压裂工艺技术

1、文南油田地质特征 文南油田是一个典型的深层、高压、低渗透、复杂断块油气藏。油层埋藏深，一般在 2210间，平均埋藏深度 3100m；油层平均压力高，原始地层压力 部分油井破裂压力在50间，油藏初期产量高，地层压力下降比较快，弹性产率低；渗透率低，空气渗透率 103均空气渗透率为：25 103水井启动压力高，注水困难，储层连通程度差；断层比较发育，小断层较多，油井连通率差，断块较小，注水开发比较困难。这些地质特征决定了文南油 田有相当比例的油井，无法注水开发，只能依靠弹性能量开采，因此压裂改造在油田生产中占有重要的作用，是一相有效的进攻性措施，在措施产量中占有比较大的比重。 2、文南油田的压裂技术现状。 在油田开发早期的压裂工作，由于受压裂液、压裂工艺技术条件的限制，压裂方式比较简单，一般采用油套合注的压裂方式，压裂规模比较小，一般加砂强度小于 1m3/m，但由于是开发初期，地层能量比较充足，压裂效果比较好。随着油田开发的不断深入，地层能量下降，油井含水上升，开发难度越来越大，压裂工作的难度也越来越大，随着压裂工艺技术的不断成熟和 完善，压裂液性能越来越稳定，压裂工艺技术也能满足不同类型油井压裂的需要。 3、历年压裂效果统计 统计我厂 1990 年 油井压裂情况，可以发现， 95 年至 97年三年期间，油井水力压裂开展得较少，增油效果不尽人意。 98 至99 年主要是补孔后压裂，以及在文 88 块复杂高压低渗透区块整体压裂改造，并与廊坊分院合作，开展大高砂比大规模压裂施工，效果明显，压裂井次和增油量也显著提高，而在其他区块压裂井次和认识较少，导致 2000 年施工井次和增油量大幅度滑坡。 2001压裂效果大幅度提高，超过 98、 99 年压裂水 平，见表 8。 1990 年 份 井 次 有效井次 有效率 % 累增液量/104t 累增油量/104t 单井增油t 1990 21 10 23 1991 19 11 05 1992 21 12 709 1993 42 25 10 1994 12 12 114 1995 6 4 089 1996 6 5 04 1997 8 8 64 1998 24 22 44 1999 23 22 09 2000 11 10 76 2001 43 38 99 4、文南油田压裂技术现状 裂方式的选择。 每种压裂方式都有自身的优缺点，对于一口压裂井来说，根据井的具体情况选择合适的压裂方式是一项 重要的工作，只有选择恰当的压裂方式，才能发挥出井的最大潜能，达到最佳的压裂效果。一般对于新投产的油井来说，由于井况比较好，射孔井段比较单一，一般采取油套合注的压裂方式，这样可以达到较大的泵注排量，减小地面泵注压力；对于老井压裂，如果压裂目的层上部或下部有层分布，一般采取下部填砂保护，上部采取卡封分层保护上部油层；对于油井套管有问题的井一般采用卡封保护套管的压裂方式；对于压裂目的层断跨度比较大的油层，如果油层物性差异较大，一般采取投球分层压裂方式，达到不卡封分层的目的，投球方式一般有：投一压二、投一压一、投二 压二等方式，具体采用哪种方式要根据油井的具体情况来决定。 比较目前常用的几种压裂方式，每种方式都有自身的优缺点。油套合注压裂方式可以提高泵入排量，减少沿程摩阻损失，可以加大压裂规模，减少砂堵事故，但如果压裂目的层上部有油层存在就不能用这种方式，同时由于压裂时油管内流体和油套环空内流体的流速存在差别，导致压裂泵注支撑剂的最后阶段的高砂比难以保证。卡封分层压裂能达到保护上部油层和保护套管的作用，但同时，由于油管注入摩阻较大，导致井口注入压力升高，对泵注设备提出更高的要求。