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1、工程名称：压裂防砂技术研究与实验负责单位：吐哈油田分公司开发事业部承当单位：吐哈油田分公司吐鲁番采油厂吐哈石油勘探开发指挥部钻采工艺研究院2003年9月负责单位负责人： 金志鹏承当单位负责人： 周自武 刘建伟 承当单位具体负责人：王宇宾 刘兆江目录一、问题的提出 3二、油井出砂状况机理分析与评价5三、压裂防砂技术原理及特点 7四、国内外技术状况 9五、压裂防砂工艺技术研究 10六、适合压裂防砂的支撑剂优选15七、低伤害压裂液的研究与优选17八、前期压裂防砂现场试验总结分析21九、压裂防砂试验下部工作安排23一、问题的提出mmm,胶结疏松。投产初期油井自喷产能低，出砂较严重，储 层出砂造成了严重
2、的地层伤害。采用烧结防砂筛管防砂后，见到了较 好的防砂效果，但不能完全满足防砂稳产要求。同时，采用防砂管防 砂其有效期一般都不长，粉细砂在井筒中逐渐堆积，使油井产量越来 越低。鲁克沁稠油油田表现更加突出，由于地层出砂的影响，油井采 油时率低，检泵周期很短，采用 TBS 防砂管有效期短，地层产能下 降快。以鲁 2 井为例，鲁 2 井是鲁克沁区块的一口探井，试油时曾大量出砂，其中目前生产层23412377mm3m3/d。而其上层22902320m mama/dma/do m3。1998年挤水泥封堵m，1998年9月投产2341 2377m，产量一直在18m3/d m3,折算采油砂比0.17%。试抽
3、出液后开 井生产 48hm3。2月14日起原井杆柱，在1300m处发现断脱。改起油管，起完 管柱检查发现泵座以上有5 根油管被砂堵死，取砂样为细粉砂，砂量 约200Lm，已接近油层下界2377mm，砂量约253L，加上油管内地 层砂共 453Lm3 m3。3月 3日起管杆柱，检查发现泵被砂卡，防砂管柱未起到好的防 砂作用。冲砂后下入防砂管式泵生产。 15 日光杆突然不下行，被迫 再次停井。冲砂作业冲出地层砂约500L，折算采油砂比0.9%o2000年4月6日在油管尾部接75m金属球烧结防砂筛管完井，并调小冲程至4m，开井初期产量14-15m3/d，后逐步降为5m3/d，功 图测试说明供液缺乏，
4、但液面测试显示液面在500-600m，可见，防 砂管存在堵塞，渗流能力下降，导致油管内供液缺乏。为增大防砂管 内外压差，改善防砂管渗流能力，5月份又将冲程调回到5m，结果并不理想。产量仍徘徊在5-6m3/dm3,未发生卡泵现象。2000年8月冲砂检泵，下入TBS防砂管40m,但生产不到一天发生砂卡泵停井,最下部4 根防砂管被砂子堵死,油井停产。出砂情 况统计见表 1。鲁 2 井自2000 年 4 月采用粉末冶金防砂筛管防砂失败后根本没 有生产。2000年8月采用 TBS 筛管防砂，但生产不到 1天，又发生 砂卡泵，最后4 根防砂管被堵死，再一次关井停产。分析认为，鲁2 井这次防砂失败的主要原因
5、是封隔器悬挂位置太低，上层出砂进入防 砂管及抽油泵引起。表 1 鲁 2 井出砂情况统计表开井日期生产周期d产稠油量m3749431合计55冲砂作业日期冲出砂量L采油砂比324534050037817613463203245因此，研究试验新的防砂方法，在防砂的同时尽量不降低地层 产能，保持这类油田的高效开采。压裂防砂是把水力压裂的增产效果 与防砂充填的工艺优点结合起来，同时完成水力压裂与砾石充填作 业。其技术成功的关键在于采用“端部脱砂Tso： Tip Screenout 技术。此项技术的作业实施可以概括为两个阶段：形成水力裂缝并 促使其发生端部脱砂；裂缝扩展并进行再充填。压裂防砂不仅有明 显的
