新型水溶性暫堵劑在重復(fù)壓裂中的暫堵轉(zhuǎn)向效果

姜偉， 管保山， 李陽(yáng)， 才博

0 引言

隨著中國(guó)多數(shù)油田進(jìn)入開(kāi)發(fā)的中后期，如何穩(wěn)定并提高單井產(chǎn)量，同時(shí)提高儲(chǔ)層的采收率是困擾油田開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵問(wèn)題，儲(chǔ)層改造技術(shù)對(duì)實(shí)現(xiàn)油田穩(wěn)產(chǎn)與提高采收率發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。重復(fù)壓裂是老井挖潛的重要方式之一[1-4]，在特定的情況下，這種方法可以恢復(fù)甚至增加油井的生產(chǎn)率，提高油氣的采收率，保證油田的穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)。

對(duì)于儲(chǔ)層實(shí)施重復(fù)壓裂前的地質(zhì)評(píng)價(jià)、裂縫評(píng)價(jià)對(duì)重復(fù)壓裂能否取得好的效果至關(guān)重要。重復(fù)壓裂改造有3種方式[5-8]，第1種是繼續(xù)延伸老裂縫，在明確初次改造失敗原因的基礎(chǔ)上，如果是裂縫自身的原因，采用大規(guī)模重復(fù)壓裂改造應(yīng)該取得較好的重復(fù)壓裂改造效果。第2種方式是暫堵轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂造新縫，通過(guò)初次壓裂后一段時(shí)間的生產(chǎn)，孔隙壓力降低導(dǎo)致的最大最小主應(yīng)力差值變?。ㄉ踔磷畲笞钚≈鲬?yīng)力有可能發(fā)生反轉(zhuǎn)）[9]，結(jié)合暫堵提高縫內(nèi)凈壓力，迫使重復(fù)壓裂的裂縫沿垂直于初始裂縫方向延伸，使裂縫延伸進(jìn)入新的儲(chǔ)層區(qū)域或壓力降低較小的區(qū)域。第3種模式是兩者的結(jié)合，重復(fù)壓裂前段采用大規(guī)模改造延伸老縫，提高老縫縫長(zhǎng)和導(dǎo)流，重復(fù)壓裂后段采用添加暫堵劑，提升凈壓力的方式迫使裂縫轉(zhuǎn)向。

目前最有效的轉(zhuǎn)向壓裂方式是暫堵劑的轉(zhuǎn)向壓裂改造。通過(guò)在注入流體中加入各種不同尺寸的小顆粒暫堵轉(zhuǎn)向材料，在射孔孔眼內(nèi)部或裂縫內(nèi)部形成致密的封堵層，提升縫內(nèi)凈壓力。為了形成強(qiáng)度較高的封堵段塞，需要不同尺寸的顆粒材料混合封堵（大尺寸顆粒形成充填層，小尺寸顆粒充填大尺寸顆粒形成的孔隙空間）。國(guó)內(nèi)外關(guān)于暫堵轉(zhuǎn)向材料有較多的研究[10-13]，Halliburton使用生物降解顆粒作為重復(fù)壓裂井的暫轉(zhuǎn)向劑[14-15]；Weatherford使用可降解的轉(zhuǎn)向材料[16]，在較寬泛的井底溫度下，保證整個(gè)完井過(guò)程中井筒保持完整性；賴南君等[17]以淀粉、丙烯酸和丙烯酰胺為原料，合成了一種水溶性壓裂暫堵劑，對(duì)巖心的封堵率大于90%，沖刷后滲透率恢復(fù)率高達(dá)97.6%；嚴(yán)錦根等[18]使用無(wú)機(jī)鹽類和有機(jī)酸類、表面活性劑、懸浮穩(wěn)定劑合成水溶性暫堵劑，巖心的暫堵率大于90%，水溶率大于95%，突破壓力梯度大于10 MPa/m，滲透率恢復(fù)率大于85%；李克華等[19]合成水溶性暫堵劑巖心封堵率達(dá)到90%以上，水沖刷100 PV后，滲透率恢復(fù)值在85%以上。

采用可降解材料合成一種水溶性暫堵劑，安全環(huán)保。對(duì)合成的水溶性暫堵劑進(jìn)行了室內(nèi)評(píng)價(jià)，合成的水溶性暫堵劑顆粒尺寸可以根據(jù)暫堵需求任意加工，滿足不同寬度裂縫、炮眼暫堵尺寸需求，水溶性良好，與常規(guī)壓裂液體系配伍性良好，暫堵效果好，承壓能力高，暫堵解除后對(duì)巖心傷害小等特點(diǎn)?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用一口井，暫堵效果明顯，取得良好重復(fù)壓裂改造效果。

1 水溶性暫堵劑合成與室內(nèi)性能評(píng)價(jià)

