小套管井压裂工艺应用技术

姚再勇

1  项目概况

在油田开发后期，为了降低成本费用，节约投资，采用老井眼开窗侧钻悬挂 4in 套管或者全井 4in 套管，俗称“小套管井”井。该措施解决了常规51/2"套管井因套损、错断等开发问题，实现老油田稳产增产的目的。该类井况由于井径小，井况复杂，分层压裂难度很大，目前常用的小套管井压裂工艺主要有光套管压裂、卡封护套压裂、封上压下压裂、水力喷射压裂等压裂工艺技术。

2  主要研究成果

2.1 小套管井压裂特点计选井选层

2.1.1  压裂施工难点

（1）小套管对固井质量要求较高，压裂施工容易造成层间串槽的发生，影响压裂施工效果及压裂施工成功率;

（2）小套管井井筒内径小，压裂施工管柱沿程摩阻大，施工压力高;

（3）要求压裂配套设备耐压强度大，压裂施工参数优化难度大。

2.1.2  选井选层

（1）井区控制有一定的剩余油储量基础;

（2）钻遇储层岩石力学参数、垂向应力分布满足裂缝延伸需求;

（3）井况满足压裂施工设计参数需求。

2.2  压裂方案设计

2.2.1  前置液量设计

前置液的主要功能是造主缝，其用量的大小，直接影响人工主裂缝的水平向的拓展沟通天然裂缝的程度，对于压裂施工的成败和施工效果都有着非常重要的影响。

前置液过量会产生无效的附加裂缝长度，裂缝过度延伸可使裂缝宽度变窄，对产量的增加贡献影响较小，另外增加施工成本，造成较低的投入产出比;前置液不足使裂缝延伸受限，影响后续阶段的加砂量，影响施工效果，或可能造成施工失败。

针对小套管井的压裂施工实践，经过工艺的综合优化模拟，将前置液用量设计在总液量的30%左右，可以使后续阶段加砂较好的得到有效支撑，提高压裂效果。

2.2.2  施工排量设计

施工排量设计一般从以下几个方面进行优化：一是裂缝形态;二是井口限压;三是裂缝缝高;四是地层滤失;五是射孔孔眼数量。在施工限压允许的情况下，尽量提高到泵注设计排量，经过对小套管地面模拟实验与理论研究，中原油田设计一般施工排量在3.5m3/min～5.0m3/min之間。

2.3.3  砂比设计

在4in套管井加砂阶段优化砂比时，根据裂缝单翼缝长和地层渗透能力，采取了“台阶式”连续加砂工艺，即保证压裂施工成功率，又逐步提高了砂比，同时使支撑剖面更趋合理，可获得高导流能力的支撑裂缝，达到理想的压裂效果。

2.2.4  控制缝高技术

控缝高是在压裂施工过程中通过优选压裂工艺、压裂液、支撑剂、施工参数等方法来阻碍和延缓裂缝在纵向延伸，从而达到设计的最优裂缝形态，最终达到高产、稳产的目的。目前控缝高压裂技术国内外主要有以下几种方法：（1）利用高应力隔层控制缝高：根据大量现场资料统计和室内硏究表明，利用泥质隔层控制裂缝高度一般应具备以下两个条件：①对于常规作业，在砂岩油气层上下的泥质隔层厚度一般应不小于5m;②上下隔层地应力高于油气层地应力2.MPa～35MPa时更为有利;（2）人工隔层技术人工隔层控缝高技术的基本原理是通过上浮式或下沉式隔离剂在裂缝的顶部或底部形成人工遮挡层，增加裂缝末梢的阻抗，阻止裂缝中的流体压力向上或下传播，继而控制裂缝在高度上进一步延伸;（3）调整压裂液的粘度控制缝高技术根据人工裂缝三维模型可知，压裂液的粘度和缝高是正相关的关系，如果需要控制裂缝纵向上延伸，采用粘度较小的压裂液，反之，如果需要裂缝纵向上延伸，使用粘度度较大的压裂液;（4）变排量压裂技术与上下隔层地应力差值小的薄油层的压裂改造，为限制裂缝高度过度延伸，采用变排量压裂技术，在控制缝高向下延伸的同时，可增长裂缝缝长，增加裂缝内支撑剂铺置浓度，从而有效提高压裂效果。

