高速通道壓裂工藝標(biāo)準(zhǔn)化初探

■標(biāo)準(zhǔn)化

高速通道壓裂工藝標(biāo)準(zhǔn)化初探

王進(jìn)濤，周繼東，金智榮，殷玉平

中國石化江蘇油田分公司石油工程技術(shù)研究院（江蘇揚(yáng)州225009）

分析了高速通道壓裂工藝技術(shù)特點(diǎn)及其標(biāo)準(zhǔn)化需求。闡述了高速通道壓裂工藝標(biāo)準(zhǔn)體系及該標(biāo)準(zhǔn)體系中各類標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)內(nèi)容。高速通道壓裂工藝標(biāo)準(zhǔn)體系的建立為油田企業(yè)推廣該工藝提供了基礎(chǔ)平臺，既能滿足技術(shù)發(fā)展方向，又能解決當(dāng)前油田企業(yè)實(shí)際應(yīng)用問題。

纖維壓裂液；高速通道壓裂；標(biāo)準(zhǔn)化

水力壓裂的主要目標(biāo)是在油氣藏中形成一定長度的人工滲流通道，需要裂縫具有穩(wěn)定的幾何形態(tài)和較高的導(dǎo)流能力，通常認(rèn)為支撐劑在人工裂縫內(nèi)需連續(xù)、均勻鋪置。但是，壓裂液破膠殘?jiān)?、支撐劑破碎顆粒等會堵塞孔道，以及支撐劑嵌入等造成了裂縫內(nèi)部污染，往往使裂縫導(dǎo)流能力大大降低[1]。

為增加裂縫導(dǎo)流能力，近幾年，國內(nèi)外采用了一種高速通道壓裂的新工藝，該工藝通過特殊的纖維壓裂液、獨(dú)特的泵注程序，使普通的支撐劑顆粒聚結(jié)成團(tuán)，從而可在支撐劑充填層內(nèi)形成高導(dǎo)流能力通道，比常規(guī)裂縫導(dǎo)流能力高出幾個(gè)數(shù)量級。高速通道壓裂是在加砂過程中，通過采取以支撐劑柱塞方式泵入，先泵入一段混入纖維的支撐劑，再泵入一段純交聯(lián)液，以此作為一個(gè)加砂脈沖周期，進(jìn)行反復(fù)交替循環(huán)加砂[2]。通過采取不連續(xù)的加砂泵入來改變支撐劑在裂縫內(nèi)鋪置形態(tài)，把常規(guī)壓裂支撐劑在裂縫中均勻連續(xù)鋪置變?yōu)榉蔷鶆虻姆稚佒?，使得人工裂縫由眾多像橋墩一樣的“支柱”來支撐，“支柱”與“支柱”之間形成暢通的“高速通道”，眾多“通道”相互連通形成網(wǎng)絡(luò)[3]。油氣主要是通過眾多相連的“通道”快速流向井筒，而非依靠支撐劑顆粒間的孔隙。目前這項(xiàng)技術(shù)在南美、中東等多個(gè)地區(qū)已應(yīng)用超過4 000多井次。在國內(nèi)遼河油田、長慶油田、新疆油田、西南石油局和江蘇油田等都進(jìn)行了應(yīng)用。效果顯示：該技術(shù)與常規(guī)壓裂比較，壓后增油倍比提高了10%～50%，均取得了良好的效果。

在高速通道壓裂工藝技術(shù)蓬勃發(fā)展的同時(shí)，該工藝的標(biāo)準(zhǔn)研究和制定卻較為滯后，不利于全面推廣，也給企業(yè)帶來了挑戰(zhàn)。為了促進(jìn)高速通道壓裂工藝技術(shù)的工程化應(yīng)用，有必要盡早開展相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的研究和制定工作，使油田企業(yè)盡快擺脫無標(biāo)準(zhǔn)可依的窘境。這就要求首先從高速通道壓裂工藝的設(shè)計(jì)、壓前作業(yè)、現(xiàn)場施工等方面提出相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，通過標(biāo)準(zhǔn)的制定，來指導(dǎo)現(xiàn)場施工并使該項(xiàng)工藝技術(shù)的實(shí)施進(jìn)一步優(yōu)化和規(guī)范化。

