应用技术标准提升低渗致密储层压裂效果

茹红丽，骞铁成，巫莎明，张改霞

中国石化胜利石油工程有限公司井下作业公司(山东东营257077）



应用技术标准提升低渗致密储层压裂效果

茹红丽，骞铁成，巫莎明，张改霞

中国石化胜利石油工程有限公司井下作业公司(山东东营257077）

摘要低渗致密储层低孔、低渗、高温、高压、天然裂缝发育、无自然产能，如何采取有效的压裂增产措施提高该类储层产能是国内外专家备受关注的重要技术难题。标准化的推广、应用及严格执行是保障该类储层增产效果的重要技术手段。以技术标准为基础，通过室内实验与现场结合，开展了压裂液优选、支撑剂优选、管柱结构优化及地面流程优化等研究，初步形成了低渗致密油藏压裂改造技术，提升了胜利油区低渗致密储层压裂改造效果。

关键词技术标准；低渗致密油藏；压裂效果

AbstractLow permeability reservoir is the reservoir of low porosity and low permeability, high temperature, high pressure, developed natural fractures and non natural productivity, and it is an important technical problem at home and abroad how to improve the productiv⁃ity of the type of reservoirs by effective fracturing measures. Promotion and strict implementation of standardization is the guarantee of in⁃creasing the yield of this kind of reservoirs. Based on technical standards, the fracturing fluid, proppant, string structure and surface work flow are optimized through the combination of laboratory experiment and field practice, a fracturing technology suitable for low per⁃meability reservoirs is formed, and it improves the fracturing effect of the low permeability reservoirs in Shengli Oilfield.

Key wordstechnical standard; low permeability tight reservoir; fracturing effect

低渗、特低渗油藏是中国石化胜利油田重要增储阵地之一，压裂改造是这类储层增产的主要技术手段。该类储层地质情况复杂、高温高压，是压裂设计面临的主要技术难题。统计72个区块2 220个小层，平均单层厚度3.6m，最小的单层平均厚度0.2m。如纯26块3砂组层内非均质严重，渗透率最大43×10-3μm2，最小0.06×10-3μm2，级差650，平均渗透率8.3×10-3μm2，变异系数1.05，非均质系数5.3。层多、层薄、断层发育对压裂改造工艺提出了很高的要求，考虑产层与夹层及隔层间的应力差异，多层分层(间互层)加砂压裂难度大。如商646岩心观察可见纵向上油砂、水砂频繁叠置，含油性极为复杂，因此对改造工艺要求高。低渗透大部分埋深在3 000m以上，近几年的勘探新区埋深在4 000m以上，具有高温、高压的特征，对压裂材料、作业工具及设备提出了更高要求。微裂缝在净压力作用下开启，不易形成明显的破裂点，造成压裂液的大量滤失及裂缝的深度伤害，易提前脱砂，影响压后增产效果。

胜利油田低渗致密油藏埋藏深、物性差、品位低、天然裂缝发育，压裂工艺成为其有效增产的主导技术，目前低渗致密油藏的改造工艺已基本配套完善，在解决上述问题中已初步发挥作用。但如何进一步提高压裂增产效果，压裂关键技术的优化显得尤为重要。

1　标准化提升了压裂设计优化技术

针对低渗透致密储层非均质强，高温高压、井身结构复杂等诸多改造难点，在技术对策上以多项标准为基础，室内实验与现场结合为手段，大胆引进国内外先进工艺技术，通过优选、改进，形成了适合该类储层的压裂改造技术，达到了低渗油藏有效增产的目的。

1.1压裂技术及施工参数的优化

按照Q/SH 1020 1303-2012《压裂工程设计规程》[1]，对压裂设计井地质条件、油气藏条件、岩心分析情况、井层条件及区块压裂井等资料进行分析，确定储层改造的难点及对应采取的压裂工艺技术，结合FracproPT2011压裂设计软件进行压裂施工参数优化。如夏斜352井位于济阳坳陷惠民凹陷临南地区东翼，主要目的层为沙三中段，测试渗透率0.11×10-3μm2，该区同层压裂井压裂均有一定的产能，但压后稳产期短。设计人员按照设计标准对井层进行分析的基础上，借鉴国内外高速通道压裂的成功经验和技术思路，对目的层进行高速通道压裂试验，即采用支撑剂脉冲塞式加砂、加砂阶段全程伴注纤维工艺，使支撑剂在裂缝中形成独立的基团并最终支撑裂缝，从而形成畅通的网络通道，以大幅提高支撑裂缝导流能力，改善压裂效果。

