大庆油田薄隔层压裂技术的新发展

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1、522005.03/ 数字化工 油田进入高含水后期开采阶 段，加密调整井开采表内薄差油层 和表外储层以及挖潜厚油层的低含 水部位是油田产量接替的重要措施 之一。二、三次加密调整井开采对 象主要是表内的薄差油层和表外储 层，开采目的层纵向上分散、厚度 小、与高含水层相间分布且隔层 薄；平面上砂体发育不均衡、非均 质严重，和水淹层、水淹带的接触 关系较为复杂；油层孔隙度低、渗 透率低、含油饱和度低，岩性、物 性差。不经压裂改造难以达到设计 的产能指标。 为提高薄差层及表外储层的动 用效果，压裂技术除要求一次完成 多层处理外，还需要根据油层性质 采取个性化改造措施，尤其是动用 与高含水层相邻且隔层薄

2、的目的层 时，只有确保这些厚度小于2 . 0 m 的薄隔层在压裂过程中完好，才能 以实现高含水层相邻的目的层的有 效动用。以增加加密调整井的可调 厚度, 保证开发效果。 9 0 年代以来，在普通限流法压 裂完井技术的基础上，针对不同的 改造对象，相继研究推广了用于新 钻调整井开采薄差油层的薄隔层平 衡限流法压裂完井技术和已射孔条 件下老井的定位平衡压裂技术，这 两项技术的应用，为开采薄差油层 发挥了重要作用。近年，针对三次 加密调整范围不断拓宽和压裂挖潜 难度的加大，在前述两项工艺的基 础上，重点发展了保护薄隔层压裂 技术，可较好的用于二、三次加密 井不同井况条件下及厚油层低含水 部位改造挖潜

3、的需要。 平衡限流法压裂完井技术 普通限流法压裂技术较好的解 决了多个薄差油层改造问题，但是， 对于部分与高含水层相邻且隔层较 薄的这部分油层无法得到改造，为 动用这部分距高含水层较近、又具 有开采价值的薄油层，研究了薄隔 层平衡限流法压裂完井技术。 1 . 工艺原理 利用大庆油田水力压裂裂缝主 要为水平延伸的特点，根据限流法 压裂过程中，同一卡段内各目的层 都处于同一压力系统中，当各目的 层都被压开后，目的层间隔层上下 压力平衡，不承受高压差的原理， 将压裂目的层及与其相邻的高含水 层都射开，并置于同一卡段内进行 压裂，使它们之间的薄隔层上下压 力平衡，达到保护薄隔层的目的。 为了压裂后油井

4、能正常投产，在适 当时候还必须对高含水层（平衡 层）进行封堵。封堵技术有其特殊 性，要求一次堵多层，挤堵剂压力 要低，封堵承受压差要高。其技术 关键是隔层在压裂过程中的平衡保 护和压裂后高含水的封堵技术，前 者靠压裂设计时平衡层与目的层的 布孔方法来保证，后者在于研究成 功一套高效安全的堵水管柱和选择 有效的堵剂。 2 . 达到的技术指标 ( 1 ) 固井质量合格的条件下， 0 . 4 m以上的薄隔层在压裂过程中 均可得到有效保护。 ( 2 ) 一次施工可完成3 4 个薄 隔层的平衡限流压裂。应用5 8口 井，施工一次成功率1 0 0 % ，平衡层 封堵成功率9 5 % ，一口井最多完成 了9

5、个薄夹层的平衡压裂。 3 . 适用的井层条件 平衡限流法压裂完井技术适用 于水淹层与压裂目的层隔层厚度在 0 . 4 m以上的薄差油层的压裂改造， 也适用于层内具有岩性或物性夹层 的非均质水淹厚油层中低含水部位 的改造挖潜。 4 . 应用效果 现场应用5 8 口井，施工一次成 功率1 0 0 % ，平衡层封堵成功率9 5 % 以上。统计4 0 口井，平衡层8 2 个， 薄隔层1 4 0 个，解放目的层1 4 8 个， 砂岩厚度 2 0 4 . 2 m 。压后平均单井 日产油1 6 . 1 t ，取的较好的完井效 果。 5 . 技术评价 该技术只适用于未射孔的新井 大庆油田薄隔层压裂技术的新发展

6、 王凤和 张有才 张晓军 兰乘宇 会刊E 生产 53数字化工/2005.03 压裂完井，不适应已射孔老井的改 造，同时，该技术对平衡层的射孔 要求也比较严格，且在适当的时机 需对平衡层要进行封堵。 定位平衡压裂技术 对已按常规方法进行高密度射 孔的老井，无法进行薄夹层平衡限 流法压裂，通常情况下，对这类井 一般采用常规分段压裂技术。压裂 时，卡距内的几个目的层中往往只 能压开渗透率较高的主力油层，其 它破压较高的薄差油层不能得到压 裂处理；虽然，利用可溶性暂堵剂 转向的方法也可以在常规射孔井中 完成一层多缝，一井多层的压裂施 工，但不能保护层段间的薄隔层。 因此，为了实现在常规射孔条件下 对薄

