致密砂巖氣藏水平井多簇分段壓裂工藝

李雷，徐兵威，何青，陳付虎，張永春，李國鋒

（中國石化華北分公司工程技術研究院，河南 鄭州 450006）

鄂爾多斯盆地大牛地氣田為儲量豐富的典型低孔、低滲、低壓氣田，儲層特點決定了采用水平井是獲得經(jīng)濟開發(fā)的必要手段［1-2］。通過前期壓裂改造先導試驗，大牛地氣田逐步形成了以多級管外封隔器分段壓裂工藝為主導的水平井分段壓裂技術，但該技術存在施工管串工具較多、節(jié)流摩阻較大、無法開啟特低滲儲層段等技術瓶頸［2-3］。因此，將水平井段內裂縫轉向技術與裸眼封隔器完井技術有機結合，形成了水平井多簇分段壓裂工藝。該技術在保證合理單井產(chǎn)能最大化的基礎上，擴大了泄氣面積，同時降低了施工風險及成本投入，形成了低滲致密砂巖儲層改造工藝新技術［3-5］。

1 工藝原理

水平井多簇分段壓裂工藝是在有限的井段內增加水力裂縫的條數(shù)和密度，提高單位水平井段的改造效率，從而獲得比常規(guī)水平井分段改造大的單井有效改造體積［3-7］。

多簇分段壓裂施工過程中，一次或多次向段內投送高強度水溶性多裂縫暫堵劑，按照壓裂液進入儲層裂縫時沿最小阻力方向流動方式，暫堵劑顆粒進入滲透儲層段時會逐步形成濾餅。一旦井筒壓力突破儲層段間的破裂壓力差值，壓裂液將轉向形成新的裂縫，最終在水平單段內形成多簇裂縫，改變支撐劑鋪置方式［6-9］（見圖 1）。

壓裂施工結束后，產(chǎn)生橋堵的暫堵劑將溶于地層水或壓裂液，實現(xiàn)段內先前封堵裂縫的開啟，增加水平井各段的改造體積［10-13］。

圖1 多簇分段壓裂封堵起裂示意

2 工藝特點

相比常規(guī)水平井多級管外封隔器分段壓裂工藝，多簇分段壓裂工藝主要存在以下優(yōu)勢：1）能在同一水平段內壓出多條裂縫，利用一段工具可改造多個滲透率級別的儲層段；2）能減少水平井壓裂入井工具數(shù)量，減少施工風險，降低作業(yè)生產(chǎn)成本；3）能有效增加水平段裂縫密度，加大段內裂縫改造規(guī)模，提高水平井一次動用儲量，增加油氣井初期產(chǎn)量，利于長期穩(wěn)產(chǎn)，實現(xiàn)區(qū)域體積改造，大幅度提高氣井產(chǎn)量［14-16］；4）施工操作方法簡單，通過調整暫堵劑成分組成、顆粒大小、施工用量等參數(shù)，可以有效控制封堵時間、封堵壓力等參數(shù)。

3 暫堵劑性能評價

水平井多簇分段壓裂過程中，使用的水溶性暫堵劑起著關鍵作用，暫堵劑性能直接關系到壓裂施工的成敗和壓后效果。在高溫高壓條件下，將水溶性暫堵劑粉末通過交聯(lián)反應及物理勢能激化等方式形成顆粒型多裂縫暫堵劑?，F(xiàn)場施工時，顆粒型多裂縫暫堵劑進入裂縫后，在地層和壓裂液的高壓力差下獲得勢能，發(fā)生交聯(lián)反應，制成具備高強度性能的濾餅，同時交聯(lián)后的封堵又提高了封堵效率。

3.1 成膠狀態(tài)封堵性能

暫堵劑形成濾餅后的膠體狀態(tài)直接關系到能否有效封堵張開裂縫或天然裂縫，達到實現(xiàn)段內裂縫轉向的效果。電鏡掃描人造巖心封堵狀況見圖2。

圖2 暫堵劑封堵電鏡掃描

從圖2可明顯看出，所有孔隙都被暫堵劑黏附、堵塞，且在放大1 500倍時未見有未堵塞的孔隙，表明水溶性多裂縫暫堵劑具有良好的封堵能力。

3.2 暫堵劑溶解性能

暫堵劑能否溶于混合溶液介質，能否實現(xiàn)壓裂后封堵裂縫及時返排產(chǎn)氣，降低儲層傷害，溶脹時間起關鍵作用。實驗測試水溶性多裂縫暫堵劑在不同溶液介質中的溶脹時間，結果見圖3。

