第七辑 油层压裂工艺

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  山东境内第一口压裂施工油井是位于东营市牛庄镇西的牛1井。该井油层渗透
率低,1966年8月经试油结论为低产油井。为了进一步搞清该区块含油情况,对牛1
井进行压裂改造。压裂改造目的层为沙三段,用7台水泥车、1台自制混砂车组成压
裂车组施工。由于井深3000米以上,原油在井筒内的流动摩阻大、设备能力低、排
量小,这次压裂没有达到预期目的,但取得了压裂施工的经验,为下步改进技术提
供了依据。1968年4月,又选择营25井压裂施工,压裂3次没有压开油层。1970年3
月,对营25井原层再次进行压裂施工试验,采用油套管合压,油管接3台500型压裂
车,套管接3台400型水泥车,压前用混合油替满井筒。施工时,套压27~29兆帕,
油压36~39兆帕,排量2.8~1.5立方米/秒,前置液51立方米,携砂液39.4立方米,
加入0.5~0.9毫米核桃壳3.3立方米,含砂比13%,顶替液12.2立方米,施工后用7
毫米油嘴求产,日产油67吨,压裂获得成功。
  1972年,压裂工作有了明显进步,全年压裂10口井、12井次,成功率75%,有
效井6口,有效率52%,全年累计增产原油2520吨。对井深2000米左右中深井压裂
工艺基本过关,但设备不配套,需引进高排量、大马力的压裂设备,并研制新型压
裂液,改进压裂液的性能和支撑剂的质量。
  通过几年探索,工程技术人员在没有先进压裂设备、优质压裂液和优质支撑剂
的条件下,决定选择浅井压裂。为了改进压裂液性能,选用豆科植物决明子配制水
基压裂液,在辛11-32井首次试验见效,开创了水基压裂液压裂的历史。1973年,
把滨南平方王油田滨4区作为压裂主战场。滨4区井段在1500~1800米之间,全年压
裂100口井、106井次,到年底压裂后开井61口,日增产原油372.7吨,平均单井日
增产6.1吨,累计增产原油48747吨,取得了比较好的开发效果。滨4区自投入开发
以来,1973年第一次达到了年产油20万吨、单井日产油10.7吨、采油速度逐步达到
1.26%的设计开发指标,4口原来不能出油的井通过压裂正常投产,12口泵抽低产
井变成自喷高产井。
  1974年,胜利油田钻采工艺研究院采油工艺室和中国科学院植物研究所、上海
土产公司合作,研制了田菁水基压裂液,经过现场试验,获得成功。从此田菁液成
为长期使用的定型压裂液。1976年,田菁压裂液经过室内和现场大量试验,发现其
残渣和不溶物质含量在15~30%之间。它对渗透率高的地层伤害不太严重,但对低
渗透性油层的伤害就比较严重,压裂后可能产生2次污染,造成排液困难。为此,
又研制推广了羧甲基田菁压裂液,不溶残渣含量降低到10~17%,见良好效果。并
与云南热带植物所合作研制了瓜胶压裂液,后因瓜胶国内不宜种植,只试验了几口
井。1980年后继续使用低残渣、速溶、耐高温的改性田菁压裂液及部分国内改性的
瓜胶压裂液。
  在压裂施工工艺方面,分层压裂和油水井对应压裂都取得较好效果。1976年,
平方王油田中块全面注水后,进行分层压裂。全年共压裂69口井、77井次,其中油
井58口、61井次,可对比井49口,有效井42口,有效率85.7%,日增产能力366吨,
年底累计增产原油2.22万吨。1978年,滨4区细分层注水,进行油水井对应压裂。
1978~1982年,共压裂油水井247井次,其中油井214井次,累计增产原油21.5万吨。
同时,对井段比较长的2到3个油层的深井或中深井压裂时,采用投球分层压裂,力
求达到压裂井内低渗透段的目的。试验10口井,成功率较低,没有进一步推广。
  1979年11月,胜利油田引进一套美国压裂车组(包括4台泵车、1台管汇车、1台
混砂车)。1984年石油工业部拨给1000型泵车2台。根据生产需要,1985年胜利油田