2.3压裂工艺优化设计

中原油田 4in 套管井比较深，管柱内径较小，摩阻高，引起地面设备施工压力高，造成设备损耗大，同时受油管最高限压的影响。因此根据 4in 套管井身结构的特殊性，在 4in 套管压裂施工中，主要采用光套管压裂、5-1/2in套管内卡封护套压裂、4in套管内卡封封上压下压裂、水力喷射压裂一层或水力喷射压裂两层等压裂方式。

2.3.1  卡封护套压裂工艺

悬挂4in套管井的悬挂点以上为原井套管，而原井受地层水、多次作业施工等诸多因素的影响，致使套管受到不同程度的损坏，达不到原来的抗内、外压强度，抗内、外压强度降低，为使压裂施工顺利实施，通常需要卡封保护。故在5-1/2in套管中下入封隔器保护套管，封隔器下入位置选取在悬挂点以上10—15m左右较好，下带一根φ73mm 平式油管注入，油管进入 4in 套管内的深度不宜太大。这种方式是在4in套压裂中最常用的，应用井数较多。

2.3.2  封上压下压裂工艺

中原井下成功研制了4in套分层压裂工具和压裂管柱组合，达到了保护上层对下层进行施工，或配合下部填砂对中间层施工的目的。并在现场得到了良好的应用，解决了现场实际困难。目前成功应用50口井。

2.3.3  水力喷射压裂工艺

水力喷射压裂工艺是集射孔、压裂、隔离一体化的新型增产措施， 能够在指定位置喷砂射孔， 利用射流动态封隔的方法通过射孔孔道制造裂缝， 实现了射孔压裂一趟管柱，适用于4in套小井眼单层或多层压裂。

水力喷射压裂和封隔机理：喷射射孔完成后，关闭套管闸门，由油管和套管分别泵入流体。油管中的流体经过喷射工具，射流继续作用在喷射通道中形成局部增压，高速流体的冲击作用在水力射孔孔道顶端产生微裂缝，降低了地层起裂压力。向环空中泵人的无支撑剂流体可维持和增加井底环空压力，喷射流体的增压和环空压力的叠加超过地层破裂压力，瞬间将射孔孔眼前端处地层压破。压开地层后，由于裂缝的延伸压力低于破裂压力，在基本保持环空压力的情况下裂缝不断延伸，加入支撑剂对裂缝起充填和支撑作用。

3  现场应用情况及经济效益分析

本技术共计在现场应用72井次，其中光套管压裂方式应用3井次，卡封护套压裂方式应用47井次，封上压下压裂方式即小直径封隔器20井次，水力喷射两层应用2井次，压裂一次施工成功率100%。累计增油58.6×104t，累计增气197×104m3，取得了较好的经济效益，具有重要的应用技术推广价值。

4  结论及认识

通过该技术的理论研究和现场应用，逐渐形成了一套对小套管（4in）井压裂工艺及配套技术，有效解决了老井因套变影响生产的难题，提高了油气田开发的整体效益。认识如下：

（1）通过支撑剂段塞技术可以降低弯曲裂缝造成的附加摩阻，避免产生多裂缝;控制逢高技术可以控制逢高，避免逢高失控;

（2）由于水力喷射的水力分隔原理，准确的在指定层位制造裂缝，对水力喷射加砂压裂技术进行改进和创新，将水力喷射应用在4 in套管井分层压裂改造并已应用于现场，取得了较好的效果;

（3）对于小套管井（4in）进行分层压裂工艺技术，提高了油区老井利用率，增加了老区产量。