水力压裂突破泥质隔夹层曲线特征及工艺措施

＊卢德义 贾凯雄 白彦军 冯强 李世献 王睿智 杨鹏飞

（中国石油集团川庆钻探工程有限公司长庆井下技术作业公司 陕西 712000）

成X井为位于宁夏盐池县大水坑镇的一口大斜度油评价井，开发层位为延长组长6层。该井所处区域的大斜度井采用注水开发，为提高裂缝覆盖程度、增大改造体积，根据前期井下微地震监测结果，优化裂缝间距为9～90m，裂缝半缝长为150～180m，将整个大斜度段分为6段，采用连续油管水力喷砂射孔，同时拖动连续油管底封进行分段压裂。喷砂射孔液体为EM30+滑溜水，压裂用携砂液为胍胶，支撑剂为20/40目石英砂。本井设计施工排量：油注排量0.4m3/min，套注排量2.6m3/min，最高设计砂浓度510kg/m3。在对成X井施工过程中，六段都出现加砂过程中压力异常大幅度波动现象。

为降低井控风险、保障本井压裂施工安全。要求：该井压裂施工过程中，周围500m范围内对应采油井、注水井，包括周围关停井，停井并安装高压井口及压力表（必须安排专人坐岗观察），如果压裂时该井井口压力突降或周围对应采油井、注水井（包含但不限于本设计提供的井、包括周围关停井）井口压力上升，立即停止压裂施工并上报项目组，后续措施报工程技术管理部组织讨论决定，本井压裂过程中周围井未出现压力上升迹象。

1.连续油管井下工具串结构

连续油管尺寸选择主要取决于施工排量。相同工作液，连续油管尺寸越大，油管内摩阻越小，相同排量下施工泵压越低；油套环空体积截面积越小，工作液在油套环空的速度也就越快。该井使用连续油管底封隔器分段压裂管柱，喷射压裂工具串总长预计5.378m，主要由外卡式连续油管接头、机械安全接头、水力喷枪、CT底封隔器、机械接箍定位器、导向扶正器等6部分构成。水力喷枪喷嘴数量为4个，喷嘴直径Φ4.5mm。

图1 连续油管喷射钻具

2.压裂液与支撑剂

(1)压裂液

本井压裂施工采用“（EM30+）滑溜水+胍胶基液+交联液”的混合水压裂液体系。为减少用水准备时间、降低压裂液成本、保护生态环境，要求压裂返排液、洗井液、酸液和剩余工作液100%不落地回收，现场具备重复利用条件时，井（段）间直接回收利用；不具备重复利用条件时，由施工方将废液拉运至集中处理点进行处理。本井喷砂射孔液体为回收液循环利用。

滑溜水：0.25% EM30++清水；

基液：0.30% CJ2-6+0.5% TOS-1+0.5% TOF-1+0.1%CJSJ-3+0.3% TJ-1+清水；

交联剂：JL-13+0.6% APS；

酸液配方：10% HCl+1.5% HF+0.5% CF-5C+0.3% COP-1+0.1% CA+1.0% HJF-94。

(2)支撑剂

20/40目石英砂：粒径0.425～0.85mm，体积密度1.56g/cm3，视密度2.61g/cm3。

①第1、2、3、4、5段压裂支撑剂准备（每段）

20/40目石英砂（喷射）1560kg（1.0m3）；

20/40目石英砂93444kg（59.9m3）。

②第6段压裂支撑剂准备

20/40目石英砂（喷射）1560kg（1.0m3）；

20/40目石英砂77844kg（49.9m3）。

3.压裂施工过程描述

2020年6月9日对成X井长6层进行压裂，本井全井六段设计压裂泵注排量都为3m3/min，其中油管排量0.4m3/min，套管排量2.6m3/min。喷点位置如裂缝设计参数表1所示。

表1 裂缝设计参数表

施工前检查现场所备水质和数量，严格按方案配方及配液要求配制压裂液。检测配制好小样，检验压裂液测基液黏度、交联性能、交联比，酸液测密度、浓度等符合设计要求。

开安全会及施工交底会，做到“五清楚”即施工设计清楚、油层特性清楚、管串结构清楚、安全措施清楚、岗位及分工清楚。开泵前将主压车的超压保护定在油注65MPa，套注45MPa。

图2 成X井压裂施工曲线

在对第一段喷射完成后，进入正常压裂泵注程序进行压裂时，压裂至加砂中期，油套压迅速升高，油压涨至59.4MPa，套压涨至44.3MPa，此时施工指挥通知混砂工立即停砂，停砂瞬间，压力迅速跌落，之后压力曲线又急剧升降几个凸起后压力平稳，之后继续加砂，顺利完成本段压裂。在后续五段的施工过程中，都遇到与第一段相同的异常情况，加砂中期压力急剧反复跳涨再掉落，打够一井筒容积顶替液后继续加砂，压力趋于平稳。

4.压力异常原因分析

(1)基液携砂性能

本次施工基液严格按照胍胶粉比为0.3%的比例配制，施工全程时刻关注液体携砂性能，第一段施工结束后，怀疑液体携砂性能不好，在井筒中或缝口沉砂造成压力波动，后续在施工其他五段时，对携砂液精细把握，化工厂人员在井场负责液体的性能，对现场胍胶液实时取样调交联，黏度实时检测保持在24mPa·s左右，加入交联剂后液体挑挂有力，挂舌圆润。所以本次压裂胍胶液携砂性能良好。

