冀中凹陷高熱含砂儲層壓裂改造射孔優(yōu)化設計

1油藏油層及溫度系統(tǒng)高家堡構造帶是一種典型的背斜構造。背斜軸向北西傾斜，一系列北東傾斜的誤差分為幾個部分。家3和家29是夾在家里三個北方誤差和19個井之間的區(qū)域。三個盒子位于高家寶的底部，29個盒子位于高家寶的底部中心，這是高家寶結構帶的主要部分。1995年上報儲量時圈定含油面積6.7km2，探明儲量784×104t,1997年該區(qū)塊申報為難采儲量評價區(qū)塊。油藏油層主要分布在沙三上段，為淺灰色砂巖與深灰色、灰色泥巖呈不等厚互層。儲層巖性以長石細-粉砂為主，儲層的儲集空間以次生溶孔、粒間粒內孔隙為主，少量自生晶間殘余孔隙和微小裂縫。巖心物性分析統(tǒng)計，Ⅰ油組最大孔隙度為17.3%，一般為8%～11%，最大滲透率為31×10-3μm2，一般為2×10-3μm2左右。Ⅱ油組最大孔隙度為18%，一般9%～13%，最大滲透率為71×10-3μm2，一般為（3～17）×10-3μm2，屬低孔-低滲性儲層。井區(qū)溫度梯度為3.0℃/100m，屬于正常的溫度系統(tǒng)；壓力系數在0.986～1.18，平均為1.09，屬于正常壓力系統(tǒng)。2儲層壓裂難點分析對高家堡地區(qū)構造的前期兩口井家29-2、家29-7的施工參數進行了統(tǒng)計（表1）ㄢ高家堡地區(qū)前期壓裂的2口井均進行了二次壓裂施工，每次加砂量0.5～1.2m3，都未完成加砂任務，壓裂難點表現在以下幾方面：(1）儲層異常致密，地層破裂壓力高，由施工曲線折算地層破裂壓裂梯度為0.0215～0.0225MPa/mㄢ(2）地層巖石硬度大，壓裂形成的動態(tài)縫寬窄，裂縫延伸壓力高，延伸壓力梯度為0.021MPa/m左右。(3）儲層水平應力大，施工壓力對砂比極敏感，儲層壓裂臨界砂濃度在200kg/m3以下。3基于提高儲層破裂壓力和實現窄縫條件下加砂技術措施研究StudyonreducingthebreakdownpressureofreservoirperforationinGaojiapuarea為了提高高家堡地區(qū)儲層改造的成功率，開展了降低儲層破裂壓力、實現窄縫條件下加砂的技術措施研究。3.1儲層巖石力學性質結果如表2及圖1所示。實驗結果所示，冀中高家堡地區(qū)家3-家29斷塊儲層巖石的彈性摸量值為（1.5～2.4）×104MPa，泊松比為0.23～0.24，應力-應變圖反應出巖石屬于脆性破壞，巖石致密導致儲層的破裂壓力高。3.2巖石微破裂演化為了進一步分析地層原地應力的大小，開展了kaiser聲發(fā)射實驗研究。聲發(fā)射技術是利用巖石變形過程中，內部破裂的產生和破裂面之間的摩擦滑動所輻射的超聲波信息，連續(xù)不斷地觀測巖石材料內部微破裂的動態(tài)演化，以此來研究巖石變形、破壞的微觀機制。家29井3486.5～3501.58m段巖心對應為油層段，其最小主應力梯度為0.0249MPa/m，最小主應力梯度為0.020MPa/m，比正常砂巖應力梯度高。結合三軸巖石力學試驗參數（表3）和區(qū)塊前期壓裂施工資料，計算得到家29斷塊的構造應力系數為0.3799，反映出區(qū)塊局部高應力特征。3.3射孔優(yōu)化試驗射孔孔眼是溝通井筒和地層的通道，在壓裂目的層段射孔優(yōu)化可以有效降低地層破裂壓力。