双封分层压裂

双封压裂工艺在 中原油田的应用 压裂室 2002 年 9 月 2 目 录 一、双封压裂工艺的引入 二、双封压裂工艺原理 三、工艺创新点 四、成功经验 五、发现问题及改进措施 六、双封分层压裂工艺的优点 七、应用实例 八、效果分析 九、双封压裂的应用前景 3 双封压裂工艺在中原油田的应用 一、双封压裂工艺的引入 分层压裂是长井段、多油层改造的有力措施。传统的分层压裂改造主要有卡封、填砂及投球分压等方式。卡封、填砂分层压裂存在一次施工层段有限、增加 作业工序及入井液污染地层的缺陷。投球分压通常采用投一压一、投一压二或投二压三等方式，适用于单套油层内层间物性差异不大，多套油层物性差异明显，并有一定的隔层的井，对长井段、多油层、物性差异不大的井进行压裂改造时存在以下弊端：一是难以保证压开所有的目的层，未被压开的部分油层反受压裂液的污染，或者压开的层出现二次进液，影响压裂效果；二是油层厚度大，压裂液受多层滤失影响造缝，油层改造不彻底；三是判断先压开的层不一定完全准确，投球量难以确定。双封分层压裂是利用多级封隔器及配套工具将油层分成一或两套压裂层段，对地层改造 具有很强的针对性，并且可减少作业施工工序，提高工作效率及压裂效果。因此，今年对双封分层压裂工艺进行研究并予以实施，取得了较好的效果。 二、双封压裂工艺原理 双封压裂是通过封隔器分层压裂管柱来实现，是通过封隔器和喷砂器将压裂目的层分开，实现分层压裂的目的。 双封压裂的工作原理：双封分层压裂管柱在下入后，压裂前投入钢球，打压坐封，然后加压打掉一级滑套，压裂第一层。第一层压完后再投入球杆，加压打掉二级滑套，封闭第一层，压裂第二层。压后待压力扩散后大排量返洗井，上提解封。使用的工具有 水力锚 安全接头 喷砂器：割 缝喷砂器 滑套喷砂器 封隔器；型号 4 管柱结构及工作原理 1、封上压下 结构 ： 隔器、割缝喷砂器、水力锚和安全接头组合的压裂管柱见图 1。 原理 ：压裂下层，是最常用的压裂方法，将封隔器卡在下部油层顶部进行下部油层压裂改造。 2、封上下压中间 结构： 裂封隔器、滑套喷砂器、水力锚、安全接头和球座组合的压裂管柱见图 2。 原理： 压裂时，用两级封隔器卡住待压裂层位的两端进行压裂，该管柱可以对具有一定隔层的任意层进行压裂。 3、封下压上 结构： 裂封隔器、滑 套喷砂器、水力锚、安全接头和球座组合的压裂管柱见图 3。 原理： 压裂时，用封隔器卡住待压裂层位的下部进行压裂。 4、分压两层 结构：结构： 裂封隔器、滑套喷砂器、水力锚、安全接头和球座组合的压裂管柱见图 4。 原理： 压裂时，用两级封隔器将待压裂层分开，先压裂下层，然后投入球杆至滑套喷砂器处，油管蹩压打开滑套喷砂器进行第二层压裂。该管柱可以不动管柱压裂压裂两层。可以减少施工工序，简单方便、经济。 三、工艺创新点 双封压裂工艺管柱结构简单，成本低，施工方便，安全可靠，不动管柱可压裂多层，工具性能较好，适用范 围广泛： 5 1、井斜 小于 35 度； 2、井温不高于 140 度； 3、套管内径 4、目的层跨度 50m； 5、隔层大于 10m； 6、破裂压力不高于 80 7、改造目的层具有很强的针对性； 8、双封压裂管柱具有返洗井功能，封隔器上若有沉砂可以冲洗，便于解封，防止卡井； 9、工具节流可以忽略不计，排量可以达到 影响压裂施工。 四、成功经验 到目前为止，双封压裂工艺已在 7 口井上实施，均取得了成功，并取得较好的效果。 在实施的 7 口井中，破裂压力最高的 41），井温最高 140 度（白 41），最大井斜 33 度（胡侧 7最大总跨度 100m（胡侧 7最大单层跨度 54m（胡侧 7最大排量达 /分，工具主要性能指标均可满足施工要求。 双封压裂工艺可进行选择性压裂，可封上压下、封下压上、封上下压中间、压两层。在实施的 7 口井中， 6 口井压双层， 1 口井封下压上（白 41），施工正常，可减少填砂等作业工序，提高效率，节约成本。 容易解封， 7 口井中最高解封总负荷 75 吨。 根据 7 口井的施工，说明双封压裂工艺能够满足中原油田压裂改造的需要。 五、发现 问题及改进措施 1、封隔器之间连接的 73管因压第一层时受压上顶，容易弯曲； 6 2、滑套喷砂器外保护套被压裂液刺穿，整个外套变形、残缺，残余碎片易造成卡管柱； 3、胶筒保护金属盘直径太大，易变形，增加起管负荷； 4、 隔器不适用于 管（ 未下到位，且洗井不通）。 