1.2压裂液体系及支撑剂的优化

1.2.1压裂液体系优化

参照SY/T 5107-2005《水基压裂液性能评价方法》[2]、SY/T 6376-2008《压裂液通用技术条件》[3]标准，对压裂液体系的优选主要从压裂液表观黏度、交联时间、耐温耐剪切性能、动、静态滤失、残渣含量、配伍性等方面进行优选。目前胜利油田常用的水基压裂液体系主要为羟丙基胍胶压裂液体系、羧甲基羟丙基胍胶压裂液体系、高温延迟压裂液体系，每种压裂液体系均有其优缺点，分别适用于不同的储层，其中羟丙基胍胶压裂液成本低，但耐温仅130℃（图1），且对储层的伤害率达72.4%。羧甲基羟丙基胍胶压裂液成本相对较高，耐温可达到180℃（图2），且残渣含量也相对较低。储层设计进行压裂液优选时，结合地层特点，参照SY/T 6376-2008《压裂液通用技术条件》标准对压裂液体系进行评价，然后选出适合井层改造需要的压裂液体系。如利988井油层井段深度4 121.80~4 128.70m，测试地层温度160℃，渗透率0.005×10-3μm2，对压裂液体系优选时主要从耐温、低残渣考虑，因此优选羧甲基羟丙基胍胶压裂液体系。

1.2.2支撑剂优化

优选支撑剂是压裂设计的重要环节。选用的支撑剂必须与储层条件及工程条件相匹配。依据Q/SH 1020 1598-2013《压裂支撑剂性能指标及测试方法》[4]及SY/T 6302-2009《压裂支撑剂充填层短期导流能力评价推荐方法》[5]标准，选用支撑剂时结合储层岩石特征、地应力情况主要从分选、圆球度、破碎率、体积密度、视密度、导流能力等方面考虑，优选出适合储层改造的最优支撑剂或者支撑剂组合。如利988井测试地层压力81.64MPa，压力系数2.02，预测地层闭合应力80MPa，且储层非常致密，考虑到加砂难易程度，优选粒径0.3~0.6mm闭合压力86MPa单一支撑剂。

1.3压裂配套工艺技术

1.3.1压裂设备配套

依据SY/T 5211-2009《压裂成套设备》[6]优化低渗透压裂施工用到的地面流动设备主要有压裂泵车、仪表车、混砂车、供酸泵、酸罐、砂罐车、上液罐车、管汇车等。为了低渗透储层施工设计的要求，通过引进和设备改装，具备了额定最高泵压105MPa，施工排量6m3/ min以上，可进行压裂作业施工的高压大功率压裂车组，并成功完成了多口井的压裂施工。

1.3.2压裂施工配套工具

为实现低渗透油藏压裂工艺的要求，还必须有一套相应的井口和井下工具。为了尽量避免造成套管和固井水泥环的破坏，提高施工注入压裂，保护井口，降低施工风险，目前压裂施工多采用封隔器+油管进液方式。依据SY/T 6268-2008《套管和油管选用推荐作法》[7]，压裂油管管柱既应满足施工作业（外径、抗内压、抗拉伸）的要求，又能够有效地降低压裂液摩阻。

图1 羟丙基胍胶压裂液体系粘温性能

图2 羧甲基羟丙基胍胶压裂液体系粘温性能

表1 常用封隔器性能参数表

此外，井下工艺研究所特别改进、研制了以Y531、ZY541、RTTS为代表的3大系列17种封隔器（表1），并配套完善了相应封隔器标准，满足各类低渗透储层压裂改造的需求。

1.4压裂液返排制度的优化

结合低渗透油藏地质特征建立了压裂液返排井口压力、支撑剂沉降等数学模型，并按照Q/SH 1020 1303-2012《压裂工程设计规程》，编制了低渗透致密储层压裂液返排制度优化软件，方便了各类储层返排制度优化设计。

Q/SH 1020 1155-2012《油气水井压裂施工安全操作规程》[8]规定了陆上油气水井压裂施工准备和施工过程安全操作方法和要求。对压裂井口的安装、高压管件的检测、压裂仪表的检测，压裂储液罐的摆放、压裂施工的协调、出现隐患的应急管理都进行了详细的要求。现场技术人员严格按照Q/SH 1020 0133-2009《压裂施工地面流程安装技术要求》[9]标准对压裂施工现场进行相关检测和合理摆放，严格按照标准及现场总指挥要求进行压裂施工，保障了现场压裂施工安全。