1 標(biāo)準(zhǔn)化需求分析

高速通道壓裂工藝作為一種低滲透油藏、非常規(guī)油藏開發(fā)的新工藝，在壓裂工藝設(shè)計(jì)、壓裂前準(zhǔn)備工作、壓裂施工過程和壓裂后放噴方面都有一些與常規(guī)壓裂不同的新情況及新問題。

1.1 壓裂工藝設(shè)計(jì)

目前國際最新三維壓裂軟件Stimplan和FracproPT模擬的是支撐劑均勻鋪置的情況，很難模擬脈沖方式下，支撐劑在纖維混注下的流態(tài)變化，需要重新建立模型，編成軟件。

1.2 壓裂前射孔準(zhǔn)備工作

為了有利于支撐劑在裂縫內(nèi)形成一個(gè)個(gè)獨(dú)立的支撐“柱子”，通常改變了傳統(tǒng)的連續(xù)均勻的射孔方式，可以配合采用多簇射孔工藝（圖1），在一長段內(nèi)進(jìn)行均勻多簇射孔，在套管上形成多段且較短進(jìn)液口，達(dá)到篩子的作用。當(dāng)油管中的液體攜帶支撐劑高速注入時(shí)，在套管上自然地出現(xiàn)分流效果，形成多股獨(dú)立的液流注入地層，便于支撐劑在縫內(nèi)形成一個(gè)個(gè)獨(dú)立的支撐“柱子”。

圖1 高速通道壓裂與常規(guī)壓裂射孔方式對比

1.3 壓裂設(shè)備的準(zhǔn)備工作

高速通道壓裂工藝需要專用混砂車—Pod-STREAK混砂車或者超級混砂車，能實(shí)現(xiàn)每個(gè)脈沖持續(xù)時(shí)間是15s，同時(shí)需要配備添加纖維的專用系統(tǒng)，該設(shè)備能配合脈沖式加砂，在脈沖時(shí)間內(nèi)完成纖維材料的添加。

1.4 壓后放噴

因?yàn)橛欣w維固砂，高速通道壓裂工藝比常規(guī)壓裂的放噴時(shí)間要短。

面對挑戰(zhàn)，現(xiàn)有工藝相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)無法完全滿足要求或存在缺失，需要修訂和補(bǔ)充。比如：由于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)缺失，各個(gè)油田不得不自行制定高速通道壓裂工藝標(biāo)準(zhǔn)，造成高速通道壓裂脈沖時(shí)間、放噴時(shí)間等不一樣，給工藝信息交換和共享帶來困難，對油田企業(yè)來說，要加緊制定高速通道壓裂工藝標(biāo)準(zhǔn)，從而為油田企業(yè)帶來實(shí)效。

2 高速通道壓裂工藝標(biāo)準(zhǔn)體系框架

2.1 標(biāo)準(zhǔn)體系構(gòu)建原則

遵循“重點(diǎn)突破”和“超前發(fā)展”的指導(dǎo)思想來構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)體系。

2.1.1 重點(diǎn)突破

高速通道壓裂工藝施工操作規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)是油田企業(yè)迫切需求的標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行重點(diǎn)突破，優(yōu)先開展制定工作。

2.1.2 超前發(fā)展

目前高速通道壓裂工藝技術(shù)研究和應(yīng)用都處于快速發(fā)展的狀態(tài)，相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)具有適當(dāng)?shù)那罢靶?，?yīng)超前或同步于技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，如：高速通道壓裂射孔模型建議、裂縫形態(tài)模型建議和高速通道壓裂施工參數(shù)計(jì)算等。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)體系框架

針對高速通道壓裂工藝技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化需求，遵循標(biāo)準(zhǔn)體系構(gòu)建原則，提出了高速通道壓裂工藝標(biāo)準(zhǔn)體系，主要包括高速通道壓裂設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、高速通道壓裂施工規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)和壓后放噴施工規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。其中，高速通道壓裂設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為后2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的支撐。

2.2.1 高速通道壓裂設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

高速通道壓裂設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是本領(lǐng)域中的支撐標(biāo)準(zhǔn)，包括術(shù)語與定義標(biāo)準(zhǔn)、高速通道壓裂前資料收集、設(shè)計(jì)原則、高速通道關(guān)鍵技術(shù)、纖維材料的優(yōu)選與評價(jià)、壓裂方案及施工參數(shù)優(yōu)化和壓裂設(shè)計(jì)文本。