购置了美国SS公司万国压裂车组一套(包括泵车6台、管汇车1台、混砂车1台、仪表
车1台)。1989年9月,购进一套美国压裂车组(其中压裂车5台、混砂车1台、仪表车
2台、管汇车1台)。这些压裂设备为压裂施工提供了有效的手段。
  1985年,采油工艺研究院与井下作业公司压裂大队合作,自制了含砂比和交联
比自动跟踪控制装置,改变了过去施工打手势、摆小旗、吹口哨、敲锣、举黑板的
指挥方式,实现了遥控自动操作;推广使用了753型分层压裂封隔器及与之配套的
水力锚,实现了3000米以内中深井的压裂。
  1986年,胜利油田压裂取得了突破性进展,整体改造了东辛的营11块、营6块
和河口的大24块,在义65和37井区开展了渤南油田整体压裂改造试验,全年共压裂
300口井、318井次,其中油井256口、水井44口,日增产原油1728吨,全年累计增
产原油33.3万吨。在压裂施工中推广了电测梯度井温和微差井温测井判断裂缝高度
和方位,采用了254-4封隔器和735封隔器分层压裂。1986年7月17日完成了桩古7井
大型压裂施工。同年,中美合作完成了桩古12、桩古85、牛19和牛17等4口压裂井,
并根据石油部样板井施工标准,先后选出了义65-4-42井、义37-11井和营11-2井进
行了标准化压裂施工。
  1987年,集中力量对渤南油田进行整体压裂改造。在压裂工艺上,采用了投球
选层压裂、水井防膨剂压裂、限流压裂和改善压裂液性能、选用新型支撑剂以及液
氮排液等新工艺技术。投球选层压裂,对于井段上下岩性差异大的井,是改造低渗
透性油层的较好方法。在义5-52井采用普通田菁液,油管进液方式投球压裂,压裂
前产量为0,压裂后用12毫米油嘴自喷生产,日产油140吨。当年投球选层压裂27口
井,都有明显效果。水井采用防膨剂压裂工艺,在5口注水井也见到增注效果。限
流压裂是大庆油田改造浅薄油层的成功经验,在胜利油田3口深井上进行压裂试验
获得成功。在夏38井采用土酸加液氮酸压裂,提高了排残酸能力,酸压后放喷,残
酸液全被排出,56毫米管式深井泵生产,日产油从压裂前6吨上升到36吨。同年在
桩西、渤南、牛庄等地区的探井和部分开发准备井压裂38口井、85井次,其中探井
24口、21井次,有效率67.8%,压裂前日产油27.5吨,压后日产油329.1吨,日净
增油301.6吨,平均单井日增初产14.4吨。1987年共压裂油水井328口、371井次,
其中油井303口,开井266口,有效井219口,成功率82.3%,压后日初增液7215.9
吨,平均单井日增液27.1吨,日初增油5285.2吨,平均单井日增油19.8吨,当年累
计增油33.44万吨;注水井压裂26口,开井25口,有效率72%,当年累计增注水6.
97万立方米。
  1990年,油田压裂工艺技术有新的发展,主要针对低渗透油田深层薄层多层、
高泥质和岩性复杂的特点,进行技术攻关整体改造,对重点区块牛20、营11及大王
北油田进行了整体改造,取得较好的效果。在施工工艺上采用压裂高效防膨技术、
垂缝上窜控制技术、压裂施工监测技术、深层限流压裂技术等新工艺。全年共压裂
油、水井248口。其中油井234口,开井198口,有效井178口,有效率89.9%,压后
日初增油2231.9吨;注水井压裂14口,开井13口,有效井12口,有效率92.3%,当
年累计增注4万立方米。
  1991~1995年,针对渤南油田等低渗透油田特点,发展了整体压裂改造工艺,
压裂施工设计采用以压裂优化设计软件为基础的计算机设计,还开发成功中深井限
流压裂、压裂转向剂、控制裂缝延伸技术,推广了羟丙基胍胶压裂液和SC-1植物胶
压裂液及与之配伍性好的MAN、A-25、P216等添加剂,形成了使用浓度低、残渣量
小、对地层伤害小和易于配制的压裂液系列,试验成功了高能气体压裂工艺技术。