冀中凹陷高热含砂储层压裂改造射孔优化设计

冀中凹陷高热含砂储层压裂改造射孔优化设计

1油藏油层及温度系统高家堡构造带是一种典型的背斜构造。背斜轴向北西倾斜，一系列北东倾斜的误差分为几个部分。家3和家29是夹在家里三个北方误差和19个井之间的区域。三个盒子位于高家宝的底部，29个盒子位于高家宝的底部中心，这是高家宝结构带的主要部分。1995年上报储量时圈定含油面积6.7km2，探明储量784×104t,1997年该区块申报为难采储量评价区块。油藏油层主要分布在沙三上段，为浅灰色砂岩与深灰色、灰色泥岩呈不等厚互层。储层岩性以长石细-粉砂为主，储层的储集空间以次生溶孔、粒间粒内孔隙为主，少量自生晶间残余孔隙和微小裂缝。岩心物性分析统计，Ⅰ油组最大孔隙度为17.3%，一般为8%～11%，最大渗透率为31×10-3μm2，一般为2×10-3μm2左右。Ⅱ油组最大孔隙度为18%，一般9%～13%，最大渗透率为71×10-3μm2，一般为（3～17）×10-3μm2，属低孔-低渗性储层。井区温度梯度为3.0℃/100m，属于正常的温度系统；压力系数在0.986～1.18，平均为1.09，属于正常压力系统。2储层压裂难点分析对高家堡地区构造的前期两口井家29-2、家29-7的施工参数进行了统计（表1）ㄢ高家堡地区前期压裂的2口井均进行了二次压裂施工，每次加砂量0.5～1.2m3，都未完成加砂任务，压裂难点表现在以下几方面：(1）储层异常致密，地层破裂压力高，由施工曲线折算地层破裂压裂梯度为0.0215～0.0225MPa/mㄢ(2）地层岩石硬度大，压裂形成的动态缝宽窄，裂缝延伸压力高，延伸压力梯度为0.021MPa/m左右。(3）储层水平应力大，施工压力对砂比极敏感，储层压裂临界砂浓度在200kg/m3以下。3基于提高储层破裂压力和实现窄缝条件下加砂技术措施研究StudyonreducingthebreakdownpressureofreservoirperforationinGaojiapuarea为了提高高家堡地区储层改造的成功率，开展了降低储层破裂压力、实现窄缝条件下加砂的技术措施研究。3.1储层岩石力学性质结果如表2及图1所示。实验结果所示，冀中高家堡地区家3-家29断块储层岩石的弹性摸量值为（1.5～2.4）×104MPa，泊松比为0.23～0.24，应力-应变图反应出岩石属于脆性破坏，岩石致密导致储层的破裂压力高。3.2岩石微破裂演化为了进一步分析地层原地应力的大小，开展了kaiser声发射实验研究。声发射技术是利用岩石变形过程中，内部破裂的产生和破裂面之间的摩擦滑动所辐射的超声波信息，连续不断地观测岩石材料内部微破裂的动态演化，以此来研究岩石变形、破坏的微观机制。家29井3486.5～3501.58m段岩心对应为油层段，其最小主应力梯度为0.0249MPa/m，最小主应力梯度为0.020MPa/m，比正常砂岩应力梯度高。结合三轴岩石力学试验参数（表3）和区块前期压裂施工资料，计算得到家29断块的构造应力系数为0.3799，反映出区块局部高应力特征。3.3射孔优化试验射孔孔眼是沟通井筒和地层的通道，在压裂目的层段射孔优化可以有效降低地层破裂压力。然而由于井筒的几何形状和边界条件复杂性，要得到解析解十分困难，因此射孔参数的选择对于破裂压力的影响也较复杂。3.3.1高家堡的应力方向根据家13井、家29-7井的地层倾向资料，确定沙三断地层最大主应力在76°，与断层走向一致。3.3.2射孔密度优化(1）孔径选择。通过软件校正计算，不同射孔弹的地下穿透性能如表4所示。根据后面的支撑剂方案为30～50目/20～40目组合陶粒，最大中值颗粒粒径为0.9mm，最小中值颗粒0.355mm。根据压裂液携砂对孔径的要求，因此射孔弹孔径在校正以后必须大于8mm，因此地面射孔弹的孔径要求应达到13mm为底线，在此基础上可适当对孔深进行要求。一方面对压裂施工有利，同时对压后产能发挥也有利。(2）孔密选择。家29-18井地层倾角在10°左右，压裂目的层段井斜角也在10°左右，根据本井的连斜数据，本井相当于20°的斜井。当射孔孔眼间距较小时，裂纹转向角较大，裂缝的相互影响将控制裂缝轨迹，使裂缝面发生旋转，从而实现相互连接。当射孔孔眼间距较大时，裂缝尖端转角将会很小，不利于裂缝的连接。射孔孔眼间距大小是保证两条倾斜微裂缝头尾相连的重要因素。根据家29-18x井裂缝起裂弦长2Lf和分析计算，推荐射孔密度13～16孔/m。选择16孔/m，孔径大于13mm左右的射孔弹既能满足压裂要求，又能满足控制套管强度降低在3.2%以下。(3）孔眼相位角。结合家29-18x井的井斜数据和地层倾角测井资料，经过坐标系变换得到目标井与地应力的相对位置（如图2所示）。