7、差层和高含水层内部的低含水 部位进行定点压裂，研究应用了定 位平衡压裂技术。通过现场应用结 果表明：该工艺既可实现常规射孔 井的一次定点压裂多层，又可有效 地保护高含水层与压裂目的层间的 薄隔层。 1 . 工艺原理 定 位 平 衡压裂工艺 技术，就是 在常规射孔 井中实施限 流法压裂和 薄夹层平衡 限流法压裂。 其工艺原理 是利用定位 平衡压裂封 隔器上的长 胶筒和喷砂 体来控制压裂目的层的吸液炮眼数 量和位置，达到裂缝定位和控制目 的层吸液量的目的；在需要保护薄 隔层的高含水部位装有平衡装置， 该装置只进液不进砂，使高含水层 与压裂目的层处于同一压力系统 中，隔层上、下压力平衡而得到保 护。

8、通过大排量施工，依靠压裂液 通过吸液炮眼时产生的摩阻，大幅 度提高井底压力，从而相继压开相 近的各个目的层，达到一次施工压 开3 5个目的层的目的。 2 . 技术特点 定位平衡压裂技术主要特点是 工艺与地质相结合，具有较强的针 对性，工艺特点： ( 1 ) 定位平衡压裂封隔器的胶筒 和喷砂体的结合是根据目的层地质 特征及厚度确定的，工艺与地质结 合紧密是该工艺的主要特点。 ( 2 ) 封隔器上长胶筒与喷砂体融 为一体，喷砂体长度很小，其直径 与胶筒外径相同，可预防油套环空 沉砂造成砂卡的问题。 ( 3 ) 在封隔器内装有平衡装置， 它进液不进砂，除起到导压平衡保 护薄夹层的作用外，还相当于一个

9、 井下砂浆浓缩器，提高挖潜层裂缝 的砂比浓度，而高含水层吸液不进 砂，产生裂缝不支撑，防止了压裂 后水淹。 ( 4 ) 定位平衡压裂封隔器可用密 封段串接起来，多级封隔器可以同 时工作。一次可以压裂的目的层数 除与排量、孔密及孔径有关外，还 与定位平衡压裂封隔器的结构参数 有关。 ( 5 ) 定位平衡压裂封隔器以上可 以连接常规滑套式压裂管柱，实现 定位平衡压裂与常规压裂相结合， 使一趟管柱完成更多油层的压裂。 3 . 适用的井层条件 定位平衡压裂技术适用于与高 含水层相邻且隔层薄的目的层及厚 油层内低含水部位的改造挖潜。固 井质量合格的前提下, 隔层厚度可 降到0 . 8 m 4 . 应用效

10、果 该技术共应用4 0 口井，工艺成 功率9 5 %以上，据2 0口井资料统 计，单井平均日增油9 . 8 吨，含水 率平均下降8 . 3个百分点。 5 . 技术评价 定位平衡压裂封隔器使用的双 层管和长胶筒封隔器等部件组装劳 动强度较大; 采用长胶筒连接的封 隔器出现工程问题处理难度大: 此 外，该工艺对施工管柱的组配要求 严格，压裂卡距要控制在 1 8 m以 内，长胶筒封隔器组装长度要在 1 1 m以内，使用效果受到限制。 保护薄隔层压裂技术 近几年，油田部署的三次加密 调整井，在调整井网的同时，对开 发层系进行了细分，开采的主要对 象以表外储层为主, 兼有表内薄差 层， 含油产状以油浸、

11、 油斑为主， 岩 性多为泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、 含钙质泥岩。这部分油层具有单层 厚度小、砂岩粒度细、渗透率低的 特点，单层厚度多数在0 . 4 1 . 0 m之间，从纵向上看，油层分布零 散，分布区间达2 0 0 3 0 0 m ，目的 层与高含水层相间分布、且隔层 薄；从平面上看， 被水淹带包围， 油 水关系复杂。单井可调的砂岩厚度 只有5 1 3 m 。因此，压裂改造时， 一是尽可能的提高储层动用程度， 二是要确保薄隔层不被压窜，三是 要优化压裂参数，确保合理的施工 规模，控制含水上升速度，保证调 整井的开发效果。为此，在应用上 述两项技术的同时，重点发展了保 护薄隔层压裂技术。 会刊E