对于压裂层段内不同小层段物性差异较大的油 井，投球压裂能达到分层压裂的目的，对于物性差异不太大的油井，一般很难达到分层改造的目的。 综上所述，采取什么样的压裂方式，要根据油井具体情况来决定，压裂方式本身并没有优劣之分，仔细分析压裂油井的有关资料，选择出最适合压裂方式才是最重要的，才能最大的发挥压裂井的潜能，达到最大的压裂效果。 合于文南油田高温高压低渗油藏的压裂液体系 为保证压裂施工的顺利进行并尽量减少对地层的伤害，选择压裂液的主要条件是携砂性能、滤失性和对油气层的伤害性。要求压裂液耐温、抗剪切，携砂能力强，易破胶化水。 增稠剂优选： 为保 证压裂施工的顺利进行并尽量减少对地层的伤害，选择压裂液的主要条件是携砂性能、滤失性和对油气层的伤害性。要求压裂液耐温、抗剪切，携砂能力强，易破胶化水。选用 裂液，选择羟丙基胍胶作为稠化剂，试验表明，稠化剂胍胶具有低摩阻特征；合理控制压裂液粘度，在温度 133、 170切速率条件下剪切 60裂液粘度控制在 右。 增稠剂水不容物的高低，严重影响压裂液对地层的伤害，广泛应用的一级胍胶、特技胍胶、特优级胍胶进行性能评价，特有级胍胶水不溶物最低，但价格较高，综合考虑：既减小伤害， 又经济，建议选用一级胍胶，对特殊地层选用特优级胍胶（见表 2） 交联剂优选： 通过对国内常用交联剂性能评价，交联剂 破胶化水较困难，综合考虑，选择 联剂较合适（见表 3） 常用稠化剂性能评价 表 2 名称 1%粘度 不溶物 % 残渣 % 香豆 186 级胍胶 270 级胍胶 258 优级胍胶 231 85 联剂性能评价表 表 3 名 称 交联时间 用温度 耐温性能 7000130 80100 0120 100 0120 80100 0130 100 12 70150 100 体） 69 70160 100 降滤失剂的优选： 油井压裂液降滤措施主要使用比较成熟的降滤失剂：柴油、油溶性树脂、细粉砂和粉陶等。现场主 要选用油溶性树脂和粒度为 粉陶作为降滤失剂。 破胶剂的选择 压后尽快返排，有利于降低压裂液对地层的伤害，提高返排率，缩短关井时间，采用分段破胶、复合破胶技术，可大幅度缩短压裂液破胶时间，有利于压裂液快速破胶与返排，把压裂液伤害降到最低点。试验结果表明，压后 4 小时，压裂液粘度可降到 3.4 渣含量 354。 分段、快速破胶数据表 表 4 破胶剂 名称 破胶剂用量 % 温度 破胶时间 t 水化液粘度 L 00 6 L 00 5 L 20 4 L 20 2 L 20 1 撑剂的优选 ：文南油田地层闭合压力高达 50用在支撑剂上约 40保证裂缝获得较高的的导流能力，应选用粒径规范合格、在高闭合压力下能提供高导流能力的支撑剂，对国内三个不同的烧结陶粒的物性和导流能力进行了评估（如表 5A、 B、 C），结果表明，在有效闭合压力 50， B 种陶粒的导流能力最适合文南油田的需要。 压裂支撑剂性能对比表 项 目 单 位 5108 B C 规格 : 同左 同左 筛析 % 90 10 2 积密度 g/度 度 体破 碎率 % 52 10 0 9 10 导流能力 (10Kg/ 0 154 0 119 9 5 五、压裂工艺配套技术： 1、高砂比压裂施工工艺： 通过高砂比压裂施工，可以使裂缝在垂向及水平方向上均得到最大量的填充，而且对裂缝面及支撑砂堤污染小并能有效 控制缝高的发展，在压裂设计时，我们通过对比分析及模拟，提高了砂比，阶段最高砂比达 45%，平圴砂比提高到 30%，提高了裂缝导流能力，统计文南油田 2002 年压裂井 34 井次，平均加砂强度 m，平均砂比 其中 19 井次压裂井加砂强度大于 m，平均单井日增油 15 井次加砂强度小于 均单井日增油 日产油量大于 10t/d 的井中，有随着砂比的提高日产油量逐渐增大的趋势。