压裂作业在渤海油田火成岩储层的探索应用
2024-04-11樊鹏飞王旭东
樊鹏飞 王旭东
中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司 天津 300450
1 作业背景
通过压裂作业，可以将原本受限的油藏释放出来，提高油井的生产能力，该技术对于老化油田和低渗透油藏尤为有效，[1]随着渤海油田低渗储层开发开采需求不断增加，压裂工艺作为目前公认的低渗储层增储上产攻坚利器，近年来在渤海油田逐步拉开序幕。
渤海区域某油田古近系东三段和沙河街组储层岩性以中、细粒岩屑长石砂岩为主，矿物成分主要为石英、长石、岩屑。东三段和沙河街组主要发育辫状河三角洲沉积，物源来自西南方向的垦东凸起。东三段储层具有中孔、中～高渗的物性特征，油层段测井解释孔隙度范围16.4%～22.0%，平均为19.4%，渗透率范围208.6～1589.6mD，平均为736.2mD。地面原油为轻质原油，比重0.9g/cm3，具有粘度低、胶质沥青质含量中等、含蜡量高、含硫量低、凝固点高等特点，投产初期多次出现井口无液返出、电机高温的现象，通过环空补液、缩小油嘴等方法维持流压相对稳定。稳定生产后，一直维持低流压、高生产压差、低液量状态生产，含水5.2%，注采连通差，储层南侧受火成岩影响产能未达设计，电泵排量与供液能力不匹配。
A43井东营组具备良好的物质基础，周边储层好，不受火成岩影响区域的邻井单井产能较好。鉴于该井储层一定程度受到火成岩影响，因此对东营组进行储层改造。
2 压裂管柱校核及施工方案
2.1 压裂管柱校核
本次压裂作业管柱设计（详见图1）为：3-1/2”EUE扩孔圆堵+3-1/2”EUE P110油管+压裂封隔器+7”水力锚+反循环阀+安全接头+3-1/2”EUE P110油管，施工参数为井口限压70MPa，环空压力10MPa，排量为0-5m3/min。
图1 压裂管柱图示意图
压裂参数计算：当井口达到限压值70MPa，环空压力为10MPa，排量为0-5m3/min，注入时间为90min，压裂各参数计算如下：
（1）井底压力计算：当排量为5m3/min，井底流动压力为72MPa，当排量为3m3/min，井底流动压力为84MPa，当排量为1m3/min，井底流动压力为96MPa，大于地层破裂压力。
（2）温度计算：当排量为5m3/min，井底油管内温度从112℃降至40℃。
（3）管柱伸缩计算：由于温度效应、鼓胀效应导致生产封隔器上下管柱出现缩短，砂堵时缩短量最大为2.153m，由于封隔器的卡瓦作用，管柱总伸长量为0。
（4）压裂封隔器和水力锚受力计算：压裂管柱下压16吨坐封封隔器后，经模拟校核，砂堵时封隔器和水力锚受力最大，受到107吨的上顶力，水力锚锚定力≥154吨（70MPa），满足极限工况下的防上顶要求。
（5）管柱强度计算：正常作业时，压裂管柱的三轴、抗拉、抗内压、抗外挤的安全系数满足中国海洋石油标准要求；当出现砂堵情况时，井口达到井口限压值70MPa，环空压力为10MPa时，压裂管柱的三轴、抗拉、抗内压、抗外挤的安全系数满足作业标准要求（详见图2）。
图2 管柱强度校核示意图
2 压裂施工方案
2.1 管柱结构及压力预测：
A43井压裂两个生产层段，压裂管柱结构：3-1/2”EUE扩孔圆堵+3-1/2”EUE P110油管+压裂封隔器+7”水力锚+反循环阀+安全接头+扶正器+3-1/2”EUE P110油管，采取投堵填砂封隔下部产层，采用一趟两层填砂拖动压裂工艺，压裂管柱结构简单，工具成熟，性能稳定，A43井改造段跨度大，小层多，为了保证压裂效果，设计采用较大排量注入施工，设计注入排量4-5m3/min，从预测结果来看（详见表1），破裂压力梯度按照0.0167MPa/m计算，裂缝延伸压力梯度0.0151MPa/m，预测最大施工压力56.9MPa。
2.2 泵注方案
（1）A43井第一压裂段小型测试压裂泵注程序：
设计一级加砂量36.0m3，砂比5-35%，平均砂比21.9%，施工排量4.0-4.5m3/min，顶替后降排量投球暂堵1和3小层（7.4m/279孔/320球），二级加砂量18.0m3砂比5-40%，平均砂比23.1%，施工排量4.0-5.0m3/min。工艺设计方案总计加砂54m3，净液量442m3。
（2）A43井第二压裂段小型测试压裂泵注程序：
第二压裂段储层较薄、缝高难以扩展、加砂难度较大，采用大排量+较低砂比促进支撑剂运移及纵向充分改造。为促进形成复杂裂缝，设计前置液采用弱交联压裂液造缝、加入多级自悬浮陶粒段塞。工艺设计方案施工总加砂量31m3，加砂强度4.8m3/m。砂比5-40%，平均砂比21.8%，尾追固结覆膜陶粒1m3，施工排量4.0-5.0m3/min，净液量257m3。
3 现场作业效果
3.1 作业井效果
A 43 井投产后日产液121 m3/d，日产油106.5m3，含水12%，对比故障前日产液19.25m3，日产油18.25m3，日增油量88.25m3，压裂作业效果良好。
3.2 作业井效益
A43井投产后，日増油约88.25m3/d，折合收益约24万/天（60美元/桶计算）。此次压裂施工共注入液量730方，支撑剂81方，投暂堵球200个，创造渤海老井低渗压裂新的记录。此次拖轮压裂作业纯作业时间160h，对比施工设计188h节省28h，节省时效14.9%，大大提高了作业效率。该井实施至今运转可靠，经济效益十分明显。
4 结束语
1）低渗压裂技术是解决海上油田火成岩储层产出低的有效方式，在渤海油田应用了多口井，作业后增油效果明显，达到了设计的各项指标，应用前景广阔。
2）设计研发专业用于海洋石油开采的压裂多功能设备，具备集成作业、增产等复合功能，是未来海洋石油低渗储层开发的方向，进一步优化作业流程、采取措施有效降低成本，对海上压裂技术的推广至关重要。
3）由于海上平台环境相似，低渗压裂技术有效提升了油井产能，取得良好经济效益，因此可进一步推广应用至四海油田的开发中。