然而由于井筒的幾何形狀和邊界條件復雜性，要得到解析解十分困難，因此射孔參數的選擇對于破裂壓力的影響也較復雜。3.3.1高家堡的應力方向根據家13井、家29-7井的地層傾向資料，確定沙三斷地層最大主應力在76°，與斷層走向一致。3.3.2射孔密度優(yōu)化(1）孔徑選擇。通過軟件校正計算，不同射孔彈的地下穿透性能如表4所示。根據后面的支撐劑方案為30～50目/20～40目組合陶粒，最大中值顆粒粒徑為0.9mm，最小中值顆粒0.355mm。根據壓裂液攜砂對孔徑的要求，因此射孔彈孔徑在校正以后必須大于8mm，因此地面射孔彈的孔徑要求應達到13mm為底線，在此基礎上可適當對孔深進行要求。一方面對壓裂施工有利，同時對壓后產能發(fā)揮也有利。(2）孔密選擇。家29-18井地層傾角在10°左右，壓裂目的層段井斜角也在10°左右，根據本井的連斜數據，本井相當于20°的斜井。當射孔孔眼間距較小時，裂紋轉向角較大，裂縫的相互影響將控制裂縫軌跡，使裂縫面發(fā)生旋轉，從而實現相互連接。當射孔孔眼間距較大時，裂縫尖端轉角將會很小，不利于裂縫的連接。射孔孔眼間距大小是保證兩條傾斜微裂縫頭尾相連的重要因素。根據家29-18x井裂縫起裂弦長2Lf和分析計算，推薦射孔密度13～16孔/m。選擇16孔/m，孔徑大于13mm左右的射孔彈既能滿足壓裂要求，又能滿足控制套管強度降低在3.2%以下。(3）孔眼相位角。結合家29-18x井的井斜數據和地層傾角測井資料，經過坐標系變換得到目標井與地應力的相對位置（如圖2所示）。根據斜井裂縫起裂機理和雁形縫的連接條件，求得井筒裂縫初始起裂角θ為-57°（相對于井筒坐標系），折算為大地坐標系相當于方位角為87°。(4）孔眼深度選擇。斜井壓裂時裂縫一般都是在接近砂面孔眼的部分起裂，然后彎曲重定向，最后向PFP剖面擴展，并且射孔槍的穿透性能與套管上孔眼直徑尺寸的大小相互制約。因為孔徑小孔眼摩阻越高，越容易產生多裂縫，從而裂縫的寬度降低，增加近井裂縫的彎曲摩擦。根據射孔彈性能校正分析，只要射孔彈水泥靶穿深>300mm就可射穿污染帶。(5）打開程度。射孔打開程度與有效裂縫硬度或縫寬有關。三維模擬結果表明，對于給定的井筒方位角，存在一個臨界打開厚度（Hp/Hc），當打開厚度低于臨界值時，有效裂縫硬度隨打開后的增加而減?。p寬增加），當打開厚度高于臨界值時，有效裂縫硬度隨打開厚度的增加而增加（縫寬減小）。根據計算分析，本井完井段井筒方位角為306°，目的層較薄5m/層，上下隔層情況良好，建議100%打開。綜上，家29-18x井射孔方案優(yōu)化如下：(1）打開位置：3545.6～3550.6m/5m(2）打開程度：100%(3）射孔工藝：油管輸送射孔工藝（TCP）+壓力引爆(4）射孔槍型：102型，抗壓強度應大于90MPaㄢ(5）射孔彈型：孔徑應大于13mm，孔深大于300mm(6）射孔密度：16孔/m(7）射孔壓差：負壓射孔，推薦負壓30MPaㄢ(8）射孔相位：定方位射孔，定向方位角87°，定向誤差小于5°。428-18x井壓裂及家庭壓力4.1加砂工藝參數優(yōu)化(1）按上述方案優(yōu)化射孔，減小近井裂縫扭曲效應，為實現窄縫下加進砂創(chuàng)造有利條件。(2）采用多級段塞打磨炮眼、平整裂縫壁面，最大限度減小孔眼、近井筒摩阻。