四川盆地元壩深層致密砂巖氣藏超高壓壓裂測試工藝技術(shù)探索

王勇軍

四川盆地元壩深層致密砂巖氣藏超高壓壓裂測試工藝技術(shù)探索

王勇軍

（中國石化勘探分公司）

四川盆地元壩區(qū)塊上三疊統(tǒng)須家河砂巖氣藏具有埋藏深，溫度高，異常高壓，巖性致密，非均質(zhì)嚴(yán)重，破裂壓力及延伸壓力高等特點(diǎn)。通過探索，采用140 MPa采氣井口和140 MPa超高壓壓裂設(shè)備，優(yōu)選了4口井5層次進(jìn)行了超高壓壓裂測試施工，施工最高壓力達(dá)到118.5 MPa，最高排量5.5 m3/min，施工成功率100%，對同類深層致密氣藏勘探開發(fā)超高壓壓裂測試具有借鑒意義。圖2表3參4

元壩區(qū)塊深層致密砂巖氣藏超高壓壓裂Yl6井

0 前言

壓裂是儲層改造的有效手段之一，隨著勘探開發(fā)的進(jìn)一步深入，對高溫、高壓、超低孔、低滲致密儲層的改造，105 MPa壓裂車組及配套設(shè)施已不能滿足有效改造儲層的需求。因此，在勘探開發(fā)過程中，對超高壓壓裂（施工壓力＞100 MPa）的實(shí)際需求越來越大。

四川盆地元壩區(qū)塊上三疊統(tǒng)須家河組氣藏，主要以須二、須四段為主要目的層，具有埋藏深（4100~5000 m）、溫度高（108℃~120℃）、儲層致密（基質(zhì)平均孔隙度一般小于10%，基質(zhì)平均滲透率小于0.1 mD）、地層壓力高（地壓系數(shù)1.75~2.07）、延伸壓力高（2.2~3.0MPa/100m）等特點(diǎn)，屬于低孔-特低孔、超低滲裂縫-孔隙型儲層。儲層巖性以中粒巖屑砂巖為主，砂巖成分中，石英顆粒含量一般為55%~ 75%，最低10%，最高95%。儲集空間主要有殘余粒間孔、粒間-粒內(nèi)溶孔及裂縫等類型。

對元壩區(qū)塊須家河組儲層采用常規(guī)壓裂，在井口限壓95 MPa下，排量往往只有2.0~2.5 m3/min，無法滿足大規(guī)模加砂壓裂施工要求。針對該情況，優(yōu)選了YB4井、YB221、YL6井、YL175井等4口井進(jìn)行了5層次超高壓壓裂測試試驗(yàn)，井口最高施工壓力達(dá)到118.5 MPa，最高排量5.5 m3/min，最高加砂量45 m3，儲層改造成功率100%，取得了良好的儲層改造測試效果。

1 超高壓壓裂測試施工難點(diǎn)

元壩區(qū)塊須家河組致密砂巖儲層主要集中在須二段、須四段，由于儲層埋藏深、儲層致密、破裂壓力高、閉合壓力高等氣藏特征為測試帶來了諸多難題和挑戰(zhàn)[1]，需要對測試方式、改造方案方面進(jìn)行科學(xué)論證和不斷改進(jìn)，以到達(dá)施工安全和認(rèn)識儲層的目的。

（1）對改造工作液的性能要求高。氣藏高溫高壓、致密，施工壓力高，要求壓裂液具有良好的耐高溫、耐剪切、低傷害、低摩阻等性能[2]。

（2）對施工設(shè)備要求高。儲層埋藏深，低孔低滲、儲層壓力高、地層破裂壓力高，采用井口限壓1 20 MPa超高壓施工，施工井口壓力高，施工時間長，對施工設(shè)備提出了更高的要求。

（3）高壓施工風(fēng)險大。測試井口裝置、壓裂設(shè)備、套管、測試管柱、流程等承壓大，對井下管柱、井口裝置等要求很高，成為高破裂壓力儲層壓裂改造的最大難點(diǎn)[3]。

（4）要求施工排量高。儲層巖石致密堅硬，楊氏模量和抗張強(qiáng)度大，地層閉合壓力高，這要求較高的排量才能壓開儲層和順利加砂[2]。

（5）改造后壓裂液返排效果差，由于壓裂殘液未及時排出，導(dǎo)致了儲層二次污染，影響了改造效果。

2 超高壓壓裂測試工藝技術(shù)

根據(jù)元壩區(qū)塊須家河儲層特點(diǎn)和井筒條件，選層進(jìn)行超高壓壓裂測試施工，從井口裝置、壓裂設(shè)備、射孔方案、壓裂測試管柱結(jié)構(gòu)、壓裂液體系、返排措施、儲層保護(hù)、安全措施等方面進(jìn)行全方位的優(yōu)化。采取先在能壓穩(wěn)的鉆井液中射孔，然后下壓裂測試管柱清水替漿后試擠，確定地層破裂壓力及吸水指數(shù)，優(yōu)化超高壓壓裂測試方案。

