致密砂巖水平井降阻水/凍膠混合壓裂先導(dǎo)試驗(yàn)

劉 琦， 邱 玲， 慈建發(fā)， 刁 素

(中石化西南油氣分公司石油工程技術(shù)研究院)

混合水壓裂技術(shù)主要經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展歷程[1-4]：上世紀(jì)80年代以清水壓裂為主，上世紀(jì)90年代過渡為滑溜水壓裂，本世紀(jì)初發(fā)展成為混合水壓裂。混合水壓裂技術(shù)[1-8]主要針對天然裂縫發(fā)育、巖石脆性指數(shù)高的致密儲層，通過采用“大液量、大砂量、高排量、低砂比”及降阻水與凍膠交替注人，在保持低有效破裂壓力的同時(shí)，利用降阻水產(chǎn)生裂縫寬度和長度，形成裂縫幾何形狀后，用凍膠更有效地沿著裂縫攜帶支撐劑，使支撐劑充填分布更均勻并且更連續(xù)，從而提高裂縫導(dǎo)流能力。

川西地區(qū)中淺層氣藏儲層致密，混合水壓裂技術(shù)已取得了一定的進(jìn)展，但仍存在壓后效果差異大，工藝設(shè)計(jì)針對性不強(qiáng)。裂縫參數(shù)及施工參數(shù)還需通過室內(nèi)研究及現(xiàn)場試驗(yàn)進(jìn)一步優(yōu)化。

一、混合水壓裂增產(chǎn)機(jī)理

為驗(yàn)證混合水壓裂增產(chǎn)機(jī)理，模擬三種不同注入方式所形成人工裂縫的支撐裂縫長度及鋪砂剖面。

采用500 mL凍膠作為前置液，1 000 mL凍膠作為攜砂液進(jìn)行連續(xù)加砂方式實(shí)驗(yàn)，形成的鋪砂剖面為連續(xù)性的，攜砂液未加纖維時(shí)支撐裂縫長度為51 cm，而當(dāng)在攜砂液中加入纖維后，支撐裂縫長度為60 cm。說明纖維可幫助攜砂，從而獲得更長的支撐裂縫，見圖1。

采用500 mL凍膠作為中頂液，1 000 mL凍膠作為攜砂液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，加砂方式為段塞式交替注入。由于采用段塞式注入，各砂團(tuán)之間存在高導(dǎo)流能力的通道，在未加纖維情況下，支撐裂縫長度為72 cm，而當(dāng)在攜砂液中加入纖維后，支撐裂縫長度為78 cm，見圖2。

圖1 連續(xù)加砂方式下(凍膠攜砂，加纖維)支撐裂縫鋪置形態(tài)

圖2 凍膠攜砂(加纖維)與純凍膠交替注入下支撐裂縫鋪置形態(tài)

采用500 mL降阻水作為中頂液，1 000 mL凍膠作為攜砂液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，加砂方式為段塞式交替注入。相比采用凍膠作為中頂液，該注入方式所形成的支撐裂縫各砂團(tuán)之間無明顯的溝壑，但在支撐裂縫中出現(xiàn)了從縫口到縫端的高導(dǎo)流能力的通道。在攜砂液中加入纖維后，支撐裂縫長度為52 cm，相比未加纖維情況下，支撐裂縫長度(56 cm)稍有降低見圖3。分析其原因，可能是由于加入纖維后，砂團(tuán)更加緊密，而降阻水由于黏度低，加之實(shí)驗(yàn)排量較低，推動攜砂液更為困難。

根據(jù)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)可看出：段塞式加砂方式所形成的支撐縫長較連續(xù)加砂方式更長，采用純凍膠段塞的支撐縫長長于降阻水段塞。由于降阻水黏度低，在凍膠中產(chǎn)生指進(jìn)現(xiàn)象，可改變鋪砂剖面，在支撐縫中形成縱橫向交錯(cuò)的低流動阻力立體通道，從而提高整個(gè)支撐裂縫的導(dǎo)流能力。

圖3 凍膠攜砂(加纖維)與降阻水交替注入下支撐裂縫鋪置形態(tài)

二、降阻水體系優(yōu)化

通過實(shí)驗(yàn)評價(jià)(見表1)，優(yōu)選防膨率較高配方：0.04%降阻劑+0.1%殺菌劑+0.1%黏穩(wěn)劑+0.2%增效劑+0.5%氯化鉀，并進(jìn)行降阻率性能評價(jià)和傷害率測定，降阻率大于60%，傷害率小于30%(表2)，實(shí)驗(yàn)測得滲透率傷害率為22.98%。