鉴于出现的问题，进行了针对性的改进： 1、在下一级水力锚下面加一套封隔器； 2、去掉滑套喷砂器保护套； 3、改变胶筒保护金属盘直径； 4、对封隔器加以改进，研制了 隔器，两种型号的封隔器 完全可以满足施工井的需要，拓宽了施工对套管的要求。 六、双封分层压裂工艺的优点 与传统的分层压裂相比，双封分层压裂工艺具有以下优点： 1、具有一定隔层的可进行选择性压裂； 2、对目的层进行针对性地改造； 3、适用范围广泛； 4、管柱结构简单，可施工多层，施工方便，安全可靠，成本低； 5、管柱具有返洗井功能，便于解封； 6、封隔器容易解封； 7、可简化作业工序，节约施工成本。 七、应用实例 1、胡侧 7（分压两层） 地质概况 胡侧 7位于胡七北块，完井日期 1999 年 6 月 1 日，完钻井深 2983m，完钻层位 ，人工井底 大井斜 33 。本次压裂改造层位 9段 4n。 设计简介 胡侧 7压裂层段油层集中、隔层有利，决定采取卡双封 7 分两层压裂： 86 n（） ； 72n（ ） 。 设计加砂： 第一层 陶粒 24砂比 前置冻胶加粉陶 0.9 二层 陶粒 18砂比 前置冻胶加粉陶 0.9 裂管柱 89加厚油管 +水力锚 +封隔器 + 89加厚油管 +滑套喷砂器 +封隔器 + 73式短节 +水力锚 +封隔器 +坐封球座 +割逢喷砂器 施工简况 管柱下到位后，投球并对管柱试压，合格。 5 月 21 日实施压裂施工，施工情况如下： 1、开泵，打压 15封，加压至 25开一级滑套； 2、继续压裂施工，第一层按设计施工顺利。破裂压力 加砂压力 均砂比 一般排量 3、第一层压完后投球杆，停泵 30断球杆到位后，准备压第二层； 4、开泵，打压 25开二级滑套； 5、继续压裂施工，第二层施工顺利。破裂压力 加砂压力 均砂比 一般排量 工顺利。 管柱状况 压后放喷，返洗井；上提 75t 解封；球及滑杆芯子（球杆），动作到位。 8 2、白 41 井 （封下压上） 地质概况 白 41 井是白庙气田的一口生产井，完井日期 2001 年 11 月 22日，完钻井深 4240m，完钻层位 ，人工井底 4195m，。本次压裂改造层位 2，井段 m， 0n。 设计简介 白 41 井生产层段分散，曾经两次进行水力压裂改造，本次压裂改造层段在全井生产层段的上部。由于该井生产层段比较深，井底有压力，不利于填砂，研究决定采取封下压上进行压裂。 设计加砂： 陶粒 35砂比 前置冻胶加粉陶 0.9 裂管柱 89加厚油管 + 73加厚油管 +滑套喷砂器 +封隔器 +水力锚 +坐封球座 +割逢喷砂器 施工简况 6 月 13 日实施压裂施工，施工情况如下： 1、投球到位，开泵，打 压 15封，加压至 25开一级滑套； 2、投球杆，停泵 30 3、开泵，打压 25开二级滑套，封闭下层； 4、压裂施工，破裂压力 加砂压力 砂28 均砂比 一般排量 泵压力 工顺利。 管柱状况 压后放喷，返洗井；上提 53t 解封；球及滑杆芯子（球杆），动作到位，达到设计要求。 9 八、效果分析 到目前为止，双封压裂施工 7 口井，开井的 5 口井中有 4 口效果显著，见下表 井 号 施 工 日 期 施工前产状 施工后产状 目前产状 备 注 液 (t) 油 (t) 液 (t) 油 (t) 液 (t) 油 (t) 胡侧 7管错断 累计增油 254t 白 41 方 气 方 新卫 220 卫 43井 白 34 正在 作业 濮 83 正在作业 濮 7井 九、双封压裂的应用前景 中原油田地层非均质严重，二、三类油藏占有很大一部分储量，但弹性采出程度低，水驱动用程度低，剩余储量大。中原油田在滚动增储上没有很大突破的情况下，挖掘二、三类油藏的潜力是油田发展的关键。由于二、三类油藏储层物性差，钻井、采油生产过程中又受到不同程度的污染，其他常规措施工艺难以取得好的效果。压裂改造是一项有效的措施，但对井段 长、层数多、层间物性差异大的井，传统的分层压裂工艺难以取得理想的效果。 双封压裂工艺可以根据油层在纵向上分布的特点将油层分成一或两套改造层段，可以避免投球分压存在的弊端，使目的层得到针对性改造，提高压裂效果。同时由于双封分层压裂管柱可进行选择性压裂的功能，可减少部分作业工序及压裂次数，节约大量成本，应用前景广泛。 10 附图 1 封上压下压裂管柱示意图 保护层 全接头 水力锚 隔器 割缝喷 砂器 压裂层 人工井底 11 附图 2 封上下压中间压裂管柱示