2.1 配套井口裝置及施工設(shè)備

（1）井口裝置

根據(jù)元壩區(qū)塊須家河氣藏的地層壓力、井口溫度、氣體組分及壓裂施工井口壓力選擇井口采氣樹裝置型號為：壓力級別140 MPa，溫度級別P-U級，規(guī)范級別PSL3G,性能級別PR2，材料級別DD以上。根據(jù)套管頭尺寸，加工105 MPa變140 MPa的脖頸轉(zhuǎn)換法蘭，脖頸轉(zhuǎn)換法蘭與套管頭、油管頭與脖頸轉(zhuǎn)換法蘭聯(lián)接部分均采用金屬密封與橡膠密封相結(jié)合的復(fù)合密封。

（2）壓裂設(shè)備

超高壓壓裂車組選擇2500型壓裂車，最高工作壓力達(dá)到140 MPa，單泵車最大輸出排量2.17 m3/min，地面高壓管匯采用140 MPa撬裝結(jié)構(gòu)，主管線通徑為Φ76.2 mm，整體管匯為環(huán)形管匯，壓裂車泵頭為140MPa高壓泵頭，現(xiàn)場安裝后走泵試壓120MPa合格。2.2壓裂測試管柱結(jié)構(gòu)

對超高壓壓裂測試管柱進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)選大通徑、承壓高、性能穩(wěn)定的測試工具，選用Φ114.3mm×8.56mm（4000 m左右以提高施工排量）+Φ88.9 mm×9.52 mm P110油管組合，下部帶APR測試管柱結(jié)構(gòu)：OMNI閥+ RDS循環(huán)閥+電子壓托+液壓旁通+震擊器+RD循環(huán)閥+RTTS安全接頭+RTTS封隔器（帶加強(qiáng)型水力錨）+油管1根+喇叭口，充分滿足了氣井替漿、超高壓壓裂施工、測試、壓井等工況施工的要求。典型的超高壓壓裂測試管柱結(jié)構(gòu)示意圖見圖1，各測試工具參數(shù)見表1。

表1 井下測試工具性能參數(shù)表

2.3 超高壓壓裂工藝

利用地面超高壓泵組，井口施工限壓由常規(guī)95 MPa提高至120 MPa，超高壓（泵壓＞100 MPa）施工將工作液以大排量注入井中，在井底附近蹩起高壓，徹底壓破地層，使地層形成單一裂縫或多條裂縫，解除井筒附近應(yīng)力集中效應(yīng)和降低地層初始破裂壓裂壓力，繼續(xù)將帶有支撐劑的壓裂液注入裂縫，使裂縫向前延伸，并在裂縫中填充高強(qiáng)度支撐劑，有條件時（泵壓＜32 MPa）伴注液氮。這樣，就在地層中形成一條或多條足夠長度、一定寬度及高度的填砂裂縫。這樣形成的人工裂縫擴(kuò)大了油氣流動通道，改善了地層滲透性，起到增產(chǎn)的作用。

2.4 預(yù)處理措施

（1）對射孔井段進(jìn)行泡酸預(yù)處理，反復(fù)沖洗炮眼，解除射孔不完善的問題。

（2）加砂壓裂前注入20~30 m3前置酸，酸液配方根據(jù)室內(nèi)溶蝕實(shí)驗(yàn)情況確定，解除近井地帶污染堵塞。

2.5 壓裂液體系

選用耐高溫、耐剪切、低傷害、低摩阻、易返排的超級胍膠壓裂液體系，經(jīng)室內(nèi)研究確定壓裂液配方如下：清水+0.55%超級瓜膠+0.5%助排劑+1.0%粘土穩(wěn)定劑+0.3%殺菌劑+1.0%溫度穩(wěn)定劑+pH調(diào)節(jié)劑（0.1%碳酸鈉）。

2.6 返排措施

在壓裂液中加入助排劑，同時壓裂施工中盡可能增大液氮伴注排量，提高自噴返排率，停噴后，打開OMNI閥進(jìn)行液氮?dú)馀e排液，也可以采用連續(xù)油管膜制氮車進(jìn)行連續(xù)氣舉排液。

3 應(yīng)用效果

3.1 總體概況

目前元壩區(qū)塊在YB4井須二段、須四段、YB221井須二段、YL6井須二段、元陸175井等4口井進(jìn)行了5層次超高壓壓裂施工，最高施工壓力118.5 MPa、最大排量5.5 m3、最高地層破裂壓力160.1 MPa，改造成功率100%，改造前無氣產(chǎn)出或產(chǎn)量極低，改造后4層工業(yè)氣流，超高壓壓裂測試工藝技術(shù)探索取得了成功。

