分层压裂技术.doc

分 层 压 裂 技 术 前 言1、油藏开发特征文南油田属于深层、高压、低渗的复杂断块油气藏油层埋藏深，一般埋深范围在2210-3800m之间，平均油藏深度3100m；油层压力高，破裂压力在45-85MPa之间，大部分油层破裂压力在60Mpa以上；油层物性复杂，渗透率低，空气渗透率范围4.3-208×10-3um2，平均空气渗透率在25×10-3um2，渗透率差别较大；断块复杂，断层分布较多经过多年的开发，大部分油井射孔井段较长，油层跨度较大由于油层跨度大，射孔段油层较多，且油层之间物性差异较大，长期的多油层合采使得好油层大面积水淹，差油层注水开发困难，动用程度很低，因此有很大挖潜空间2、开展分层压裂的目的意义以往的长井段笼统压裂目的层段较长，一次施工不能压开尽可能多的油层，部分油层改造不彻底，已经不适应压裂工作的需要而分层压裂压裂层段跨度小且比较集中，压裂目的层比较明确，一次施工能够压开较多的油层，能有效改造差油层，因此推广分层压裂工艺技术对于提高二、三类油层的动用程度，提高压裂的整体效果，具有重要的意义一、分层压裂工艺技术特点分层压裂就是针对油层跨度较大的油井，根据油层潜力及工艺可行性分析，选出潜力较大的油层，采用限流、投球暂堵、卡单封、卡双封等分层方式，有针对性的开展压裂施工。

与长井段笼统压裂相比，分层压裂具有以下特点：1、压裂层段跨度相对较小分层压裂根据压裂油层的不同情况，采用不同的分层方式，可以有效减少压裂层跨度及总厚度，分层压裂层段的总厚度一般控制在50m以内，这样可以比较彻底的改造油层2、降低压裂施工风险，提高压裂成功率由于分层压裂有效减少了压裂目的层的跨度，这样在施工中就可以减少压裂液的滤失，有利于在井底憋起高压，形成有效的裂缝，减少压裂砂堵的可能，有效的降低了压裂施工风险3、能有效挖掘物性较差油层的潜力由于分层压裂采用工艺或机械的方式有效分层，这样大大提高了压裂目的层的针对性，能够有效改造物性较差油层的潜力，在一次压裂中可以压开尽可能多的油层，是对油层物性层间差异较大油井的有效压裂方式4、卡封分层压裂具有保护上部套管的作用卡封分层压裂采用封隔器分隔油套环型空间，可以避免压裂施工中的高压对套管的破坏，有效保护上部套管二、分层压裂选井选层的原则选井选层就是综合利用油藏工程和压裂工艺技术，根据各单井的动态和静态资料，油井的生产历史及井况，以改善油流渗流通道，提高裂缝导流能力，获得最大的增油量和最大的经济效益为目标函数，优选出最适合压裂的油层分层压裂工艺的选井选层除满足一般压裂选井选层的要求外，还要根据压裂油井的具体情况，优选最合适的分层方式，以获得最大的经济效益为目的，同时尽可能简化施工工序，降低施工风险和施工成本，遵循以下原则。

1、储层物性原则选井选层要综合考虑每个小层的地层渗透率、孔隙度、原始及目前地层压力、压裂层厚度、含水饱和度、油水对应关系、隔层厚度及岩性特征等因素根据文南油田油藏特点及近几年压裂井效果统计分析，一般要求压裂油层总厚度在5-25m之间，层段跨度在5-50m之间，地层系数大于0.5×10-3um2·m；上下隔层良好，一般要求隔层厚度大于10m，如果隔层岩性全部为纯泥岩，则隔层厚度可以放宽到大于8m，避免压串上下隔层2、经济效益原则在选井选层过程中，要以获得较好的经济净现值来进行选井选层，在选井选层的的过程中，不能只是考虑最大的压后产量或最大的增油量，而是要综合考虑压裂投入的各项费用，以获得最大的综合经济效益为目标函数来选井选层3、扫油效率原则该原则要求选井选层过程中，不能只考虑单井的增油量和效益，还应该结合压裂井所在的井组分析，以整个井组达到较高的扫油效率和较高的最终采收率来进行选井选层三、分层压裂优化设计优化设计涉及的内容较多，如压裂方式选择，压裂液、支撑剂和添加剂的优选，泵注程序及施工排量的确定，在此处就分层方式和裂缝几何尺寸的优化做简单介绍1、分层方式的优化分层压裂的方式比较多，针对每一口具体的油井，选择一种最合适的分层压裂方式是十分重要的，每一种分层方式都有自己优缺点和适用范围，分层的原则是即要满足地质要求，尽可能达到一次施工压开较多的目的层，保证压裂效果，又要求压裂方式相对简单，尽可能降低施工成本和施工风险。