(3)ES3砂體巖心楊氏模量高，動態(tài)縫寬窄，采用“低起點、小臺階、中低砂比”的加砂模式。(4）儲層致密，砂液入地困難，采用30～50目和20～40目組合陶粒工藝。(5）改造層薄，5m/層，且隔層良好，排量優(yōu)化在3.0～4.0m3/min范圍。家29-18井壓裂施工參數優(yōu)化結果為：壓裂井段3545.6～3550.6m5.0m/1層；壓裂管柱?89mm-N80油管+封隔器3450m；壓裂液：低摩阻中高溫延遲壓裂液240m3；施工排量：3.0～4.0m3/min；支撐劑：組合陶粒21m3(30～50目陶粒11m3+20～40目陶粒10m3）；平均砂比：25.0%。模擬施工效果如圖3、圖4所示。4.2地層壓力調查2008年11月9日，由華北油田井下作業(yè)公司對家29-18井3545.6～3550.6m井段進行壓裂施工，采用?89mm油管注入，管線循環(huán)試壓至85MPa。施工曲線如圖5所示。由施工曲線看出：(1）啟泵隨著排量增加，油壓迅速上升，至76.2MPa地層被壓開，破裂壓力很高，井口破裂壓力梯度為0.0215MPa/mㄢ(2）以3.2～3.4m3/min的排量泵注前置液，油壓維持在71～74MPa范圍，比設計預測井口壓力高2～4MPa，反映出地層致密。(3）泵注前置液階段，打入地層4.5%、4.5%、5.7%三個段塞，段塞入地后，井口壓力有一定程度降低，特別當第3個段塞入地后，井口壓力下降了2MPa，說明支撐劑段塞降低了孔眼、近井筒摩阻。(4）泵注250～330kg/m3攜砂液階段，地面泵注壓力基本不變，維持在71～73MPa，裂縫正常延伸，中低低砂比攜砂液能順利進入地層。(5）當365～440kg/m3高砂比攜砂液進入地層后，壓力開始迅速上升，超壓停止加砂。本井設計加砂量21m3，完成實際加砂11.8m3ㄢ4.3本井的加砂試驗(1）本井實施射孔優(yōu)化后，折算井底地層破裂壓力梯度為0.0198MPa/m，明顯降低了地層破裂壓力（方案優(yōu)化前為0.0215～0.0225MPa/m），降低了5.95～9.50MPaㄢ(2）本井設計加砂量21m3，完成實際加砂17.0m3，加砂規(guī)模取得突破。(3）壓后抽汲排液求產，日抽90次，抽深1000m，液面900m，日產液27.2m3/d，其中油5.2m3/d，累計產油58.12m3，累計產水272m3ㄢ5空氣壓裂施工前單因素優(yōu)化設計，以減少裂縫扭曲效應針對高家堡地區(qū)儲層致密、構造應力作用強、壓裂時破裂壓力高的特點，通過巖石力學試驗、地應力測試、優(yōu)化射孔等技術的研究，優(yōu)化了射孔及壓裂施工參數，采用“低起點、小臺階、中低砂比”的加砂模式和30～50目及20～40目組合陶粒工藝，有效降低了高家堡地區(qū)儲層破裂壓力，使壓裂加砂規(guī)模上了一個新臺階。建議該斷塊壓裂施工前單獨進行射孔優(yōu)化設計和論證，進一步減小近井裂縫扭曲效應，在主壓裂之前，進行小型測試壓裂，獲取關鍵參數，為進一步優(yōu)化主壓裂施工作準備。OverviewofreservoirconstructioninGaoji-apuareaAnalysisofpre-reservoirfracturingParameterstestofrockmechanicsKais