保护隔层压裂技术

近几年，油田部署的三次加密调整井，在调整井网的同时，对开发层系进行了细分，开采的主要对象以表外储层为主,兼有表内薄差层，含油产状以油浸、油斑为主，岩性多为泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、含钙质泥岩。这部分油层具有单层厚度小、砂岩粒度细、渗透率低的特点，单层厚度多数在0.4～1.0 m之间，从纵向上看，油层分布零散，分布区间达200～300m，目的层与高含水层相间分布、且隔层薄；从平面上看，被水淹带包围，油水关系复杂。单井可调的砂岩厚度只有5～13m。因此，压裂改造时，一是尽可能的提高储层动用程度，二是要确保薄隔层不被压窜，三是要优化压裂参数，确保合理的施工规模，控制含水上升速度，保证调整井的开发效果。为此，重点发展了保护薄隔层压裂技术。

⑴原理

根据压力平衡原理，采用平衡压裂管柱将薄隔层相邻的压裂层和平衡层分别卡在不同的卡段内，施工时向管柱内注入预前置液，封隔器坐封将压裂层与平衡层分隔开，使二者处于同一压力系统内，在平衡层和压裂层建立近似相同的压力。预前置液注入后投球打套，由平衡器控制平衡层进液不进砂，然后，对目的层进行压裂改造。施工中由于平衡层与压裂层处于

同一压力系统，薄隔层上下的压力趋于平衡， 图2-4-10 从而保证薄隔层在压裂过程中不被压窜。

⑵施工管柱

针对隔层与油层相对位置的不同，为了满足不同施工井对管柱功能的需要，将该管柱设计为五种类型，分别用于不动管柱坐压两层保护上隔层、保护下隔层、保护中间隔层；不动管柱坐压两层同时保护上下隔层；不动管柱坐压三层保护两个中间隔层。

不动管柱坐压两层保护上隔层

管柱结构：工作筒+ K344-114封隔器+平衡器+封隔器+喷砂器+封隔器+喷砂器+封隔器+丝堵

工作原理：注入前置液，封隔器在液压作用下坐封。压裂下层后投球1将上层喷砂器的滑套打下落入下层喷砂器，关闭下喷砂器出口。投球2打开平衡器出液口，继续注入前置液，液体同时进入目的层和平衡层，在薄隔层上下建立起一

定的平衡压力，然后投球3打下平衡器滑套，使平衡层进液不进砂，压裂上层。

图2-4-11

压裂两层保护中间隔层

管柱结构：工作筒+ K344-114封隔器+平衡器+平衡喷砂器+封隔器+喷砂器+封隔器+丝堵组成。

工作原理：注入前置液，封隔器在液压作用下坐封。此时平衡喷砂器不工作、平衡器工作，薄隔层上下的两个压裂层分隔开，液体通过平衡器和喷砂器同时进入两个压裂层，在薄隔层上下建立起一定的平衡压力，然后投球打下平衡器带有割缝的滑套，使上层进液不进砂，开始压裂下层。然后，投球打下平衡喷砂器的滑套，压裂上层时，液体通过平衡喷砂器内外中心管的桥式通道流经喷砂器进入

下层，使薄隔层上下压力趋于平衡，完成上层施工。 图2-4-12

不动管柱坐压两层保护下隔层

管柱结构：工作筒+ K344-114封隔器+喷砂器+封隔器+平衡喷砂器+封隔器+喷砂器+封隔器+丝堵

工作原理：注入前置液，封隔器在液压下坐封。此时薄隔层上下的压裂层和平衡层被分隔开，液体同时进入平衡层和压裂层，在薄隔层上下建立起一定的平衡压力，然后投球打套关闭平衡喷砂器的内部通道，部分液体通过平衡喷砂器中心管的桥式通道进入平衡层维持平衡压力，且平衡层只进液不进砂，进行下压裂层施工。然后投球将上层喷砂器的滑套打下落入平衡喷砂器，关闭平衡喷砂器出口，进行上压裂层施工。

配套工具

图2-4-13

针对不同的井层条件对压裂工艺的要求，研制了平衡器和平衡喷砂器，与K344-114封隔器和滑套式喷砂器组配成上述五种不同功能的压裂管柱。

图2-4-14 平衡器结构图

技术参数：工具长度750mm、 最大外径114 mm、最小内径39mm、 最大工作压力55MPa、 最大抗拉载荷574.6KN、凡尔开启压力1～1.3MPa。

工作原理：它工作时位于压裂层喷砂器的上部，所有打套的钢球都应通过平衡器，落于需要工作的喷砂器下部，以打开压裂管柱通道，保证压裂施工正常进行。该工具工作时，首先与喷砂器配套，同时向薄隔层上下注入一定量的液体，在薄隔层上下建立起平衡压力，然后投球打下带有滤砂装置的滑套，确保压裂层被压开且加砂过程中平衡层进液不进砂。

图2-4-15 平衡喷砂器结构图

技术参数：工具长度680mm、最大外径114mm、最小内径31mm、最大工作压力55MPa、最大抗拉载荷580KN。

工作原理：平衡喷砂器的作用是保护与压裂层相邻且位于压裂层下部的薄隔层。它工作时位于压裂层，具有喷砂器和导压平衡双重作用。打套的钢球落于平衡喷砂器下接头上部，以防止压裂砂进入平衡层，保证压裂施工正常进行。该工具工作时，首先与喷砂器配套同时向薄隔层上下注入一定量的液体，在薄隔层上下建立起平衡压力且数值相等，然后投球关闭平衡器出砂口以下的通道，确保压裂砂不会进入平衡层，平衡液经内外中心管的桥式滤砂通道进入平衡层。

⑶适用条件

在固井质量合格的前提下，利用保护隔层压裂工艺技术，目前隔层厚度0.4m上的压裂井均可施工。

⑷应用效果

现场应用161口井，平均保护隔层厚度1.32m，最小隔层厚度达到了0.4m，工艺成功率98.8%，总解放油层厚度1350.7m，平均单井解放油层厚度8.39m，平均单井日增油9.3t，累计增油11.68×104t。