1）、对于压裂目的层相对比较集中，油层跨度较小，目的层上部存在已射开油层的压裂井，在井况及隔层厚度和岩性满足的条件下，一般选择机械卡封压裂方式2）、对于新投井压裂，由于射孔方式还没有确定，如果压裂目的层物性之间存在较大差别，跨度较大且比较分散，可以考虑采用限流压裂方式3）、压裂目的层段上部不存在已射开的油层，目的层之间存在较大的物性差异且已经射孔；或者由于井况原因不能采取卡封分层的油井，一般选择投球分层压裂方式4）、对于压裂目的层上部存在已射油层，目的层内部可以分层明显的两套层段，在井况及隔层条件满足的情况下可以采取卡双封分层压裂方式2、裂缝几何尺寸的优化2.1、裂缝缝高的优化由于文南油田油藏埋藏深，压裂形成的裂缝以垂直裂缝为主，垂直裂缝的缝高发育一旦突破了上下隔层向上或向下发展，容易造成沟通上部或下部油水层，可能造成压后高含水另外从施工安全角度考虑，对于卡封分层压裂来说，如果缝高向上延伸失去控制，则容易压串上隔层导致砂埋封隔器，造成油井大修事故因此控制缝高对分层压裂优化设计来说具有重要的意义分层压裂优化设计中，最重要的是控制裂缝的高度，要求裂缝的高度既能沟通较多的压裂小层，又保证不压串上下隔层，在控制好裂缝缝高的前提下，设计出最经济、优化的裂缝长度及裂缝宽度，从而达到最大的经济效益。

裂缝的高度与油层、隔层物性有关，同时其它的施工参数对缝高也有较大的影响，在压裂实际设计中一般通过优化其它参数来达到控制缝高的目的2.1.1、优化施工排量控制缝高施工排量与裂缝高度的关系是排量越大，裂缝越高根据油层物性及上下隔层情况优化出合适的施工排量，一般情况下，为了避免裂缝过高，施工排量控制在3.5-4.5m3/min之间2.1.2、优化压裂液粘度控制缝高 在其它参数相同的情况下，压裂液粘度越大，裂缝也越高根据油井的目的层及隔层的厚度、物性、应力等情况，应用三维压裂设计软件进行模拟计算，调整压裂液粘度，优选最佳压裂液粘度值2.1.3、优化施工规模控制缝高 在其它参数相同的情况下，施工规模越大，施工时间越长，裂缝高度也越大应用三维压裂设计软件进行模拟计算，优选最佳施工规模，确保裂缝高度不会突破隔层向外发展2.1.4、人工隔层控制裂缝高度人工隔层控制裂缝高度技术包括漂浮式转向剂控制裂缝向上延伸，用重质沉降式转向剂控制裂缝向下延伸和同时使用两种转向剂控制裂缝向上及向下延伸2.2、裂缝缝长的优化设计裂缝长度与累积增油量、压裂有效期有直接的关系缝长的设计要求首先分析压裂井所在的构造位置、井距、油水井对应关系等因素；同时参考邻近已压裂油水井的裂缝监测数据，初步确定拟压裂油井的裂缝大概走向；参考对应水井注水压力及累积注水量，综合考虑上述因素，优化出最佳裂缝长度。

