長-慶-氣-田-致-密-砂-巖-氣-藏壓裂改造技術(shù)

中國石油長慶油田分公司二○一一年九月長慶氣田致密砂巖氣藏多層多段壓裂改造技術(shù)報(bào)告內(nèi)容一、基本概況二、直井多層壓裂改造技術(shù)研究及試驗(yàn)三、水平井多段改造技術(shù)研究及試驗(yàn)四、結(jié)論1.盆地資源豐富鄂爾多斯盆地油氣資源豐富，天然氣資源量10.7×1012m3，氣田發(fā)育上、下古生界兩套含氣層系，以蘇里格氣田為代表的致密砂巖儲(chǔ)層占總資源量61.7%。

近年來，長慶氣區(qū)進(jìn)入大規(guī)?？碧介_發(fā)階段，天然氣產(chǎn)量達(dá)到210×108m3,其中上古致密砂巖占51.9%。

一、基本概況陰山賀蘭山六盤山呂梁山秦嶺圖例石油儲(chǔ)量面積區(qū)域斷層構(gòu)造單元天然氣儲(chǔ)量面積

上古生界砂巖氣藏普遍具有低孔、低滲、低壓的特征，儲(chǔ)層致密，孔喉結(jié)構(gòu)差，啟動(dòng)壓力高，單井產(chǎn)量低。氣藏埋深：2800.0～3800.0m孔隙度：5.0%～12.0%滲透率：0.1～3×10-3μm2含氣飽和度：44.0%～66.1%壓力系數(shù)：0.8～0.9MPa/100m2.儲(chǔ)層物性差，自然產(chǎn)能低鄂爾多斯盆地致密氣典型井壓汞曲線特征蘇里格氣田典型井吼道分布3.普遍發(fā)育多套含氣層系，具有一井多層的特征蘇里格氣田儲(chǔ)層縱向多層現(xiàn)象比較普遍，一井多層比例高。太原馬五4山2山1山1盒8下盒8下盒8上蘇里格氣田各區(qū)塊多層井占總井?dāng)?shù)比例4.壓裂是提高單井產(chǎn)量的有效手段多年來，以提高單井產(chǎn)量為目標(biāo)，大力開展壓裂新技術(shù)攻關(guān)與試驗(yàn)，形成了長慶致密砂巖氣藏壓裂技術(shù)系列。兩大技術(shù)系列致密砂巖氣藏直井改造技術(shù)系列致密砂巖氣藏水平井改造技術(shù)系列六項(xiàng)主體技術(shù)機(jī)械分層壓裂多薄層壓裂低傷害壓裂液控縫高壓裂不動(dòng)管柱水力噴射分段壓裂裸眼封隔器分段壓裂六項(xiàng)配套技術(shù)壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)支撐劑優(yōu)選液氮伴注排液分層壓裂同步破膠裂縫監(jiān)測技術(shù)深穿透射孔1.巖礦特征室內(nèi)研究表明，長慶致密砂巖氣藏巖性總體上以石英砂巖為主，但區(qū)域上巖性存在明顯差異。蘇里格氣田中區(qū)以巖屑石英砂巖+石英砂巖為主；東區(qū)以巖屑砂巖為主；則西區(qū)以石英砂巖為主。二、直井多層壓裂改造技術(shù)研究及試驗(yàn)蘇里格氣田各區(qū)塊巖性數(shù)據(jù)對(duì)比表地區(qū)層位碎屑組分（%）石英巖屑長石中區(qū)盒886.013.70.3山185.114.80.1東區(qū)盒879.120.70.2山184.315.60.1西區(qū)盒890.89.20.1山186.513.20.32.巖石力學(xué)及地應(yīng)力研究室內(nèi)巖心測試表明，盒8、山1砂巖楊氏模量為18400～34200MPa，泊松比為0.2～0.4，砂巖最小主應(yīng)力為50.4MPa，泥巖為56.6MPa。