1.1 水溶性暫堵劑合成

目前水溶性暫堵劑主要分為如下幾類：①由植物膠、改性淀粉復(fù)配的產(chǎn)物，主要起暫堵作用的是植物淀粉，其溶解快，抗溫能力不足，不能在溫度較高的井使用，不能有效封堵較小孔隙裂縫，同時(shí)溶解過(guò)快造成承壓能力下降，也影響了暫堵劑的暫堵轉(zhuǎn)向效果；②骨膠粉改性的暫堵劑，該類暫堵劑生產(chǎn)工藝較為復(fù)雜，需要一定的溫度和壓力，生產(chǎn)過(guò)程中存在一定風(fēng)險(xiǎn)，合成出的產(chǎn)品非均質(zhì)，產(chǎn)物波動(dòng)性大；③無(wú)機(jī)鹽類，通過(guò)覆膜降低無(wú)機(jī)鹽溶解速率，起到暫堵作用，該類暫堵劑粒徑較小，不能起到很好的封堵裂縫和炮眼的作用。研究的水溶性暫堵劑采用丙烯酸類單體和丙烯酰胺類單體在堿性條件下，常壓下通過(guò)氧化還原多級(jí)聚合而成。主要特點(diǎn)是耐高溫、水溶時(shí)間可控，粒徑可以根據(jù)裂縫尺寸定制，可有效封堵不同尺度裂縫和炮眼，且常壓生產(chǎn)，生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)較小、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、安全可靠。

1.2 水溶性暫堵劑顆粒尺寸

合成的水溶性暫堵劑的顆粒尺寸可以根據(jù)暫堵炮眼、裂縫的尺寸進(jìn)行定制加工，根據(jù)調(diào)研結(jié)果和以往暫堵劑現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況，總結(jié)出暫堵劑3組分以上顆粒組合橋堵效果好，同時(shí)尺寸相差越大越好?？紤]施工風(fēng)險(xiǎn)，采取2組分組合（7∶3），暫堵顆粒粒徑不大于5 mm。

表1 暫堵劑粒徑與裂縫寬度匹配關(guān)系

1.3 水溶性暫堵劑溶解實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)

暫堵劑在施工結(jié)束后能否降解，對(duì)裂縫壁面和支撐劑充填層的傷害程度是暫堵劑評(píng)價(jià)的一項(xiàng)重要指標(biāo)。在80 ℃、0.1 MPa下，分別在清水、0.1%瓜膠壓裂液和2%KCl活性水壓裂液中分別加入30%水溶性暫堵劑，80 ℃恒溫水浴，觀察不同時(shí)間后的水溶性暫堵劑變化情況。

30%水溶性暫堵劑在3種液體體系中，水浴60 min后，水溶性可控型暫堵劑溶化，有極少量的顆粒，液體比較稠，攪拌有阻力，玻璃棒有掛液；水浴240 min后，水溶性可控型暫堵劑完全溶化，無(wú)顆粒，但有一定黏度。

水溶性暫堵劑水溶性良好，在壓裂施工結(jié)束后，水溶降解隨壓裂返排液返排到地面，不會(huì)對(duì)裂縫壁面和支撐劑充填層產(chǎn)生傷害，滿足清潔壓裂要求。同時(shí)水溶性暫堵劑的水溶降解時(shí)間也對(duì)壓后關(guān)井時(shí)間提出明確要求，一般要求壓后關(guān)井時(shí)間不小于4 h，保證暫堵劑充分水溶。

1.4 水溶性暫堵劑暫堵實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)

暫堵劑的封堵效果和承壓強(qiáng)度是暫堵劑能否起到暫堵轉(zhuǎn)向效果的關(guān)鍵參數(shù)。通過(guò)測(cè)量人造巖心在水溶性暫堵劑封堵前和封堵后的滲透率變化，確定水溶性暫堵劑的封堵效果；通過(guò)在巖心端面充填一定厚度的水溶性可控型暫堵劑，測(cè)定儲(chǔ)層溫度下，水溶性可控型暫堵劑形成濾餅的承壓能力，通過(guò)測(cè)試其突破壓力來(lái)評(píng)價(jià)水溶性暫堵劑的承壓強(qiáng)度。

實(shí)驗(yàn)選取人造巖心在儲(chǔ)層溫度下，用標(biāo)準(zhǔn)鹽水開(kāi)展了液測(cè)滲透率測(cè)試，得到滲透率為4.14 mD，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 人造巖心液測(cè)滲透率實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

室溫條件下將1 cm厚度的水溶性可控型暫堵劑裝在一鋼模內(nèi)，升溫至80 ℃用標(biāo)準(zhǔn)鹽水恒流速10 mL/min測(cè)定壓力變化情況。對(duì)比使用水溶性可控型暫堵劑封堵前后滲透率的變化，滲透率由4.14 mD降為0.004 8 mD，滲透率下降99.88%，封堵效果較好，見(jiàn)圖2。

圖2 水溶性暫堵劑封堵后滲透率測(cè)試（80 ℃）

以40 MPa恒壓注入以后，液體濾失速度明顯減緩，濾失量增加幅度變緩，實(shí)驗(yàn)后期40 min內(nèi)濾失速度幾乎恒定。說(shuō)明80 ℃下，1 cm厚度的水溶性可控型暫堵劑達(dá)到40 MPa的承壓能力，見(jiàn)圖3。

