延长油田水平井体积压裂工艺探索与实践

张永飞，闫钰琦，刘磊峰，高彦兵，赵世军

(延长油田股份有限公司，陕西 延安 716000)

水平井压裂增产技术作为国内外油气田勘探开发的重要内容而成为人们关注的焦点，随着常规油气的不断开发，致密油的发现为延长油田增添了新的活力，但同时为开发技术提出了更高的要求[1,2]。目前，延长油田水平井常规压裂工艺对致密油藏储层的改造能力有限，效果不佳。因此，开展延长油田体积压裂可行性研究非常必要，进一步明确缝网形成条件，探索体积压裂改造工艺，实现储层动用最大化，保证改造规模，为致密油水平井科学高效压裂开发提供技术支持，同时为同类油藏压裂开发起到一定的借鉴作用。

1 体积压裂工艺技术及实现的地质条件

1.1 体积压裂工艺技术

相对于常规压裂形成的单一对称缝，体积压裂是在形成一条或者多条主裂缝的同时，实现天然裂缝与人工裂缝相互交错的裂缝网络，进而实现地层三维方向的全面改造，增大渗流面积及导流能力，提高油井初始产量和最终采收率。从施工工艺上，通过改变常规油管加砂方式，采用油套环空或者光套管加砂，配套采用采取大排量、大砂量、低砂比泵注工艺，实现体积压裂现场实施。

(1)水力喷砂射孔+环空加砂压裂工艺(TDY)

水力喷射环空加砂多簇压裂工艺技术采用双喷射器进行两簇射孔压裂，上下喷射器间隔20 m左右，喷射器采用四个6.3 mm的喷孔(图1)。压裂作业时，首先座封底部封隔器，然后进行喷砂射孔，射孔完成后从油套环空进行加砂压裂，油管进行补液，压后放喷，之后上提管柱进行下一层段施工，重复上述步骤完成多段压裂。该工艺施工安全性高，可以用一趟管柱在水平井中快速、准确地压开多条裂缝，水力喷射工具常规油管相连接入井，施工方便、快捷[3-5]。

(2)桥塞射孔联作

泵送桥塞-射孔联作技术是综合了水力泵送、桥塞座封、多级分簇射孔等多项技术。通过一次下井，既可以实现座封桥塞，又可以实现多级分簇射孔，而且可以实现带压作业(图2)。该工艺通过光套管压裂，适合进行大排量、大规模施工。利用多簇射孔，更易形成复杂裂缝，提高储层改造效果。钻塞后为全通径井筒，为后期作业创造便利条件[6]。该工艺可实现全通径、无极限施工，可保证套管完整性，连续油管工具集成了喷砂射孔器，可作为防范措施，一旦滑套无法打开，可以选择喷砂射孔进行压裂施工。

图2 连续油管压裂工具示意图

(3)连续油管带底封拖动压裂技术

连续油管带底封拖动压裂技术是用连续油管将井下工具串输送到射孔位置进行坐封，利用工具串上自带喷枪进行喷砂射孔作业，射开套管后，从套管环空进行压裂，压裂液通过套管射开的孔道进入地层；第一段施工结束后，上提连续油管解封封隔器，再次定位进行下一层施工，下放坐封封隔器对前一段进行封隔后，开始进行第二段施工作业，以此步骤完成所有层段施工。该工艺施工可控，并可以连续多级施工，达到提高改造效率和规模的目标[7,8]。

通过对比分析三种体积压裂工艺，水力喷射环空加砂、连续油管带底封拖动压裂技术施工时由于油管限制，最高排量能达到8.0 m3/min，桥塞射孔联作工艺可实现光套管压裂，施工排量可达到15.0 m3/min，各工艺优缺点对比见表1。