巖心分析地應(yīng)力大小巖性最大水平主應(yīng)力最小水平主應(yīng)力泥巖68.9956.62砂巖61.8450.43砂泥巖65.0454.90氣田巖性圍壓MPa孔隙壓力MPa楊氏模量×104MPa泊松比體積壓縮系數(shù)10-41/MPaBiot系數(shù)盒8砂巖57281.84-3.420.2-0.41.4250.77山1砂巖45241.94-3.160.21-0.261.740.84巖心分析巖石力學(xué)參數(shù)3.導(dǎo)流能力研究為深入研究支撐劑導(dǎo)流能力隨時(shí)間長周期條件下變化規(guī)律與產(chǎn)量遞減的關(guān)系問題，從模擬生產(chǎn)實(shí)際條件出發(fā)，開展了“定壓定溫、長周期”導(dǎo)流能力實(shí)驗(yàn)。認(rèn)識(shí)：長期導(dǎo)流能力約為短期的14-25%；隨時(shí)間延長導(dǎo)流能力呈下降趨勢，300h時(shí)降為初期的12-14%。4、低傷害壓裂液體系研究針對(duì)致密儲(chǔ)層微觀孔喉細(xì)、啟動(dòng)壓力高的特點(diǎn)，在“核磁共振+巖芯流動(dòng)實(shí)驗(yàn)”的試驗(yàn)確定壓裂液傷害主控因素的基礎(chǔ)上，形成了適用不同區(qū)塊儲(chǔ)層的多套低傷害壓裂液體系。壓裂液類型適用儲(chǔ)層特征主要適用區(qū)塊羥丙基胍膠壓裂液以石英砂巖、巖屑石英砂巖為主的低滲儲(chǔ)層蘇里格中區(qū)、榆林-子洲地區(qū)陰離子表面活性劑巖屑含量高、孔喉細(xì)微的致密儲(chǔ)層蘇里格東區(qū)盒8超低濃度胍膠壓裂液吼道細(xì)小、壓力系數(shù)低、返排難度大的致密儲(chǔ)層蘇里格地區(qū)、盆地東部羧甲基胍膠壓裂液低孔、低滲，巖屑含量高的致密儲(chǔ)層蘇里格東區(qū)盒8高溫?zé)o機(jī)硼壓裂液深井、高溫、低滲儲(chǔ)層高橋地區(qū)近年氣田新開發(fā)的壓裂液體系（1）陰離子表面活性劑壓裂液從降低分子結(jié)構(gòu)、降低破膠液表面張力的角度出發(fā)，開發(fā)了新型陰離子表面活性劑壓裂液體系，成本降低40%，應(yīng)用33口井，平均無阻流量8.87×104m3/d。陰離子表面活性劑壓裂液體系評(píng)價(jià)內(nèi)容常規(guī)胍膠壓裂液陰離子表活劑壓裂液分子量300萬左右700表面張力33.82mn/m28.21mn/m破膠液粘度＜10mP.s＜5mP.s巖心傷害率27.4％18.3%壓裂液性能對(duì)比表陰離子表面活性劑壓裂液原理圖大于臨界膠束濃度球狀膠束網(wǎng)狀凍膠（2）羧甲基低傷害壓裂液從提高壓裂液稠化劑水溶性、降低稠化劑濃度的角度出發(fā)開展羧甲基壓裂液體系試驗(yàn)，應(yīng)用29口井，見到較好效果。蘇里格東區(qū)羧甲基壓裂液試驗(yàn)井效果評(píng)價(jià)內(nèi)容常規(guī)胍膠壓裂液羧甲基低傷害壓裂液水不溶物%9.650.92水溶性3小時(shí)1小時(shí)破膠液粘度＜10mP.s＜5mP.s壓裂液性能對(duì)比表5、機(jī)械封隔器分層壓裂工藝