圖3 水溶性暫堵劑封堵后壓力、濾失速度隨時(shí)間變化

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后將巖心剖開(kāi)，未見(jiàn)明顯水溶性可控型暫堵劑液體侵入巖心，說(shuō)明水溶性暫堵劑水溶降解徹底，對(duì)地層傷害小。

2 水溶性暫堵劑在重復(fù)壓裂中的暫堵轉(zhuǎn)向效果評(píng)價(jià)

2.1 暫堵轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂施工優(yōu)化

長(zhǎng)慶油田一口低滲透井，射孔深度為1 924.0～1 929.0 m、 1 938.0～1 942.0 m， 層位為長(zhǎng) 621。該井于2004年6月壓裂投產(chǎn)，試油日產(chǎn)純油量為32.64 t，投產(chǎn)初期產(chǎn)能為10.78 t， 截止2016年6月累計(jì)產(chǎn)油量為20 029 t；該井為周期性地層堵塞井，2011年～2013年2次酸化解堵， 措施效果均較好，近期該井液量再次下降， 日產(chǎn)液量由4.43 m3/d下降至2.78 m3/d。分析認(rèn)為， 該井地層深部堵塞， 常規(guī)酸化解堵方式效果較差；對(duì)應(yīng)注水井累積注水146 249 m3，2015年4月測(cè)試吸水剖面顯示尖峰狀吸水嚴(yán)重，相鄰油井測(cè)壓為12.9 MPa，地層能量充足。

該井地層能量充足，前期酸化解堵均起到了較好的效果，說(shuō)明沿初次裂縫方位仍有剩余油分布，同時(shí)為降低油井含水，擴(kuò)大側(cè)向剩余油動(dòng)用程度，決定采用擴(kuò)展初次裂縫+暫堵轉(zhuǎn)向壓新縫相結(jié)合的重復(fù)壓裂改造方式。

施工設(shè)計(jì)分5個(gè)階段，前2個(gè)階段用于擴(kuò)展支撐老縫，改造規(guī)模通常要比初次改造規(guī)模要大，起到延伸老縫、提升導(dǎo)流的作用。第3階段用于頂替前階段支撐劑，如地層同時(shí)加入水溶性暫堵劑暫堵縫口和部分炮眼，迫使后續(xù)壓開(kāi)的裂縫沿偏離（甚至垂直）初始裂縫方位進(jìn)行延伸。施工泵序見(jiàn)表2。

表2 擴(kuò)展初次裂縫+暫堵轉(zhuǎn)向壓新縫相結(jié)合的重復(fù)壓裂改造泵序

2.2 水溶性暫堵劑暫堵轉(zhuǎn)向效果

該井現(xiàn)場(chǎng)施工排量為2.1 m3/min，施工壓力為10.57～25.75 MPa，入井總液量為197.5 m3，總砂量為50 t；加入水溶性暫堵劑后施工壓力上升3 MPa，暫堵效果明顯，不考慮由于液體轉(zhuǎn)換導(dǎo)致的施工摩阻變化的前提下，縫內(nèi)凈壓力提升3 MPa，能夠起到較好的迫使裂縫轉(zhuǎn)向作用，達(dá)到了預(yù)期的效果。水溶性暫堵劑重復(fù)壓裂現(xiàn)場(chǎng)施工曲線見(jiàn)圖4。

圖4 水溶性暫堵劑重復(fù)壓裂現(xiàn)場(chǎng)施工曲線

2.3 暫堵轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂改造效果

該井壓后4 h放噴排液， 液體黏度為3 mPa·s，壓裂液破膠和水溶性暫堵劑水溶良好，返排液黏度低，易于返排，降低殘膠傷害。水溶性暫堵劑重復(fù)壓裂前、后生產(chǎn)曲線見(jiàn)圖5。

圖5 水溶性暫堵劑重復(fù)壓裂前、后生產(chǎn)曲線

可以看出，壓前日產(chǎn)液量為4.0 m3/d、日產(chǎn)油量為1.6 t/d、含水率為58.8%；壓后日產(chǎn)液量為6.6 m3/d、日產(chǎn)油量為2.7 t/d、日增油量為1.1 t/d，且后期上升趨勢(shì)明顯，含水率下降至53.7%，起到了恢復(fù)油井產(chǎn)能，降低含水的改造初衷。

3 結(jié)論

1.采用可生物降解材料、高分子量聚合物、膨脹劑和固化劑合成一種水溶性暫堵劑，安全環(huán)保、無(wú)毒無(wú)害。

2.水溶性暫堵劑顆粒尺寸可以根據(jù)裂縫寬度定制，水溶性良好，對(duì)巖心的封堵率達(dá)到99%以上，承壓強(qiáng)度40 MPa以上，水溶降解后對(duì)巖心傷害小。

3.水溶性暫堵劑現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用1口井，加入暫堵劑后施工壓力上升3 MPa，起到了良好的暫堵轉(zhuǎn)向效果，壓后日增油量為1.1 t/d，含水率下降5%，說(shuō)明該壓裂模式能夠起到恢復(fù)油井產(chǎn)能、降低含水率的目的。

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