表1 水平井体积压裂工艺特点对比

1.2 体积压裂实现的地质条件

影响致密砂岩储层压裂缝延伸的地质因素主要包括储层的岩石矿物成分、岩石力学性质、天然裂缝分布以及水平应力场等几个重要方面。

(1)岩石矿物成分

从致密砂岩矿物学分析，很大程度上岩石的脆性是由岩石的矿物成分所控制，通常以致密砂岩中石英的含量占全部矿物成分的百分比来判断该地层是否有利于在储层改造中形成裂缝网络。通常认为，泊松比越小、弹性模量越大，岩石的脆性则越大，储层改造中油层越容易形成复杂缝网。当前，通过矿物组成含量比例以及泊松比和弹性模量来计算脆性指数是目前现场工程施工中常用的表征砂岩塑性与脆性计算的重要方法。

(2)天然裂缝发育程度

研究认为，在天然裂缝或层理发育储层中，体积压裂更易形成复杂缝网[9]。因此，天然裂缝的存在在一定程度上可以提高水力压裂的有效性，改善砂岩基质的渗流能力，增大储层的有效渗流面积。微裂缝将是致密砂岩油气渗流的主要通道，天然裂缝的走向、密度、宽度等特征在很大程度上决定了致密砂岩油气是否具有勘探开发价值。

(3)水平应力差

水平应力差是指最大水平主应力和最小水平主应力之差，它是影响体积压裂缝网能否形成的重要条件，特别是对裂缝性发育砂岩储层更为明显。实验得出，高逼近角低应力差下，水力裂缝将发生沿天然裂缝延伸或穿过天然裂缝的混合模式；低逼近角和中逼近角低应力差下，水力裂缝容易沿天然裂缝起裂延伸，因此可得出储层改造中，在低水平应力差下体积压裂更易形成复杂缝网[10]。

2 延长油田体积压裂可压性分析

2.1 储层岩石的矿物组分及脆性特征

储层岩性具有显著的脆性特征，是实现体积改造的物质基础。通过取样分析，大量研究及现场试验表明：延长油田不同区域，储层岩石矿物组分差异较大，富含石英或者碳酸盐岩等脆性矿物的储层有利于产生复杂缝网，黏土矿物含量高的塑性地层不易形成复杂缝网。延长油田致密油矿物分析见表2。

表2 全岩矿物组分分析统计表

2.2 储层天然裂缝

图3 致密储层岩心裂缝情况

通过延长油田致密油层试井资料分析与岩芯试验表明：在地层条件下这些微裂缝是闭合的，对油气渗流影响不大(图3)。但压裂时，可将人工裂缝与天然缝沟通。从区域裂缝特征看，天然裂缝主要为垂直裂缝。天然裂缝的存在使得人工改造后的裂缝系统更加复杂，对体积压裂、缝网形成极为有利。

通过对比国外体积压裂典型地质特征参数(表4)，延长油田致密油藏与国外致密油层相比，脆性程度、物性条件、天然裂缝特征等方面有一定的相似性，在一定程度上有利于形成缝网，具备体积压裂地层条件，可以进行体积压裂探索试验。

表4 国外体积压裂典型地质特征与延长地质特征对比

3 现场施工分析

3.1 单井产量分析

以黄陵区块为例，通过对比同一井组不同压裂工艺生产曲线(图4)，SP4井采用常规压裂工艺，平均日常油3.2 t，SP5井采用体积压裂(射孔桥塞)工艺，平均日常油10.4 t，是常规压裂的3.1倍。充分说明体积压裂能够明显提高单井产量。

3.2 整体效益分析

该区块共有水平井52口，其中水平井体积压裂井39口，常规压裂14口，虽然体积压裂较常规压裂平均投资较高，但其新建产能大，投资回收期短，通过分析整个区域新建产能、投资回收期(表5)，可以得出水平井体积压裂可实现致密油的高效开发。

图4 SP4井、SP5井生产曲线

表5 体积压裂与常规压裂投资回收期分析表

4 结论与建议

延长油田储层具备实施体积压裂的条件，水力泵送桥塞射孔联作、水力喷砂环空加砂压裂工艺得以应用，并已经成功实现了体积压裂技术对储集层的改造，可见，体积压裂技术将有望逐步成为致密油藏经济有效开发的关键技术。但是，体积压裂裂缝形态、具体施工最优参数值得进一步研究。