一次下入分壓合采完井管柱，通過投球座封，逐級(jí)打開滑套，實(shí)現(xiàn)多層壓裂，合層排液生產(chǎn)。兩套分壓管柱：Y241、K344兩種適用規(guī)格：51/2″套管、7″套管耐溫能力：120℃，承受壓差：70MPa分壓段數(shù)：51/2″套管井最高分壓7段Y241分壓管柱K344分壓管柱桃2-10-30C2井采用機(jī)械封隔器分層壓裂實(shí)現(xiàn)一次分壓6層，壓后測試產(chǎn)量達(dá)8.95×104m3/d。桃2-10-30C2井6層分壓曲線截至目前，機(jī)械封隔分層壓裂工藝在蘇里格氣田累計(jì)應(yīng)用超過2000余口井，分壓5層以上試驗(yàn)15口井，平均無阻流量達(dá)12.2×104m3/d，取得了較好的效果。蘇里格氣田機(jī)械分壓多層改造工藝效果6、引進(jìn)試驗(yàn)了TAP、連續(xù)油管分壓裂技術(shù)（1）TAP分層壓裂技術(shù)通過將滑套與套管連接一同下入到目的層段，逐級(jí)投入飛鏢打開滑套實(shí)現(xiàn)分層壓裂，球座通過前一級(jí)壓裂時(shí)壓力傳遞縮徑而形成，避免了常規(guī)分層壓裂工具球座逐級(jí)縮徑對(duì)壓裂級(jí)數(shù)的限制。盆地東部4口井（米35、米37、蘇東35-57、桃2-9-2）TAP壓裂試驗(yàn)，取得以下認(rèn)識(shí)：TAP技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)無限級(jí)壓裂可實(shí)現(xiàn)套管滑套關(guān)閉，降低了產(chǎn)水影響技術(shù)成熟度有待進(jìn)一步提高多層改造后無阻流量達(dá)到5～6×104m3/d（2）連續(xù)油管分層壓裂工藝連續(xù)油管水力噴砂射孔及套管壓裂流程圖工藝原理：使用連續(xù)油管噴砂射孔通過環(huán)空進(jìn)行主壓裂通過砂橋進(jìn)行封隔下層作業(yè)后連續(xù)油管沖砂關(guān)鍵技術(shù)：連續(xù)油管精確定位技術(shù)連續(xù)油管井下工具組合連續(xù)油管分層壓裂施工工藝連續(xù)油管井口配套設(shè)備完成了3口井17層現(xiàn)場試驗(yàn)，單井最高分壓8層，最快實(shí)現(xiàn)了一天連續(xù)分壓4層。層數(shù)蘇東32-23蘇東34-19桃2-9-31盒7盒6盒52盒8盒7盒63山1盒8下1盒8上14盒8下2盒8上25山21盒8下26山22山117山128山21無阻流量104m3/d6.93.86.2產(chǎn)水0.94圍繞水平井開發(fā)的瓶頸技術(shù)，加大了關(guān)鍵工具的自主研發(fā)，擴(kuò)大技術(shù)合作與試驗(yàn)，水平井多段壓裂技術(shù)取得突破，蘇里格氣田水平井規(guī)模應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了開發(fā)方式由直井為主向水平井和定向井為主的轉(zhuǎn)變。三、水平井多段改造技術(shù)研究及試驗(yàn)1.不動(dòng)管柱水力噴射分段壓裂技術(shù)(1)開展了大型物模實(shí)驗(yàn)，對(duì)水力噴砂射孔機(jī)理取得關(guān)鍵性認(rèn)識(shí)傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)噴孔形態(tài)為紡錘形，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)靶件呈橢圓形和劍形兩種形態(tài)受非均質(zhì)性和地應(yīng)力影響，不同方位噴射射孔深度有較大差異與常規(guī)火力射孔不同，噴孔直徑大，無破碎和壓實(shí)帶，更有利于減少井筒附近油氣流動(dòng)阻力裂縫未起裂時(shí)噴孔形態(tài)六噴咀水力噴砂孔到圖靶件產(chǎn)生裂縫后噴孔形態(tài)（2）開展了水力噴砂參數(shù)室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)，建立了實(shí)驗(yàn)圖版采用810個(gè)靶件，針對(duì)9個(gè)方面（噴距、噴嘴直徑、圍壓、噴射速度、靶件、孔眼形狀、射孔孔眼、射孔時(shí)間、不同巖樣）完成了90組不同條件水力噴射參數(shù)實(shí)驗(yàn)，建立了實(shí)驗(yàn)圖版。水力噴砂孔內(nèi)壓力分布實(shí)驗(yàn)臺(tái)架對(duì)累計(jì)獲得的3126個(gè)關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行了圖版化處理，獲得水力噴射增壓和噴射參數(shù)兩個(gè)方面的圖版49個(gè)，建立了相對(duì)完善的實(shí)驗(yàn)圖版。（3）建立了理論模型，在室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，形成了理論圖版在室內(nèi)物理模擬實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)射流增壓、孔內(nèi)壓力分布、噴射速度等建立了數(shù)學(xué)模型，開展了150余組模擬研究，建立理論圖版17個(gè)，為優(yōu)化設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。噴嘴壓降公式：紊流方程：沖量方程：