确保形成有效的支撑缝长，提高压裂综合经济效益，同时防止裂缝沟通注入水引起压裂后暴性水淹2.2.1、压裂改造井缝长的设计压裂改造井不存在对应水井，以改善油流的渗流条件为目的，设计缝长主要以达到最大的经济效益为目的，并非越长越好同时参考裂缝方位，防止裂缝沟通断层造成施工困难，根据文南油田压裂的经验，一般缝长控制在井距的1/2-2/3之间，在这个范围内优化出一个最佳的裂缝长度2.2.1、压裂引效油井的缝长设计压裂引效油井由于存在对应注水井，在设计缝长时，要考虑油水井的相对位置、对应水井注水压力及累积注水量、局部裂缝方位大概走向等因素，综合分析优化出最佳的裂缝长度，达到即能引效又不压后暴性水淹的目的压裂引效油井的缝长设计比较重要，如果设计太长，裂缝沟通注水井导致压后暴性水淹，设计太短不能达到压裂引效的目的文南油田的经验是充分收集尽可能多有关资料，把工作做细，综合分析对应注水井的累积注水量、邻近压裂井裂缝监测资料、油水井相对位置及井距大小等因素，优化出最佳的裂缝长度，文南油田的经验一般控制在井距的1/3-1/2之间2.3、裂缝宽度的设计裂缝宽度设计与压裂液粘度、施工排量、施工砂比、油层物性等因素有关，在设计中一般通过设计压裂液粘度及施工排量来达到控制缝宽的目的。

一般的观点认为在其他因素不变的情况下，压裂液粘度越大缝宽较大，施工排量越大缝宽较大，施工时间越长缝宽越大，施工砂比越大缝宽越大四、分层压裂工艺技术针对大部分老井油、气层段跨度大、射孔井段长，非均质严重等特点，2003年我们重点推广了分层压裂技术，根据具体分层方式的不同，分层压裂可以分为限流分层、投球暂堵分层、卡单封分层、卡双封分层、大斜度井卡封分层等方式，下面分别加以论述1、限流分层压裂工艺技术1.1、工艺适用范围限流法分层压裂是一种完井压裂技术，主要用于未射孔的新井或新层，其特点是射孔方案必须满足压裂施工要求，主要针对压裂层跨度较大、目的层段各个小层之间物性及厚度存在明显差距的新井或新层1.2、工艺要点①根据具体井的压裂要求设计射孔方案，即根据每个处理层的厚度、物性、破裂压力和所需要液量确定射孔位置、孔数及孔眼直径②必须保证每个孔眼畅通，一般采取前置酸液预处理目的层，疏通射孔孔眼③为了保证一次压裂施工尽可能压开较多的油层，以及每层有足够的排量，应在套管及施工管柱、地面设备允许的条件下尽可能提高施工排量④在允许的最大排量下，孔眼摩阻必须大于各层间破裂压力的差值即保证形成的井底压力应高于所有层的破裂压力。

⑤压裂目的层的各个小层间不能串通，以达到分层压裂的目的1.3、孔眼摩阻计算公式限流压裂设计中，孔眼摩阻是一个重要的参数，它对射孔方案的确定具有重要的意义 　　　　　　　　　（1） 其中Δp—孔眼摩阻，Mpa； Q—注入排量，m3/min; ρ—液体密度，Kg/m3; Dp—孔眼直径，m; n—有效孔数 α—孔眼流量系数，一般取0.8-0.85 （2） 其中：Δp—孔眼摩阻，Mpa； ps—井口压力，Mpa； pB—井底处理压力，Mpa; ph—液柱压力，Mpa； Δpf—油管或套管摩阻，Mpa.上述公式中，其中公式（1）为美国埃索公司计算公式，公式（2）为矿场资料估算公式1.4、射孔方案的确定对于文南油田来说，因为大部分油层比较深，水力压裂所形成的裂缝都是垂直裂缝，因此重点介绍垂直裂缝条件下的射孔方案的确定①压裂层段划分首先根据中原油田的压裂设备功率条件，限流压裂井的施工管柱及目的层的跨度、层数、分布情况进行压裂层段划分。

基本原则是尽可能减少压裂层段的总跨度，原则上要小于80m，另一方面在确定的设备功率下，尽可能压开较多的小层②确定合理的射孔孔数和注入排量具体步骤为：（1）根据拟压裂层的层数和厚度，预设一个注入排量；（2）根据该区块油层破裂压力梯度计算所需的井底处理压力；（3）根据注入方式及注入管柱计算管路摩阻；（4）根据地面注入设备、井口、油套管强度确定一个井口压力；（5）根据矿场资料估算公式确定孔眼摩阻，计算出的孔眼摩阻应大于射开油层的破裂压力差值，否则重新确定井口压力；（6）用公式计算。