12、 生产 542005.03/ 数字化工 会刊E 生产 55数字化工/2005.03 ( 2 ) 隔层及胶结面受力分析 以井筒、水泥环、围岩为研究 对象，建立了物理模型和有限元分 析模型，对隔层及胶结面进行了受 力分析： 从隔层受到的第三主应力计算 结果来看：隔层受到的第三主应力 均为负值，说明隔层三向受压，在 第二胶结面附近，隔层下边受到的 压应力最大，约4 5 M p a 左右，由于 岩石的抗压强度为7 0 1 0 0 M p a之 间，因此，隔层不会被压坏。 从隔层下边受到的第一主应力 和剪应力计算结果来看：在第二胶 结面附近，隔层下边受到的第一主 应力和剪应力均为正值，说明隔层 下边受到

13、较小的拉应力外，受到较 大的剪应力，约6 0 M p a 左右，可见， 造成压裂窜通的薄弱位置在水泥环 的第二胶结面处，第二胶结面是受 上下压差的作用被剪切破坏的。 根据压力平衡原理，理论计算 表明：隔层在无保护措施条件下剪 切破坏的最小极限厚度为0 . 8米， 而有保护措施时，隔层剪切破坏的 最小极限厚度可下降到 0 . 3 米。 2 . 保护薄隔层压裂工艺原理 根据压力平衡原理，采用平衡 压裂管柱将薄隔层相邻的压裂层和平 衡层分别卡在不同的卡段内，施 工时向管柱内注入预前置液，封隔 器坐封将压裂层与平衡层分隔开， 使二者处于同一压力系统内， 在平衡 层和压裂层建立近似相同的压力。 预 前置

14、液注入后投球打套， 由平衡器控 制平衡层进液不进砂， 然后， 对目的 层进行压裂改造。 施工中由于平衡层 与压裂层处于同一压力系统， 薄隔层 上下的压力趋于平衡， 从而保证薄隔 层在压裂过程中不被压窜。 3 . 压裂管柱 针对隔层与油层相对位置的不 同，为了满足不同施工井对管柱功 能的需要，将该管柱设计为六种类 型，分别用于不动管柱坐压两层保 护上隔层、保护下隔层、保护中间 隔层；不动管柱坐压两层同时保护 上下隔层；不动管柱坐压三层保护 两个中间隔层。 ( 1 ) 不动管柱坐压两层保护上隔 层 管柱结构：工作筒 + K 3 4 4 - 1 1 4封隔器+ 平衡器+ 封隔器+ 喷 砂器 +封隔器

15、 + 喷砂器 +封隔器+ 丝堵。 工作原理：注入前置液，封隔 器在液压作用下坐封。压裂下层后 投球1将上层喷砂器的滑套打下落 入下层喷砂器，关闭下喷砂器出 口。投球2打开平衡器出液口，继 续注入前置液，液体同时进入目的 层和平衡层，在薄隔层上下建立起 一定的平衡压力，然后投球3打下 平衡器滑套，使平衡层进液不进 砂，压裂上层。 ( 2 ) 压裂两层保护中间隔层 管柱结构：工作筒 + K 3 4 4 - 1 1 4 封隔器+ 平衡器+ 平衡喷砂器 +封隔器 + 喷砂器 + 封隔器 + 丝堵 组成。 工作原理：注入前置液，封隔 会刊E 生产 标准分享网 w w w .b z f x w .c o

16、m 免费下载 562005.03/ 数字化工 器在液压作用下坐封。此时平衡喷 砂器不工作、平衡器工作，薄隔层 上下的两个压裂层分隔开，液体通 过平衡器和喷砂器同时进入两个压裂 层，在薄隔层上下建立起一定的平 衡压力，然后投球打下平衡器带有 割缝的滑套，使上层进液不进砂， 开始压裂下层。然后，投球打下平 衡喷砂器的滑套，压裂上层时，液 体通过平衡喷砂器内外中心管的桥式 通道流经喷砂器进入下层，使薄隔 层上下压力趋于平衡，完成上层施 工 。 ( 3 ) 不动管柱坐压两层保护下隔 层 管柱结构：工作筒+ K 3 4 4 - 1 1 4封隔器+喷砂器+封隔器+平 衡喷砂器 +封隔器+喷砂器+封隔 器 +丝堵 工作原理：注入前置液，封隔 器在液压下坐封。此时薄隔层上下 的压裂层和平衡层被分隔开，液体 同时进入平衡层和压裂层，在薄隔 层上下建立起一定的平衡压力，然 后投球打套关闭平衡喷砂器的内部 通道，部分液体通过平衡喷砂器中 心管的桥式通道进入平衡层维持平 衡压力，且平衡层只进液不进砂， 进行下压裂层施工。然后投球将上 层喷砂器的滑套打下落入平衡喷砂 器，关闭平衡喷砂器出口，进行上