1）術(shù)語與定義標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定高速通道壓裂技術(shù)詞匯，如：高速通道壓裂定義、脈沖周期定義和隔離液（中頂液）定義、通道率定義等。

2）高速通道壓裂前資料收集包括該井地質(zhì)構(gòu)造資料、鉆完井資料、鄰近油水井資料、錄井資料、測井資料、巖心資料、地下流體資料、儲層測試及生產(chǎn)測試資料、歷次措施情況、生產(chǎn)動態(tài)資料和井場資料。

3）設(shè)計(jì)原則包括待實(shí)施區(qū)塊高導(dǎo)縫壓裂巖石力學(xué)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)的建立，通過巖石力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)來判斷壓裂目的層段高速通道壓裂的適應(yīng)性，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，在某些高閉合應(yīng)力、低楊氏模量地層中，容易引起支撐劑“支柱”垮塌，使通道堵塞、裂縫閉合、導(dǎo)流能力降低，所以，引入楊氏模量和閉合應(yīng)力的比值作為高速通道壓裂可行性判斷的關(guān)鍵參數(shù)。室內(nèi)研究和現(xiàn)場試驗(yàn)認(rèn)為，楊氏模量與閉合應(yīng)力之比等于350為判斷的基礎(chǔ)值，比值小于350，高速通道壓裂形成的裂縫穩(wěn)定性差，比值在350～500區(qū)間，能夠形成穩(wěn)定的縫內(nèi)網(wǎng)絡(luò)通道，若比值大于500，則是實(shí)施條件較好的地層。實(shí)施該工藝之前，建議率先測得目的井或工區(qū)壓裂層段的楊氏模量和閉合應(yīng)力，再通過實(shí)驗(yàn)手段研究形成穩(wěn)定高速通道裂縫的地質(zhì)條件，編制礦區(qū)的判斷標(biāo)準(zhǔn)，為設(shè)計(jì)和施工提供參考。高速通道壓裂選井其余原則根據(jù)SY/T 5289-2016《油、氣、水井壓裂設(shè)計(jì)與施工及效果評估方法》的要求實(shí)施。

4）壓裂液體系的評估與優(yōu)選包括耐剪切壓裂液的類型和基礎(chǔ)配方。對于高速通道壓裂，其壓裂液通常要求黏度要高于常規(guī)壓裂井壓裂體系，要達(dá)到該黏度就需要加入比常規(guī)壓裂更多的稠化劑，由于高速通道壓裂的裂縫的排液能力強(qiáng)，稠化劑的增加不會影響裂縫的導(dǎo)流能力，通常要求壓裂液黏度目的層內(nèi)要達(dá)到100～300MPa·s，這就涉及高黏壓裂液體系的優(yōu)選及性能參數(shù)評價(jià)。

5）壓裂支撐劑優(yōu)選及評價(jià)。對于高速通道來講，其支撐劑通常要求物理化學(xué)性能滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，強(qiáng)度滿足地層壓力的要求，粒徑較常規(guī)壓裂井來講要大一些。

6）纖維材料優(yōu)選及評價(jià)。纖維材料的使用是形成油層高速通道的關(guān)鍵，是區(qū)別常規(guī)壓裂與通道壓裂的支撐劑形態(tài)的關(guān)鍵材料，纖維材料的優(yōu)選通常包括纖維材質(zhì)本身、評價(jià)包括纖維長度影響、纖維濃度影響、動態(tài)及靜態(tài)攜砂實(shí)驗(yàn)、形成砂堤形態(tài)的最終通道率等。

7）高速通道射孔工藝。常規(guī)壓裂一般對目的層段進(jìn)行連續(xù)大段射孔，但高速通道壓裂則采用限流壓裂的多簇射孔工藝，在一長段內(nèi)進(jìn)行均勻的多簇射孔，相位和孔密度與常規(guī)射孔相同，需要針對單井進(jìn)行射孔設(shè)計(jì)及優(yōu)化。