6、增产作用，同时，压裂防砂井的情况与单一防砂井不同，由于渗 流速度较低，按相同产率而言，压裂防砂井可在压差较小情况下生产， 而且在投产后地层应力并不释放，所以压裂防砂在增产的同时实现了 防砂；另外，压裂防砂把增产措施与防砂作业结合在一体进行，与压 裂增产措施和防砂作业比拟不仅缩短了占井时间，同时降低了作业费 用，提高了经济效益。300X10-3 um2，空隙度22%,为中孔中渗油藏。吐玉克油田 自然产能低，玉东 2 井和玉东 101 井压裂后裂缝导流能力低，增产效 果不明显，鲁 2 井采用涂层陶粒防砂试验，措施后地层仍然出砂，没 有取得预期防砂效果。端部脱砂是水力压裂提高裂缝导硫能力有效方 法，
7、吐玉克油田地层渗透率较高，胶结疏松，通过压裂防砂既能实现 压裂增产目的，又可到达防砂效果。二、油井出砂状况机理分析与评价油层出砂是由于井底附近地带的岩石结构破坏所引起，与岩石的 胶结强度及开采条件等有关。岩石的胶结强度主要取决于胶结物的种 类、数量以及胶结方式，通常砂岩的胶结物主要为粘土、碳酸盐和硅 质三种，以硅质胶结物的强度最大，碳酸盐胶结次之，粘土胶结最差。 对于同一类型胶结，胶结物含量愈多、胶结强度越大，储层越不易出 砂。吐哈已开采油田均为低渗透砂岩储层，以粘土胶结为主，胶结物 含量一般为 15%左右。各油田在开采过程中油井不出砂。鲁克沁和雁 目西油田储层声波时差340370 us/m,
8、在地层出砂临界声波时差295395 us/m的范围之内，地层存在出砂的可能性。尤其是油层见水后，由于局部胶结物的溶解，岩石胶结强度降低，会造成油层出砂。 用于预测储层出砂的方法及经验公式较多，采用常用的出砂指数 法、斯伦贝谢比法、声波时差法等经验方法分析预测油井出砂状况。 出砂指数法 出砂指数法是在合理生压差条件下，对油井出砂进行预测。计算 公式为：PrB二x 105A t2B出砂指数，X104MPa；P岩石密度，g/cm3；rA t纵波声波时差，卩s/m当B2.0MPa时，储层不会出砂；当1.5B2.0MPa时，储层出砂; 当B1.5MPa时，储层出砂严重。 斯伦贝谢比法 斯伦贝谢比法也是在
9、合理生压差条件下，对油井出砂进行预测。计算公式为：D(l2u) (1+卩) PR=x(1- U ) 2At2DX1017；U泊松比；X106时，一般不会出砂。 声波时差法近年来，常用声波时差At来预测储层出砂，当At295 us/m , 油层有可能出砂，现场经验对油层出砂时声波时差临界值定为295 395 U s/m.鲁克沁雁目西油田储层声波时差340370 us/m,，储层 存出砂的可能性。根据储层出砂预测，结合试采井生产动态，认为鲁克沁稠油井和 雁目西油田生产过程中将会出砂。特别是大压差生产时，将会造成油 井出砂。三、压裂防砂技术原理及特点压裂防砂技术是九十年代迅速开展起来的一种复合防砂技
10、术。 对胶结疏松的高渗透油气层既进行水力压裂，又进行砾石充填， 将二者的优势有机地结合，这是近年防砂工艺的最重要的进展突 破了原来疏松砂岩地层不能进行压裂的禁区。它改变了传统的防砂技 术无法增产的观念。由于压裂产生了高导流能力的裂缝，既能消除近 井地层损害，又能大大改善地层深部渗流条件同时，支撑剂砾石 的充填又保存了了原有砾石充填防砂有效性的特点，使油气井在 实施压裂充填防砂后，不仅控制了出砂，而且还获得显著增产。压裂充填防砂的根本原理是在井底形成短而宽的高导流能力裂 缝，降低流动阻力，增加产能；在井底形成双线性流模式，降低流体 的流速和携砂能力，以减缓出砂；裂缝内砾石支撑带形成具有多级分 选