表1 降阻水配方性能評價(jià)

表2 降阻性能評價(jià)

結(jié)合川西地區(qū)致密砂巖氣藏壓裂液體系配方，優(yōu)化降阻水配方為：0.04%降阻劑+0.3%殺菌劑+0.5%黏土穩(wěn)定劑+0.5%助排劑+0.2%多功能增效劑+清水或壓返液。

三、混合水壓裂工藝優(yōu)化

1.注入方式優(yōu)化

加砂規(guī)模一定，選用降阻水 ∶壓裂液=1 ∶2，對脈沖纖維加砂、前置混合水、中頂混合水及后置混合水三種工藝下的裂縫參數(shù)進(jìn)行模擬，模擬結(jié)果見表3。

表3 不同注入方式下裂縫參數(shù)及5年累計(jì)產(chǎn)量

從不同注入方式與裂縫參數(shù)的結(jié)果可以看出，中頂交替注入降阻水獲得的支撐縫長和改造體積最大，但導(dǎo)流能力有一定降低，這主要是加砂規(guī)模一定的情況下，支撐縫長和改造體積增加，導(dǎo)致裂縫內(nèi)支撐劑鋪置濃度有一定降低，但中頂交替的注入方式累計(jì)產(chǎn)量相對最高，因此推薦中頂降阻水注入方式，可選擇階梯增加或階梯降低降阻水用量。

2.降阻水用量優(yōu)化

加砂規(guī)模一定，改變降阻水與壓裂液比例，模擬不同比例下裂縫參數(shù)，模擬結(jié)果見表4。

從降阻水比例與裂縫參數(shù)的結(jié)果可以看出，在加砂規(guī)模一定的情況的下，隨著降阻水用量的增加，支撐縫長和改造體積增加，這主要是支撐縫長和改造體積受液量規(guī)模影響較大，當(dāng)支撐縫長在降阻水 ∶壓裂液為1 ∶1～1 ∶2之間增加幅度較大，而改造體積一直呈現(xiàn)上漲趨勢，另外，隨著降阻水用量增加，導(dǎo)流能力不斷降低，這主要是因?yàn)榧由耙?guī)模一定的情況下，當(dāng)裂縫體積增加后，支撐劑在裂縫中的鋪置濃度將降低，在裂縫部分區(qū)域，出現(xiàn)因支撐劑嵌入導(dǎo)流能力為0的區(qū)域。綜合裂縫參數(shù)、累計(jì)產(chǎn)量及裂縫鋪置剖面，優(yōu)化降阻水與壓裂液比例在1 ∶1～1 ∶2。

表4 不同降阻水比例下裂縫參數(shù)及5年累計(jì)產(chǎn)量結(jié)果

四、現(xiàn)場試驗(yàn)

截至目前，混合水壓裂工藝技術(shù)在川西中淺層致密砂巖氣藏新場、中江、高廟等4個(gè)區(qū)塊水平井中現(xiàn)場試驗(yàn)10井次，其中，1井次全程(6段)采用混合水壓裂工藝，9井次在部分井段(累積26段)采用混合水壓裂工藝，10井次累積26段采用壓返液配制降阻水，施工成功率100%，壓后單井平均測試產(chǎn)量8.9291×104m3/d，見表5，體現(xiàn)出混合水壓裂工藝增產(chǎn)及環(huán)保的有效性。10井次中，GM33-11HF井采用中頂交替注入混合水壓裂工藝，在油壓15.5 MPa下獲天然氣測試產(chǎn)量16.1903×104m3/d，獲得了混合水壓裂工藝的突破。

表5 混合水壓裂試驗(yàn)井部份井概況

五、結(jié)論

(1)室內(nèi)模擬表明，由于降阻水黏度低，在凍膠中產(chǎn)生指進(jìn)現(xiàn)象，可改變鋪砂剖面，在支撐縫中形成縱橫向交錯(cuò)的低流動阻力立體通道，從而提高整個(gè)支撐裂縫的導(dǎo)流能力。

(2)軟件模擬表明，中頂交替注入降阻水獲得的支撐縫長和改造體積最大，但導(dǎo)流能力有一定降低，但累計(jì)產(chǎn)量相對最高。當(dāng)支撐縫長在降阻水 ∶壓裂液為1 ∶1～1 ∶2之間增加幅度較大。

(3)10口井的現(xiàn)場應(yīng)用效果較好，混合水壓裂技術(shù)在川西致密砂巖氣藏具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。