续表1

2　标准化技术应用效果

截至2015年5月，实施低渗透致密油藏压裂设计20口，压裂施工成功率98%，施工有效率89.3%，平均每口井日增油5.3t，累增油6 836t。以各种压裂技术配套标准为指导，胜利油田低渗透致密油藏取得了良好的增产效果。如利988井，地层温度161℃，测试渗透率0.005×10-3μm2，地层压力81.64MPa，压力系数2.02，属特低渗高温储层。针对储层温度高的特点，主要从入井工具及液体体系两方面结合SY/T 6268-2008《套管和油管选用推荐作法》、SY/T 5107-2005《水基压裂液性能评价方法》、SY/T 6376-2008《压裂液通用技术条件》标准进行优化。通过室内实验，优选出的羧甲基羟丙基胍胶压裂液体系，具有用量低、低残渣、低伤害、易返排、耐高温等优点，耐温达160℃以上。压裂工具优化为89mm（P110）油管+ ZY541封隔器，并装1000型压裂井口。

针对储层致密特征，结合Q/SH 1020 1598-2013《压裂支撑剂性能指标及测试方法》及SY/T 6302-2009《压裂支撑剂充填层短期导流能力评价推荐方法》标准，分别对0.212~0.425mm、0.3~0.6mm、0.425~ 0.85mm 3种支撑剂性能指标及导流能力进行测试，并通过压裂软件模拟，采取支撑剂段塞及高强度小陶粒工艺（0.212~0.425mm陶粒支撑剂段塞3m3，0.3~0.6mm陶粒37m3）。正挤前置液162.5m3、携砂液178.3m3、顶替液23.2m3，泵压48.7、77.3、75.7MPa，排量4.82~4.28m3/min，加入粒径0.212~0.425mm陶粒砂3m3，0.3~0.6mm陶粒37.0m3，砂比7.6%~41.7%；3次破裂压力76.40MPa，全程套管打平衡40.0、30.9、31.1MPa，停泵压力52.4MPa。2013年4月投产，日产油87.5t，日产气8 861m3，累计产油483.3t，水294m3，取得较好的增产效果。

如梁759井，测试有效渗透率0.005 7×10-3μm2，测试压力系数1.72，地层温度166℃，自然产能偏低。储层埋藏深，温度高，测试有效渗透率低，优选延迟

交联压裂液体系，加入低伤害处理剂FY-ZX，有效保护储层；采用高强度、组合粒径陶粒加砂方式（0.212~0.425mm陶粒砂20m3，0.425~0.85mm陶粒砂30m3），提高裂缝长期导流能力；采用压裂泵抽一体化管柱，提高压后返排率。正挤前置液209m3、携砂液224m3、顶替液21.2m3，泵压43.60~73.80MPa，排量1.10~4.80m3/min，加入0.212~0.425mm陶粒砂20m3，0.425~0.85mm陶粒砂30.0m3，砂比5.78%~36.6%，破裂压力69.20MPa，套管打平衡19.39~24.80MPa停泵压力52.50MPa。该井2013年7月投产，累计产油76.2m3，水303m3；日产油7.7t，水13.3t，取得了较好的增产效果。

3　结论

1）低渗透致密油藏储层复杂，低渗高压高温，对压裂工艺提出了较高的要求。

2）以技术标准为基合室内实验对地层岩心及压裂入井材料的检测，对低渗致密储层压裂设计优化，初步形成了以羧甲基羟丙基、延迟交联液为主的耐高温压裂液体系、高导流能力支撑剂组合技术、ZY541系列高温压裂封隔器、压裂泵抽一体化压后返排技术、施工排量6m3/min以上高压大功率压裂设备配套等一整套的低渗致密储层压裂配套技术，满足了低渗致密储层压裂施工的需要，有效保障了胜利油区低渗致密油藏压裂改造效果。

参考文献：

[1]压裂工程设计规程:Q/SH 1020 1303-2012 [S].

[2]采油采气专业标准化委员会.水基压裂液性能评价方法：SY/T 5107-2005 [S].北京：石油工业出版社，2005.

[3]石油工业标准化技术委员会采油采气专标委.压裂液通用技术条件：SY/T 6376-2008 [S].北京：石油工业出版社，2008.

[4]压裂支撑剂性能指标及测试方法: Q/SH 1020 1598-2013 [S].

[5]采油采气专业标准化委员会.压裂支撑剂充填层短期导流能力评价推荐方法：SY/T 6302-2009 [S].北京：石油工业出版社，2010.

[6]全国石油钻采设备和工具标准化技术委员会.压裂成套设备：SY/T 5211-2009 [S].北京：石油工业出版社，2010.

[7]石油工业标准化技术委员会石油管材专标委.套管和油管选用推荐作法：SY/T 6268-2008 [S].北京：石油工业出版社，2008.

[8]油气水井压裂施工安全操作规程：Q/SH 1020 1155-2012 [S].

[9]压裂施工地面流程安装技术要求：Q/SH 1020 0133-2009 [S].

收稿日期：本文编辑：尉立岗2015-11-23

作者简介：茹红丽（1979-），女，工程师，主要从事油气水井压裂酸化设计、压裂用料检测及现场技术服务工作。