和多条横向裂缝的情况，分析裂缝间距对裂缝宽度和流动阻力的影响［6］（图4）。

图4 两条横向裂缝缝宽和流动阻力计算结果

数值模拟表明：对于两条横向裂缝的情况而言，当裂缝间距dX大于缝高H的2倍时，裂缝间距对缝宽和流动阻力影响变小，即对裂缝的导流能力影响变小。

图5 多条横向裂缝缝宽和流动阻力计算结果

而对于多条横向裂缝而言，当缝间距dX大于2倍缝高H时，裂缝间距对流动阻力影响最小，此时裂缝导流能力最大；而当缝间距dX大于1.5倍缝高H时，裂缝间距对缝宽影响变小。因此，水平井分段内多裂缝压裂应尽可能将裂缝间距控制在大于2倍缝高的范围，以降低裂缝间的干扰，提高裂缝的导流能力，进而提高压厚增产效果。

3 水平井段内多裂缝压裂的应用

以裸眼管外封隔器分段压裂为基础，依据水平井压裂设计原则，结合分段内多裂缝压裂施工情况，开展裸眼水平井分段内多裂缝压裂工艺的现场试验。

3.1 段内多裂缝压裂设计依据

以水平井测、录井显示结果、随钻伽马成果以及物探AVO数据和反演剖面等资料为依据，设计优选物性较好、气测全烃高、电性较好的井段为滑套喷砂器的位置；而物性较差的泥质砂岩、井径变化较小、没有明显扩径以及钻时较长的井段为封隔器坐封位置。

另外，根据断裂力学理论，水力裂缝总是从物性好、断裂韧性低的层段优先起裂，结合水平段测井解释曲线、岩石力学参数解释成果以及破裂压力剖面分析，得出裂缝起裂点，合理设计分段内的裂缝条数。

3.2 段内多裂缝压裂效果

截至目前为止，大牛地气田共开展两口水平井段内多裂缝压裂（DPT－8和DPH－60）施工试验。

DPT－8井水平段总长度为1200 m，设计7段17级压裂改造，累计加砂量591.0 m3，累计入地总净液量5166.9 m3，试气产量（图6），测压计算无阻流量为5.4656×104m3／d。目前生产油压6.2 MPa，套压7.6 MPa，平均日产量为2.7515×104m3／d，185天累计产气509.0219×104m3。

图6 DPT－8井试气产量示意图

DPH－60井水平段总长度为1215 m，设计7段17级压裂改造，累计加砂量665.0 m3，累计入地总净液量5834.1 m3，压后换2 3／8″生产管柱，试气产量（图7），测压计算无阻流量达11.0990×104m3／d。目前生产油压7.3 MPa，套压8.7 MPa，平均日产量为4.5433×104m3／d，165天累计产气749.6511×104m3。

图7 DPH－60井试气产量示意图

4 认识与结论

水平井封隔器分段内多裂缝压裂工艺在裸眼管外封隔器分段压裂的基础上，利用高强度水溶性暂堵剂来封堵先期压裂形成的裂缝，迫使压裂液蹩压到高于另处的地层破裂压裂而转向压破另处地层，形成新的裂缝。如此依次封堵先期裂缝而蹩压压开新的裂缝就可在裸眼水平井每段封隔器已分段内实现多裂缝压裂，从而减少封隔器及压裂滑套使用数量，降低坐封球体的级差数量，提高多级滑套内径级差尺寸。这不仅能进一步降本增效，同时也增加了压裂改造体积（裂缝数量），提高了压裂改造效果，还为大牛地气田致密低渗储层的改造探索出了一条新途径。但是，裸眼水平井封隔器分段内多裂缝压裂工艺技术在大牛地气田的应用才刚刚尝试，还需要在更多的现场应用实践中进行改进与完善，特别是在多裂缝之间的干扰以及对压后产能的影响等方面还需要深入研究，以期为该工艺措施的推广应用奠定基础。

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（修改回稿日期 2013－05－15 编辑 文敏）

申贝贝，男，1986年出生，2012年毕业于西南石油大学油气田开发工程专业，现从事致密低渗油气田储层改造工艺研究。地址：（450006）河南省郑州市陇海西路199号。电话：13837184899。E－mail：skxv＠163.com