11、过滤功能的人工井壁，起到挡砂滤砂作用，从而到达防砂目的。压裂充填的目的是得到短而宽的高导流能力的支撑裂缝，既防砂又增产，到达这一目的的关键技术是端部脱砂(TSO)。主要技术原 理如下：(1) 压后地层流体流动特征发生改变压裂前，均质地层流体进入井筒的流动为径向流；压裂后地层 流体的流动为两种模式，先是地层内部向裂缝面流动的线性流，然后 是流体沿裂缝直接进入井筒，形成双线性流模式。(2) 水力裂缝可以防止和缓解岩石的破坏 具有极高导流能力的压裂裂缝将地层流体由原来的径向流转变成双线性流，在一定程度上降低了生产压差和大幅度降低流动压力梯 度。从而缓解或防止岩石骨架的破环，也就缓解了出砂趋势和程度。
12、(3) 裂缝可以降低流动冲刷携带砂粒的能力 流体对颗粒的冲刷与携带能力主要取决于其流速，流速越大，对地层的冲刷作用越厉害，出砂就越严重。由裂缝而产生的双线性流 模式及巨大的裂缝外表积可以发挥良好的分流作用，使压后流速大幅 降低，从而降低了对地层微粒的冲刷和携带作用，大大减轻出砂程度。 表 2 中数据清楚说明了这一点。表 2 存在裂缝时地层流体流速比照V/VrQ/Q)r=lQ/Qr=2Q/Q)r=3Lf=30mLf=50mLf=30mLf=50mLf=30mLf=50mr=r=r=(4)裂缝内充填的砾石对地层砂粒有阻挡作用作用原理与常规的砾石充填类似，裂缝内充填的砾石对地层砂 粒有阻挡作用。有时
13、可以使用树脂复膜砂作为支撑剂或以复膜砂在井 底缝口段封口，以提高对地层砂的阻挡能力。四、国内外技术状况国外哥伦比亚米用石英砂脱砂压裂，加砂量lit,用液量32m3, 压后采油指数由10 提高到 15，压后正常生产没有出砂。阿拉斯加海上 McArthur 油田 Hemlock 油藏,岩性弱胶结砂岩, 渗透率1-400X10-3mm2,孔隙度5-15%,生产过程中出砂。压裂前 置液,携砂液59m3,支撑剂20t,加砂浓度31t/m32，增产0.9倍，年递减 由12.5t/d/a将到3t/d/a。防砂效果也较好。大港港西油田在97年至98年，施工70余次，有效率81.4%， 措施后油井平均增产1-2
14、倍，生产不出砂，有效期达500天。33,平均砂比 46.8%，综合砂比 33.8%。涂层支撑剂压裂防砂主要适用于地层极疏松，出砂严重，出现空 洞的地层，主要优点是能够增加井的产量，而且防止地层出砂，防砂 有效期长。由于涂层支撑剂较贵，一般采取最后高砂比尾追涂层支撑 剂封口技术。辽河油田稠油蒸汽吞吐井高3-6-0222井，储层岩性为砂 砾岩，胶结较疏松，空气渗透率u m2,平均孔隙度12.7%。压后返排 及生产过程中，无支撑剂返排现象，也无地层出砂现象发生，生产一 直正常，截止1997.7.2，未进行任何冲砂或检泵作业，树脂涂层砂封 口能够起到人工井壁作用，压后增产明显（表3）。表3 辽河油田高
15、3-6-0222井压裂施工情况表压裂井段,m施工日期厚度m/层数排量m3/min压裂液名称HPG支撑剂兰州砂26m3用量树脂砂3m3压前产量m3/d产液压后产量m3/d产液产油产油五、压裂防砂工艺技术研究（一）、压裂防砂技术的选井条件根据现场施工经验，选择进行压裂防砂作业对象是：1、井筒明显受污染的油藏，以往采取增产措施效果不佳，水力裂 缝能绕过污染带而有效地把井眼与油层连通起来。2、胶结不良的油气层可能出现微粒运移或出砂问题，水力裂缝可 以形成高渗透性渗流区，降低井眼流速，以减轻微粒运移或出砂，从 而获得更多产量。3、多层的砂/泥岩层系中，仅利用炮眼把砂岩透镜体与井筒连通起 来是有限的，而水力裂缝可以形成有效地垂向连通。4、地层在近井地带没有跨塌，有开
