双封压裂工艺技术研究与应用3

双封压裂工艺技术 中原油田分公司 采油工程技术研究院 二 00三年四月 2 目 录 一、研究的目的意义 二、双封压裂工艺原理及施工工艺特点 三、现场应用实例 四、发现问题及改进措施 五、推广应用情况及效果 六、认识与结论 3 一、项目开展的目的意义 中原油田开发已经到了高含水期，主力油层开发程度高，水驱动用程度低，挖掘 、 类油层的潜力，对其进行油层改造是老区挖潜、油田稳产的关键措施。中原油田属低渗油气藏，油层非均质严重 ，开发历史上压裂技术一直是油藏增产及改善开发效果的最重要的措施，采用分层压裂工艺技术进行分层改造是改善 、 类油层的主要手段，是长井段、多非均质油层改造的有力措施。以往采用的压裂工艺技术主要有合压、卡封、填砂、投球及限流压裂及其组合等压裂方式，现已满足不了目前实际需要。卡单封、填砂分层压裂存在一次施工层段有限、增加作业工序及入井液污染地层的缺陷。投球分压通常采用投一压一、投一压二或投二压三等方式，适用于单套油层内层间物性差异不大，多套油层物性差异明显并有一定的隔层，对长井段、多油层、物性差异不大的井进行压裂 改造时存在以下弊端：一是难以保证压开所有的目的层，未被压开的部分油层反受压裂液的污染，或者压开的层出现二次进液，影响压裂效果；二是油层厚度大，压裂液受多层滤失影响造缝，油层改造不彻底；三是判断先压开的层不一定完全准确，投球量难以确定，总之就是投球分压存在很大的不确定性，还有可能对 、 类油层造成负面的伤害，多年来的经验和认识认为效果不是很好。双封分层压裂可以克服投球分压的弊端，针对性强是改造 、 类油层的最有效的手段， 2001 年初开始对双封压裂工艺技术进行研究，并应用于现场，实践中又提出了改进措施，经过两年 多现场应用证明双封压裂工艺效果好，投资少，事半功倍，目前双封分压工艺技术已经应用成熟并逐渐扩大推广规模。 4 二、双封压裂工艺技术原理及应用条件 双封压裂是通过封隔器分层压裂管柱来实现，是通过封隔器和喷砂器将压裂目的层分开，实现分层压裂的目的。 双封压裂的工作原理：双封分层压裂管柱在下入后，压裂前投入钢球，打压坐封，然后加压打掉一级滑套，压裂第一层。第一层压完后再投入球杆，加压打掉二级滑套，封闭第一层，压裂第二层。压后待压力扩散后大排量返洗井，上提解封。使用的工具有： 水力锚 安全接头 喷砂器：割缝喷砂器 滑套喷砂器 封隔器；型号 一）管柱结构及工作原理 1、封上压下 结构： 隔器、割缝喷砂器、水力锚和安全接头组合的压裂管柱见图 1。 原理：压裂下层，是最常用的压裂方法，将封隔器卡在下部油层顶部进行下部油层压裂改造。 2、封上下压中间 结构： 裂封隔器、滑套喷砂器、水力锚、安全接头和球座组合的压裂管柱见图 2。 原理：压裂时，用两级封隔器卡住待压裂层位的两端进行压裂，该管柱可以对具有一定隔层的任意层进行压裂。 3、封下压上 5 结构： 裂封隔器、滑套喷砂 器、水力锚、安全接头和球座组合的压裂管柱见图 3。 原理：压裂时，用封隔器卡住待压裂层位的下部进行压裂。 4、分压两层（目前主要应用） 结构：结构： 裂封隔器、滑套喷砂器、水力锚、安全接头和球座组合的压裂管柱见图 4。 原理：压裂时，用两级封隔器将待压裂层分开，先压裂下层，然后投入球杆至滑套喷砂器处，油管蹩压打开滑套喷砂器进行第二层压裂。该管柱可以不动管柱压裂压裂两层。 （二）应用条件： 双封压裂工艺可选择性强，目的明确，施工方便，解封、座封容易，适用范围广泛： 1、井斜 小于 50 度； 2、井温不高于 135 度； 3、套管内径 4、目的层跨度小于 50m； 5、隔层大于 10m； 6、施工压力不高于 80 （三）工艺特点： 1、具有一定隔层的可进行选择性压裂，拓宽了压裂方式； 2、对目的层改造的针对性强，效果好； 3、适用范围广，温度 135、 井斜 50 以下，套管内径在 6 单套压裂层段在 50 米以内的井都可以实施； 4、管柱结构简单，可一次施工多层，解封、座封容易； 5、管柱具有反洗井功能，封隔器上若有沉砂可以冲洗，便于解封； 6、工具节流不明显，在 高砂比携砂液进地层的情况下略有显示，最高砂比可以达到 48%，排量可以达到 7、双封分层压裂第一层施工基本和目前一般的卡封压裂相似，关键是第二层施工， 8、需进行的配套措施是测井温，确定压裂层段的改造效果，为下一步分层压裂提供资料； （四）井下工具 : 1、 隔器 结构：主要由坐封机构、密封元件、平衡机构、反洗机构、解封机构、防撞结构等六部分组成 工作原理：油管内憋压作用于双级坐封活塞上，双活塞上行压缩胶筒；同时锁紧机构锁紧，防止胶筒回弹，使其在工作过程中始终处于密封状态；反洗井时，套管 环空泵入洗井液，经过封隔器反洗通道推开反洗活塞后，到达封隔器下部环空，可进行大排量反洗井，解封时，直接上提管柱，通过胶筒与套管之间的摩擦力剪断解封销钉，锁紧机构脱开，胶筒依靠自身弹力回收解封；封隔器下部设计有防撞机构，可防止下管柱过程中中途坐封。技术参数见表一： 7 表一 封隔器的主要技术参数 型号 名称 隔器 隔器 总长 250 1250 最大外径 15 112 最小内径 0 50 坐封压力 5 15 工作压差 0 80 反洗排量 0 25 工作温度 135 135 解封负荷 15 15 2、 滑套喷砂器 结构：由上下接头、外套、护套、滑套、销钉组成。 工作原理：施工时投入 38杆至滑套上部球座处，油管内憋压剪断销钉，滑套下落，压裂液即可由外套长槽处喷出。技术参数见表二： 表二 滑套喷砂器主要技术指标 型号 外径 径 长 作压力 启压力 10 37 70 80 15 3、 割缝喷砂器 结构：坐封球座、割缝管、挡球孔板、下接头 组成。 工作原理：施工时，投入 35钢球至坐封球座处，油管内憋压坐封封 8 隔器后，继续憋压剪断销钉，球座下落至挡球孔板处，压裂液即可由割缝处喷出进行压裂。技术参数见表三： 表三 割缝喷砂器主要技术指标 型号 外径 径 长 启压力 4 62 700 18 三、现场应用实例分析 1、文 88（分压两层） 地质概况 文 88位于文南油田 88 块，完井日期 1992 年 3 月 23 日，完钻井深3810m，人工井底 大井斜 。本次压 裂改造层位 2段 0n。 设计简介 文 88压裂层段相对集中、隔层有利，决定采取卡双封分两层压裂： 29 n（） ； 22 n（ ） 。 设计加砂： 第一层 陶粒 10砂比 第二层 陶粒 50砂比 前置冻胶加粉陶 裂管柱 9 89加厚油管 +水力锚 +封隔器 + 73加厚油管 +滑套喷砂器 +封隔器 + 73式短节 +水力锚 +封隔器 +坐封球座 +割逢喷砂器 施工简况 管柱下到位后，投球。 施压裂施工，施工情况如下： 1、开泵，打压 15封，加压至 25开一级滑套； 2、继续压裂施工，第一层按设计施工顺利。破裂压力 加砂压力 均砂比 一般排量 泵压力 3、第一层压完后投球杆，停泵 30断球杆到位后，准备压第二层； 4、开泵，打压 25开二级滑套； 5、 继续压裂施工，第二层施工顺利。破裂压力 均砂比 一般排量 泵压力 工顺利。 管柱状况 压后反洗井，至目前为止，该井一直自喷生产。 2、白 41 井 （封下压上） 地质概况 白 41 井是白庙气田的一口生产井，完井日期 2001 年 11 月 22 日，完钻井深 4240m，完钻层位 ，人工井底 4195m，最大井斜 。本次压裂改造层位 2，井段 m， 0n。 