8）脈沖泵注工藝。高速通道壓裂前置液注入與常規(guī)壓裂工藝一致，主要區(qū)別在于攜砂液階段支撐劑以脈沖段塞形式注入，一段支撐劑、一段純液體交替進(jìn)行，支撐劑濃度逐級升高。前置液階段可以泵注凍膠液或者滑溜水，支撐劑段塞階段采用凍膠混合纖維注入，確保獲得穩(wěn)定的支撐“柱子”。在施工末期，需要尾追一個(gè)連續(xù)支撐劑段塞，使縫口位置有穩(wěn)定而均勻的支撐劑充填層。段塞式泵注工藝有利于在裂縫中形成“通道”，純液體把前一段支撐劑推入地層，形成一段支撐劑“支柱”帶，由于中間純液體的隔離，使各“支柱”間留有一定空間的支撐劑真空帶，液體破膠返排后便形成眾多的通道網(wǎng)絡(luò)。

9）壓后放噴優(yōu)化。對于高速通道壓裂，通過加入纖維的固砂作用，使得壓裂井放噴返排的時(shí)間通常比常規(guī)井要短，因而整個(gè)返排時(shí)間要重新優(yōu)化。

10）壓裂設(shè)計(jì)文本需要重新做格式出來。

2.2.2 高速通道壓裂施工規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)

高速通道壓裂施工規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)包括壓裂層段射孔、井筒準(zhǔn)備、工具入井、壓裂施工[4]。

1）壓裂層段射孔包括彈型選擇、射孔方式選擇、多簇射孔工藝的標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)施。

2）井筒準(zhǔn)備包括通井及刮削、洗井標(biāo)準(zhǔn)。

3）工具入井包括工具丈量、工具組裝、工具入井。

4）壓裂施工包括現(xiàn)場車輛擺放規(guī)范、纖維混注施工操作、脈沖式加砂操作。

2.2.3 高速通道壓裂后放噴施工標(biāo)準(zhǔn)

高速通道壓裂后放噴施工標(biāo)準(zhǔn)包括壓裂隊(duì)與作業(yè)隊(duì)的協(xié)調(diào)、放噴標(biāo)準(zhǔn)和壓后工具取出[5]。

1）壓裂隊(duì)與作業(yè)隊(duì)的協(xié)調(diào)包括現(xiàn)場施工車輛的退場、壓裂罐的搬運(yùn)、作業(yè)隊(duì)作業(yè)車的進(jìn)場及擺放。

2）放噴標(biāo)準(zhǔn)包括放噴管線的固定、放噴原則、油嘴的選擇、放噴時(shí)間的確定及放噴的HSE。

3）壓后工具取出包括洗井、封隔器起出事項(xiàng)、負(fù)荷限額。

3 結(jié)束語

高速通道壓裂工藝是低滲透油藏重點(diǎn)發(fā)展的核心技術(shù)之一，其理論和方法在快速發(fā)展的油田企業(yè)處于推廣階段，如何建立既滿足技術(shù)發(fā)展方向，又能夠解決當(dāng)前油田企業(yè)實(shí)際應(yīng)用問題的高速通道壓裂工藝是一項(xiàng)新的課題，通過探討，希望能對高速通道壓裂工藝標(biāo)準(zhǔn)化工作起到一定的積極作用。

[1]吳順林,李憲文,張礦生,等.一種實(shí)現(xiàn)裂縫高導(dǎo)流能力的脈沖加砂壓裂新方法[J].斷塊油氣田,2014,21(1):110-113.

[2]程忱,陳金菊.脈沖加砂工藝在江漢油田的應(yīng)用探討[J].能源與節(jié)能,2014,10(8):190-192.

[3]牛寶榮.提高裂縫導(dǎo)流能力的新方法[J].國外油田工程, 2001,17(3):1-5.

[4]采油采氣專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.油、氣、水井壓裂設(shè)計(jì)與施工及效果評估方法：SY/T 5289-2016[S].北京:石油工業(yè)出版社,2016.

[5]石油工業(yè)安全專業(yè)標(biāo)委會.井下作業(yè)安全規(guī)程:SY 5727-2014[S].北京:石油工業(yè)出版社,2015.

The characteristics of high speed channel fracturing technology and its standardization requirement are analyzed,and the standard system of high speed channel fracturing technology and the technical content of various standards in the standard system are expounded.The establishment of the standard system of high speed channel fracturing technology will provide a basic platform for the promotion of the technology in oilfield enterprises.

fiber fracturing fluid;high speed channel fracturing;standardization

路萍

2016-08-23

王進(jìn)濤（1982-），男，工程師，現(xiàn)主要從事油井儲層改造技術(shù)研究工作。