裸眼水平井分段压裂概念及优化设计方法

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1、第35卷第5期钻采工艺Vol.35No.5DRILLING＆PRODUCTIONTECHNOLOGY·55·开采工艺裸眼水平井分段压裂概念及优化设计方法1122郑云川，蒋玲玲，王立治，喻鹏(1川庆钻探工程有限公司井下作业公司2华北油田苏里格第五项目部)郑云川等．裸眼水平井分段压裂概念及优化设计方法．钻采工艺，2012，35(5):55－58摘要:首次采用国产裸眼水平井分段压裂工具对“低渗、低压、低丰度”的三低苏里格气田SU－H1井进行4343了分10段的大规模压裂作业，压后气井产量20×10m/d，无阻流量316．2×10m/d，完全实现了国产工具多级分段压裂的整体配套

2、技术。考虑裸眼井壁应力集中及周向应力变化的基础上提出双向起裂的裸眼水平井压裂概念，以双向改造理论为基础并结合地应力方向提出单、双封组合卡层分段的理念，考虑渗透率对裂缝泄流控制半径的基础上提出不同储层的压裂段数优化数量，考虑裂缝参数的基础上提出单段加砂量和总砂量优化的压裂气井产能43设计方法，最终提出以产量20×10m/d为目标的不同渗流率储层的优化设计方法。实例证明国产裸眼分段压裂工具性能可靠、文中建立的分段压裂理论正确、形成的优化设计方法有效。关键词:苏里格气田;裸眼水平井;分段压裂;双向起裂;卡封方式;产能设计中图分类号:TE357文献标识码:ADOI:10．396

3、9/J．ISSN．1006－768X．2012．05．16［4］和切向应力由式(1)、式(2)和式(3)计算，垂向一、裸眼水平井双向起裂概念应力由式(4)计算。2421．裸眼水平井压裂裂缝起裂模型σy+σvrwσy－σv3rw4rwσr=(1－2)+(1+4－2)×无限大地层水平钻进后在井壁周围会产生应力2r2rr［1］3r44r2r2集中，其物理模型如图1所示，并假设井筒方向与wwwcos2θ+τyz(1+4－2)sin2θ+2(pw－αp0)(1)水平最小主应力方向平行。rrr24σy+σvrwσy－σv3rwσθ=(1+2)－(1+4)cos2θ2r2r423rw

4、rw－τyz(1+4)sin2θ－2(pw－αp0)(2)rr2τyz=sin(λ)cos(λ)［σz－σycos(β)－σxsin2(β)］(3)σv=γH(4)式中:σr—径向应力，MPa;σy、σx—分别为水平最大主应力和最小主应力，MPa;r—径向距离，m;rw—井眼半径，m;θ—井眼圆周上一点与水平面的夹角，°;τyz—垂直于井筒yz平面的剪应力，MPa;pw—井眼内压力，MPa;po—孔隙压力，MPa;井壁圆周应力分布如图2所示，其中径向应力α—泊松比;收稿日期:2012－05－21作者简介:郑云川(1978－)，高级工程师，博士，现工作于川庆钻探工程有限公

5、司井下作业公司，主要从事油气田增产技术研究工作。地址:(610500)四川省成都市，电话:13981847761，email:yunchuanzheng@163．com钻采工艺2012年9月·56·DRILLING＆PRODUCTIONTECHNOLOGYSep．20123γ—平均容重，kN/m;生垂直于最小主应力的横向主裂缝，裂缝形成过程H—地层深度，m;如图5所示。λ—井筒与垂直方向的夹角，°;β—井筒与水平最大主应力的夹角，°。2．裸眼水平井裂缝起裂位置和起裂压力计算线弹性岩石断裂符合张性破坏准则，要使裸眼水平井井壁岩石破裂，需要克服圆周切向应力σθ和岩石抗张强度

6、T，即破裂压力pb等于σθ与T之和，图5微型纵向裂缝与单条和多条横向主裂缝图岩石抗张强度为定值，因此，研究裸眼水平井井壁的起裂位置和起裂压力实质成为计算井壁圆周上的切［2］二、单、双封组合卡层方法向应力。1．封隔器卡封方式需考虑的因素(1)水平井裸眼完井的目的是减少储层伤害和充分暴露储层，提高单井产量。(2)裸眼水平井本身具有一定的产能，应尽可能利用。(3)保证一定的横向主裂缝间距，以增大泄流面积和提高裂缝控制范围。图3井壁上不同θ位置的切向应力值图2．封隔器卡封方式利用水平段泥岩应力遮挡作用，减少封隔器数以苏里格气田区域地应力值带入起裂模型进行量，采用单、双封组合卡层

7、。计算，σy取44．0MPa，σx取40．2MPa，σz取89．1MPa，rw=0．152m，λ=90°，β=90°，α=0．24，pw=po=30MPa，r=rw处井壁圆周不同θ位置的切向应力计算结果如图3所示。通常认为，井筒方向若平行于最小主应力方向，［3］压裂时则产生垂直井筒的横向裂缝，而计算结果表明，在水平井井筒的顶部和底部圆周切向应力最小，为36．6MPa，比最小主应力40.2MPa还小，因此，即使井筒方向平行于最小主应力方向，初始裂缝图6井筒方位与卡封方式图也不是横向的，而是平行于井筒的纵向裂缝，那么，这种由于应力集中产生的纵