10 设计简介 白 41 井生产层段分 散，曾经两次进行水力压裂改造，本次压裂改造层段在全井生产层段的上部。由于该井生产层段比较深，井底有压力，不利于填砂，填砂后冲砂易造成气层污染 ,故采取封下压上进行压裂。 设计加砂： 陶粒 35砂比 前置冻胶加粉陶 0.9 裂管柱 89加厚油管 + 73加厚油管 +滑套喷砂器 +封隔器 +水力锚 +坐封球座 +割逢喷砂器 施工简况 6 月 13 日实施压裂施工，施工情况如下： 1、投球到位，开泵，打压 15封，加压至 25开一级滑套； 2、投球杆，停泵 30 3、开泵，打压 25开二级滑套，封闭下层； 4、压裂施工，破裂压力 加砂压力 砂 28 均砂比 一般排量 泵压力 工顺利。 压后放喷，返洗井；上提 53t 解封；球及滑杆芯子（球杆），动作到位，达到设计要求。 四、分层压裂技术改进 1、封隔器之间连接的 73管因压第一层时受压上顶，容易弯曲； 2、滑套喷砂器外保护套被压裂液刺穿，整个外套变形、残缺，残余碎片增加起管柱负荷； 11 3、胶筒保护金属盘直径太大，易 变形，增加起管负荷； 4、 隔器不适用于 管（ 未下到位，且洗井不通）。 针对现场应用出现的不足，进行了改进： 1、在下一级水力锚下面加一套封隔器； 2、去掉滑套喷砂器保护套； 3、改变胶筒保护金属盘直径； 4、对封隔器加以改进，研制了 隔器，两种型号的封隔器基本可以满足中原油田施工井的需要。 五、现场推广应用及效果 双封分层压裂工艺技术于 2001 年 11 月到目前为止在中原油田压裂施工 22 井次，工艺成功率 措施有效率 82%，平均单井累计增油 635t，可对比 14 口井累计增油 9932t，创经济效益 591 104 元，投入产出比 1:井压裂费用 50 万元），与同类措施相比增产幅度提高 1 倍以上，效果显著。见表四 表四 2002双封分层压裂井施工数据及效果表 序 号 井号 施工 日期 压裂井段 厚度 /层数 设计 砂量 实际 砂量 砂比 压前生产情况 压后生产情况 累计增油 日产液 日产油 日产液 日产油 1 4 24+18 24+18 54t 2 0 气 气 3 0 35+20 35+20 366t 4 3 5 30+8 26+12 95t 6 11+19 11+19 61t 7 30+15 20+13 85t 8 21+12 21+12 02t 9 2 20+22 20+02t 10 5 5/28 95t 11 21/41 21/41 00t 12 0 20/15 20/15 水井 13 0 10/0 10/0 62t 14 30/15 30/15 15 0 14/8 10/0 投 063t 16 4/0 4/0 投 06t 17 1. 6/2 5/0 投 6t 18 13/8 10/11 投 8t 合计 六、认识与结论 双封压裂工艺可以根据油层在纵向上分布的特点将油层分成一或两套、三套层段进行分别压裂改造，可以避免投球分压以及填砂压裂存在的弊端，使目的层得到针对性改造，提高压裂效果。同时由于双封分层压裂管柱可进行选择性压裂的 功能，可减少作业工序及压裂次数，节约大量成本，应用前景广泛，双封压裂工艺技术不是完全取代其他的压裂工艺技术，是根据油田开发的需要、井层的特定条件，为了更有效的挖掘 、 类油层，提高增产效果而必要的一种工艺技术； 1、 双封分层压裂技术在中原油田已经推广应用，技术成熟，； 2、 经过 22 井次的压裂施工，证明其风险性不高于其它压裂工艺技术技术，关键在于选井选层，优化压裂方案，液体及施工过程控制； 3、 施工成功率、压裂效果均好于投球分压技术，投球分压不确定性严重，很少达到预期效果； 4、 目前分层压裂技术应用到分压两层，下一步研究方向 是分压三层； 14 附图 1 封上压下压裂管