孔內(nèi)速度云圖

孔內(nèi)靜壓云圖研發(fā)了多級(jí)滑套、噴射器等關(guān)鍵工具，形成系列配套工具，已獲國家專利7項(xiàng)。不動(dòng)管柱水力噴射分段壓裂示意圖（4）研發(fā)了水力噴砂分段壓裂工具項(xiàng)目技術(shù)指標(biāo)最高承壓（MPa）70耐溫性能（℃）150滑套打開壓差（MPa）10-1541/2″套管完井10段6″裸眼完井15段蘇里格氣田不動(dòng)管柱水力噴射分段壓裂施工井匯總表（5）現(xiàn)場試驗(yàn)截至目前，在蘇里格氣田致密砂巖氣藏共應(yīng)用32口井，平均無阻流量44.2×104m3/d，最高無阻流量125.1×104m3/d，與壓裂直井相比平均增產(chǎn)倍數(shù)達(dá)到5倍以上。時(shí)間試驗(yàn)井?dāng)?shù)（口）層位水平段長度（米）有效儲(chǔ)層鉆遇率（%）水力噴射改造段數(shù)（段）無阻流量（104m3/d）2008年2盒8636.641.81.012.42009年1盒81103.048.93.057.22010年13盒81124.058.55.643.52011年16盒8951.454.75.846.2平均32／1055.055.65.3段44.2

單井實(shí)例----蘇平14-19-09該井投產(chǎn)480天，平均產(chǎn)量10.9×104m3/d，累計(jì)采氣5234.0×104m3。蘇平14-19-09井開采曲線壓恢試井2、裸眼封隔器分段壓裂技術(shù)（1）技術(shù)原理裸眼封隔器、懸掛封隔器和完井管柱一體下入封隔器坐封后起出鉆桿，下入直井段壓裂回接管柱通過投入大小不同的鋼球，控制各級(jí)滑套打開，實(shí)現(xiàn)多段壓裂

自主研發(fā)6″井眼裸眼封隔器工具最大工作壓差達(dá)70MPa，工作溫度120°，最高壓裂改造段數(shù)為13段，已接近國外同類技術(shù)水平。技術(shù)指標(biāo)壓縮式封隔器遇油膨脹封隔器自主研發(fā)壓縮式封隔器封隔器密封壓差（MPa）707070封隔器耐溫（℃）150150120壓裂段數(shù)（段）151313

6″井眼條件下裸眼封隔器工藝關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)對(duì)比（2）技術(shù)性能裸眼封隔器實(shí)物照片

截至目前，長慶氣區(qū)裸眼封隔器分壓工藝應(yīng)用120口井，平均試氣井口產(chǎn)量7.0×104m3/d，平均無阻流量54.2×104m3/d，達(dá)到直井3倍以上。蘇里格氣田水平井裸眼封隔器分段壓裂試驗(yàn)情況表（3）試驗(yàn)效果時(shí)間改造井?dāng)?shù)（口）層位水平段長度（米）有效儲(chǔ)層鉆遇率（%）水力噴射改造段數(shù)（段）無阻流量（104m3/d）2009年5盒8780.468.24.066.22010年63盒8885.159.95.241.32011年52盒8908.067.76.359.2平均120盒8890.663.65.650.1

單井實(shí)例蘇平36-6-23（壓縮式裸眼封隔器）目前該井投產(chǎn)530天，平均產(chǎn)量9.6×104m3/d，累計(jì)采氣5100×104m3。蘇平36-6-23井開采曲線

桃2-12-27H（遇油膨脹裸眼封隔器）目前該井投產(chǎn)2