根据斜井裂缝起裂机理和雁形缝的连接条件，求得井筒裂缝初始起裂角θ为-57°（相对于井筒坐标系），折算为大地坐标系相当于方位角为87°。(4）孔眼深度选择。斜井压裂时裂缝一般都是在接近砂面孔眼的部分起裂，然后弯曲重定向，最后向PFP剖面扩展，并且射孔枪的穿透性能与套管上孔眼直径尺寸的大小相互制约。因为孔径小孔眼摩阻越高，越容易产生多裂缝，从而裂缝的宽度降低，增加近井裂缝的弯曲摩擦。根据射孔弹性能校正分析，只要射孔弹水泥靶穿深>300mm就可射穿污染带。(5）打开程度。射孔打开程度与有效裂缝硬度或缝宽有关。三维模拟结果表明，对于给定的井筒方位角，存在一个临界打开厚度（Hp/Hc），当打开厚度低于临界值时，有效裂缝硬度随打开后的增加而减小（缝宽增加），当打开厚度高于临界值时，有效裂缝硬度随打开厚度的增加而增加（缝宽减小）。根据计算分析，本井完井段井筒方位角为306°，目的层较薄5m/层，上下隔层情况良好，建议100%打开。综上，家29-18x井射孔方案优化如下：(1）打开位置：3545.6～3550.6m/5m(2）打开程度：100%(3）射孔工艺：油管输送射孔工艺（TCP）+压力引爆(4）射孔枪型：102型，抗压强度应大于90MPaㄢ(5）射孔弹型：孔径应大于13mm，孔深大于300mm(6）射孔密度：16孔/m(7）射孔压差：负压射孔，推荐负压30MPaㄢ(8）射孔相位：定方位射孔，定向方位角87°，定向误差小于5°。428-18x井压裂及家庭压力4.1加砂工艺参数优化(1）按上述方案优化射孔，减小近井裂缝扭曲效应，为实现窄缝下加进砂创造有利条件。(2）采用多级段塞打磨炮眼、平整裂缝壁面，最大限度减小孔眼、近井筒摩阻。(3)ES3砂体岩心杨氏模量高，动态缝宽窄，采用“低起点、小台阶、中低砂比”的加砂模式。(4）储层致密，砂液入地困难，采用30～50目和20～40目组合陶粒工艺。(5）改造层薄，5m/层，且隔层良好，排量优化在3.0～4.0m3/min范围。家29-18井压裂施工参数优化结果为：压裂井段3545.6～3550.6m5.0m/1层；压裂管柱Ø89mm-N80油管+封隔器3450m；压裂液：低摩阻中高温延迟压裂液240m3；施工排量：3.0～4.0m3/min；支撑剂：组合陶粒21m3(30～50目陶粒11m3+20～40目陶粒10m3）；平均砂比：25.0%。模拟施工效果如图3、图4所示。4.2地层压力调查2008年11月9日，由华北油田井下作业公司对家29-18井3545.6～3550.6m井段进行压裂施工，采用Ø89mm油管注入，管线循环试压至85MPa。施工曲线如图5所示。由施工曲线看出：(1）启泵随着排量增加，油压迅速上升，至76.2MPa地层被压开，破裂压力很高，井口破裂压力梯度为0.0215MPa/mㄢ(2）以3.2～3.4m3/min的排量泵注前置液，油压维持在71～74MPa范围，比设计预测井口压力高2～4MPa，反映出地层致密。(3）泵注前置液阶段，打入地层4.5%、4.5%、5.7%三个段塞，段塞入地后，井口压力有一定程度降低，特别当第3个段塞入地后，井口压力下降了2MPa，说明支撑剂段塞降低了孔眼、近井筒摩阻。(4）泵注250～330kg/m3携砂液阶段，地面泵注压力基本不变，维持在71～73MPa，裂缝正常延伸，中低低砂比携砂液能顺利进入地层。(5）当365～440kg/m3高砂比携砂液进入地层后，压力开始迅速上升，超压停止加砂。本井设计加砂量21m3，完成实际加砂11.8m3ㄢ4.3本井的加砂试验(1）本井实施射孔优化后，折算井底地层破裂压力梯度为0.0198MPa/m，明显降低了地层破裂压力（方案优化前为0.0215～0.0225MPa/m），降低了5.95～9.50MPaㄢ(2）本井设计加砂量21m3，完成实际加砂17.0m3，加砂规模取得突破。(3）压后抽汲排液求产，日抽90次，抽深1000m，液面900m，日产液27.2m3/d，其中油5.2m3/d，累计产油58.12m3，累计产水272m3ㄢ5空气压裂施工前单因素优化设计，以减少裂缝扭曲效应针对高家堡地区储层致密、构造应力作用强、压裂时破裂压力高的特点，通过岩石力学试验、地应力测试、优化射孔等技术的研究，优化了射孔及压裂施工参数，采用“低起点、小台阶、中低砂比”的加砂模式和30～50目及20～40目组合陶粒工艺，有效降低了高家堡地区储层破裂压力，使压裂加砂规模上了一个新台阶。建议该断块压裂施工前单独进行射孔优化设计和论证，进一步减小近井裂缝扭曲效应，在主压裂之前，进行小型测试压裂，获取关键参数，为进一步优化主压裂施工作准备。OverviewofreservoirconstructioninGaoji-apuareaAnalysisofpre-reservoirfracturingParameterstestofrockmechanicsKais