(2)地层因素

地质特征影响

①水平方向

本次压裂施工层位为长6层，从地质甜点优化图（图3）中可以看出在斜井段砂体之间有若干泥质夹层，其中在2950～3020m之间存在一套泥质夹层，将砂体分隔开来。根据裂缝设计参数表（表1）与测井图可知，本井设计将前五段射孔位置定在第二套砂体上，第六段定在第一套砂体上。所以前五段施工时，除第一段极难破压，打酸后地层破裂，第二、三、四、五段由于水平方向处于同一砂体上，受酸蚀与邻段压裂的影响，第二、三、四、五段都较第一段好破压。但是第六段极难破压，而且连续油管管径较细，液体摩阻较大，排量提不起来，替砂极消耗时间，而且挤酸后三次不破压，又要将酸替出，所以整个压裂施工过程持续10h，仅喷射后挤酸破压就持续7.5h。所以第六段较难破压主要是水平方向与前五段间隔较远且中间存在泥质纵向夹层，地层整体非均质性较强，地层滤失较大。

图3 成X井大斜度段工程、地质甜点优化图

第六段与前五段水平方向间隔较远，但是第六段加砂中期依旧出现与前两段相似的情况，即压力突然跳涨，考虑是地层纵向上泥质隔夹层的影响。

②垂直方向

根据油藏剖面图（图4）显示本井长6层砂体厚度在20m左右，自然伽马曲线砂体特征显示良好，在砂体顶部与底部有明显的泥质隔层。但是在水平上，该段砂体顶端5～8m的泥质隔层之上又发育一段伽马特征显示良好的小砂体，下方也发育3～4套小砂体，砂体之间为泥质夹层，所以施工中压力突涨突降，很可能是裂缝在纵向延伸时，遇到泥质夹层，瞬间憋压，造成压力突涨，当涨至泥质夹层的耐压极限时，瞬间泥质夹层破裂，之后又连续破几个泥质隔夹层，裂缝开始再次缓慢扩张，同时地层开始吸收液体，加砂平稳。

图4 油藏剖面图

图5 盐X井施工曲线

5.相似案例

2020年11月19日对盐X井长6层第二段进行压裂，加砂后后期压力上涨，停砂打隔离液，此时油管排量1.4m3/min，套管排量3.6m3/min。当套注胍胶液量打够一环空容积后，为了后续容易加砂，决定换成滑溜水继续过顶20m3后再开始加砂，当环空液量又注入到15m3时，套压迅速升至46MPa，油压升至55MPa，压力迅速掉落，此时套注车辆已经超过限压值45MPa，超压停泵。油注车辆保持1.4m3/min排量，压力稳定在油压平均47.9MPa，套压平均27.4MPa，随后逐级提套管排量至3m3/min，防止油压过高降油管排量至1.2m3/min，压力平稳后开始加砂，完成施工。

6.结论与处理措施

（1）地层泥质隔夹层会瞬间阻隔裂缝的扩张，造成瞬间压力突涨再突降，施工中存在较大的砂堵和超压风险。

（2）对于油管补液环空加砂压裂工艺，应当将油注、套注两边主压车用两个控制面板分开，分别设置各自的超压保护范围。因为施工时油套管的限压范围不同。若在一个操控面板中操作所有压裂车，只能将超压保护设置成最大限压值，即油管限压极限值，如果遇到瞬间压力突涨，操作员是反应不及的，将会使得套管超过其承压范围，造成套管损坏等施工风险。

（3）施工中遇到泥质隔夹层造成的压力跳涨，必须立即停砂，如果停砂后压力回落并且未超压，则继续打隔离液，顶够一井筒容积液量后，根据压力情况再考虑加砂，如果瞬间超压，隔夹层压不破，则开套放正洗一油套容积后，再关套放闭旋塞正顶。

（4）结合测井曲线与压裂现场分析盐池区域长6层内部和底部夹层较厚较致密，本区域施工中遇到压力突涨风险较大。施工时要时刻注意压力变化。

（5）对于长庆油田某些地层非均质性较强的油井区块，使用连续油管拖动压裂存在着较大的连续油管卡钻风险，对于较难破压的地层，反复打酸不仅会缩短连续油管使用寿命，而且压力突涨极易造成砂堵，从而存在连续油管卡钻、钻具脱落等风险。

（6）通过连续油管结合带封隔器的喷射工具，经喷嘴节流将高压射孔液转化为高速射孔液对套管进行喷砂冲蚀，然后进行环空加砂压裂，利用封隔器的多次上提下放坐封解封达到一趟管柱实现多级压裂、环空加砂实现较大规模改造，减少喷嘴过砂量延长喷嘴寿命，节约成本。

（7）从连续油管底封拖动水力喷砂射孔环空分段压裂技术原理入手，通过选择工具及压裂参数，到现场应用，总结施工经验，成功提高作业效率，为后续连续油管底封拖动水力喷砂射孔环空分段压裂技术的实施提供宝贵经验。