因此，在地层条件允许的条件下，尽量采用大规模压裂方式，提高砂比能够提高油井的产能。 2、快速返排 工艺： 压裂既是改善地层渗流条件的一种手段，也是对地层的一种伤害，特别是当进入地层的压裂液不能彻底破胶，快速返排时，这种伤害更大。室内实验表明：在地层温度条件下，压裂液在 4时内能完全破胶，从取样分析看， 8 小时后压裂液粘度小于 s，破胶液表面张力 此现场广泛采用 6时快速破胶技术，并在17979井上采用裂缝强制闭合技术，在前置液中加入5陶，粒径 加大破胶剂用量，采用胶囊破胶剂和过硫酸铵等破胶剂，采用分段破胶、 复合破胶技术，压后立即采用 3嘴放喷，压裂取得了较好的效果， 79含水，目前已累计增油 2200t。 在压裂后 4时控制放喷。有利于压裂液快速破胶与返排，把压裂液伤害降到最低点。 3、分压选压技术 在同一开发层系，由于小层间的非均质性而存在高渗与低渗的差别，为了压开低渗层段，提高油层纵向改造程度，改善出油剖面，采用塑料球选择性压裂工艺。这种工艺是利用各层间破裂压力的不同，首先压开破裂压力较低的层段进行加砂，然后在顶替液中投入塑料球，将其射孔孔眼堵住，再提高压力压开破裂压力 高的层段。 5、裂缝监测：压裂施工中，当裂缝向前延伸过程中产生微震，在地面用地震仪接收地震波，利用直达波定位原理，经过计算机处理可以得出形成裂缝的方位、高度、长度、产状等数据，从而对油田开发中布新井、调整注采井网、搞清油藏的主应力方向、压裂井优化设计等具有重要的指导意义。 在压裂施工前，首先在压裂井周围选择三个点，要求压裂井位于三点连线形成的三角形之中，距离 200不等，三个分站设有三个地震仪，首先应用 位系统测出三个分站和压裂井的坐标，监测过程和压裂施工过程同步进行，通过三个分站接收到微震波 的倒时差，会形成一系列的方程组，反解这一系列的方程组，就可以确定出压裂产生的裂缝的方位、长度、高度和产状。 2002 年压裂井裂缝监测数据表 序号 井号 压裂层位 压裂井段 裂缝监测结果 东翼缝长(m) 西翼缝长(m) 裂缝方位(方位角 ) 裂缝高度 (m) 裂缝产状 1 432 下 59 直立 2 138 14 直立 3 883 中 35 直立 4 2 下 5 0. 直立 5 2692 下 2立 6 1793 中 1 立 7 333 上 7 立 8 1882 下 2立 9 723 上 10 立 10 723 上 1立 11 1793 上 9 立 12 723 上 10 直立 13 792 下 2立 14 723 上 7 立 15 883 中 1立 16 1793 上 7 8 直立 17 2693 中 17 4 直立 18 822 下 2 直立 19 333 中 10 1 2 直立 20 333 上 72 直立 21 2 下 4 1 直立 22 332 下 7 2 直立 23 2 下 8 4 直立 24 2 下 45 直立 25 883 中 9 7 直立 26 2 下 24 直立 27 1792 下 4 0 直立 28 1332 下 15 直立 29 1793 上 10 2 直立 30 883 中 9 4 7 直立 1、文南油田油层的最大主应力方向为北西西向，压裂井形成的主裂缝方位与构造主断层方位一致，主裂缝方位为北北东向。 2、调整注采井网时要注意主裂缝方位 ，避免对应油井暴性水淹，注入水的主流线方向应避开主裂缝方向 3、完善注采井网布新井时，要考虑裂缝方位。 4、压裂设计中，对于有注水