從壓裂改造前后的放噴測試對比情況來看，超高壓壓裂測試施工取得了良好的效果（表2、表3）。

表2 井下測試工具性能參數(shù)表

表3 井下測試工具性能參數(shù)表

4.2 典型井分析

YL6井是元壩區(qū)塊首批部署的陸相專探井，層位須二段，井段4 561~4 595 m，巖性為灰色細(xì)、中砂巖夾泥巖，綜合解釋為裂縫型含氣層、干層。鉆井取心分析孔隙度1.55%~10.47%，滲透率0.002 1~0.3980 mD，預(yù)測地壓系數(shù)1.93。該層射孔后在清水下試擠，泵壓96.6 MPa地層無吸收量，經(jīng)研究決定進(jìn)行超高壓壓裂測試施工。

現(xiàn)場實(shí)施中，為確保超高壓壓裂成功和取得較好的效果：首先，采用SQ102槍、小1 m深穿透彈對射孔井段補(bǔ)孔；其次，下光油管對射孔井段進(jìn)行多次泡酸，沖洗炮眼，以期解堵；然后，采用活性滑溜水先試擠，在泵壓110 MPa下試破地層（地層破裂壓力153.67 MPa）；最后，用6臺2500型壓裂車進(jìn)行超高壓加砂壓裂，施工泵壓111~91.51~74.46 MPa，排量2.1~5~3.91 m3/min，入地壓裂液量300 m3，加砂32 m3（粉陶2 m3、40~70目陶粒30 m3），砂比5%~40%，伴注液氮40 m3，最高施工泵壓達(dá)到111 MPa，壓裂施工曲線見圖2。

壓裂后測試情況，油壓1.0 MPa，日產(chǎn)天然氣2.13×104m3/d，釋放了儲層原始產(chǎn)能，取得了良好的試氣成果。

4 結(jié)論及認(rèn)識

通過元壩區(qū)塊須家河組4口井5井次的超高壓壓裂測試探索，把常規(guī)壓裂無法實(shí)施的致密砂巖儲層，采用超高壓壓裂施工，實(shí)現(xiàn)中等規(guī)模到大規(guī)模加砂，達(dá)到儲層改造的目的，落實(shí)了儲層產(chǎn)能及物性參數(shù)情況，為今后類似儲層的測試方案選擇提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

（1）儲層埋藏深、巖性致密、破裂壓力高，對超高壓車組及配套設(shè)備性能要求高；同時，受長時間超高壓施工的影響，增加了施工設(shè)備、井口、井下管柱、測試工具等出故障的風(fēng)險，加大了施工難度，要求高壓施工作好安全防護(hù)措施。

（2）采用超高壓壓裂，降低了地層初始破裂壓力，解除了井筒近井地帶高應(yīng)力集中特性，對于非均質(zhì)性強(qiáng)的儲層施工壓力有較大的調(diào)整余地，避免出現(xiàn)砂堵。

（3）因致密儲層閉合壓力、施工壓力較高，壓裂液應(yīng)具有耐高溫、耐剪切、低傷害、低摩阻、易返排的特點(diǎn)，支撐劑應(yīng)具有高強(qiáng)度、高導(dǎo)流的性能。

（4）測試期間套管環(huán)空采用密度1.4～1.6g/cm3低密度性能好的鉆井液，降低超高壓施工時壓差，盡可能縮短測試時間，盡早壓井后解封，防止鉆井液沉淀出現(xiàn)卡鉆。

（5）配套采用Φ114.3 mm的大尺寸油管，降低管柱沿程摩阻，提高施工排量和加砂規(guī)模，以形成寬而長的人工裂縫，提高改造效果。

（6）經(jīng)超高壓壓裂后，根據(jù)壓裂施工排量確定合理的關(guān)井?dāng)U散時間，待裂縫閉后放噴測試。放噴過程中控制合理的壓差，防止大量出砂掩埋產(chǎn)層、沖蝕地面流程及造成井下復(fù)雜故障。

圖2 YL6井須二段加砂壓裂施工曲線

[1]何生厚.復(fù)雜氣藏勘探開發(fā)技術(shù)難題及對策思考.天然氣工業(yè)，2007，27（1）：85-87

[2]黃輝，譚明文，張紹彬，張朝舉.川西深層須家河組氣藏壓裂改造難點(diǎn)和工藝技術(shù)對策.鉆采工藝，2004，27（5）：27-30．

[3]李欽，劉梅全，曾俊.川西高破裂壓力儲層壓裂改造配套技術(shù)優(yōu)化研究.鉆采工藝，2012，35（3）:46-48

（修改回稿日期2016-02-20編輯文敏）

王勇軍，男，1980年出生，工程師；現(xiàn)為中國石化勘探分公司試油（氣）業(yè)務(wù)主管，主要從事試油（氣）工程項目管理和現(xiàn)場應(yīng)用工作。地址：四川閬中市閬水西路99號福瑞德酒店。電話：（0817）6224049，18681769058。E-mail：wyj8470696@163.com