圖3 80℃下暫堵劑在不同溶液中的溶解

由圖3可以看出，暫堵劑3.3 h后完全溶于壓裂液，說明水溶性多裂縫暫堵劑在壓裂液中溶解性能較好，不會對儲層造成新的傷害。此外，由于溶解后的暫堵劑內含F(xiàn)表面活性劑，具備助排性能，利于壓后殘液的返排。

3.3 抗壓強度性能

水溶性暫堵劑膠結后形成濾餅的強度是保證有效封堵已開啟裂縫，實現(xiàn)裂縫轉向，從而在水平段內形成多條裂縫的關鍵。通過測定暫堵劑濾餅的突破壓力來評價暫堵劑的抗壓強度。

3.3.1 分散態(tài)濾餅突破壓力

通過計算濾失液體的排開體積來計量是否產(chǎn)生突破，實驗用A，B，C，D號巖心分別測試模擬壓實后的暫堵劑突破壓力（見表1），實驗樣品分別在80℃壓裂液中浸泡3～5 min后開始測試。

表1 分散態(tài)濾餅突破壓力測試結果

由表1可以看出，當濾餅壓實厚度大于1.0 cm后，即使是分散狀態(tài)的顆粒型暫堵劑也可以通過交聯(lián)作用形成有效封堵；當濾餅壓實厚度小于1.0 cm時，顆粒型暫堵劑難以形成封堵。

3.3.2 膠結態(tài)濾餅突破壓力

首先將顆粒型暫堵劑溶解，而后風干制成0.9，0.5 cm厚度的濾餅，再采用E，F(xiàn)號巖心測試其突破壓力（見表 2）。

表2 膠結態(tài)濾餅突破壓力測試結果

從表2可以看出，在暫堵劑形成濾餅后突破壓力快速升高，當厚度大于0.9 cm后就難以突破，表明該水溶性暫堵劑具備用量少、承壓能力高、封堵效果好的特征。

4 現(xiàn)場應用

×井是大牛地氣田盒1氣層的1口開發(fā)水平井，垂深2 551 m，水平段長1 215 m，巖性主要為巖屑砂巖，物性相對較好。依據(jù)水平井多簇分段壓裂理論，設計7段17條縫壓裂施工，累計注入壓裂液5 834.1 m3，加入中密度高強度陶粒665.0 m3。該井采用多簇分段壓裂技術施工后，試氣油壓9.9 MPa，求產(chǎn)無阻流量達11.1×104m3/d。

分析單段內3條裂縫的施工曲線（見圖4），前置液階段裂縫延伸壓力分別上升了2.9 MPa和2.6 MPa，施工壓力有明顯上升，并發(fā)生裂縫轉向。擬合破裂壓力梯度分別為 0.011 4，0.013 4，0.016 4 MPa/m，多簇分段壓裂技術在該井施工中得到成功應用。

圖4 ×井單段內施工裂縫轉向示意

根據(jù)地面微地震裂縫監(jiān)測結果，在壓裂施工過程中投入段內多裂縫暫堵劑，通過封堵先前形成的裂縫，迫使壓裂液轉向實現(xiàn)壓開多條新裂縫的目的。水平井多簇分段壓裂工藝，完全適用大牛地氣田致密砂巖儲層，且壓后增產(chǎn)效果顯著。

5 結論

1）水平井多簇分段壓裂工藝能實現(xiàn)利用一段工具改造多個滲透率層段的目標，從而充分改造整個水平井段，提高增產(chǎn)效果。

2）多簇分段壓裂技術能夠減少水平井壓裂入井工具數(shù)量，減少施工風險，降低作業(yè)生產(chǎn)成本。

3）水溶性多裂縫暫堵劑可完全溶于壓裂液，且封堵效果好，承壓能力高，可實現(xiàn)水平井單段內重新開啟新裂縫。

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