庫車山前致密砂巖凝析氣藏高效低傷害壓裂改造技術

熊勇富，鄒國慶，王靜波，羅宇燦，王 榮，徐國偉，劉 洋

(1.中國石油川慶鉆探工程公司，四川 成都 610052；2.中國石油塔里木油田分公司，新疆 庫爾勒 841000)

庫車山前致密砂巖凝析氣藏，儲層埋深4 600.0～5 000.0 m，地層溫度115.5～152.0 ℃，地層壓力75.0～85.0 MPa，基質孔隙度主要在4.0%～8.0%，平均為5.6%，滲透率主要在(0.1～10.0)×10-3μm2，中值為0.7×10-3μm2，平均孔喉半徑0.03～2.40 μm，平均0.36 μm，總體屬細孔小喉，水鎖強，泥質微孔發(fā)育，伊/蒙混層及絲片狀、毛發(fā)狀伊利石含量高，水敏性強，地露壓差小，試采有結蠟堵塞現(xiàn)象，易發(fā)生反凝析現(xiàn)象，造成油鎖傷害。

低滲致密凝析氣藏兼具低滲致密氣藏與凝析氣藏的開發(fā)難點，具有更為復雜的儲層二次傷害機理、滲流規(guī)律、油氣相態(tài)變化[1]。一方面，致密氣藏最大特點為低孔低滲，流體需要克服更大的界面張力、毛管力，水鎖效應強[2]，導致氣井產(chǎn)能下降，甚至停噴；另一方面，凝析氣藏在一定溫壓條件下，井筒及近井地層極易發(fā)生反凝析傷害，使得氣相滲流通道嚴重受阻，滲流阻力大幅升高，產(chǎn)能急劇下降，并且凝析油與外來液體可能產(chǎn)生乳化液，進一步降低滲透率；再者，本儲層泥質微孔發(fā)育，伊/蒙混層及絲片狀、毛發(fā)狀伊利石含量高，水敏性強，若液體配伍性差，則極易引起黏土的運移及膨脹，造成孔喉縮小及堵塞，加劇儲層二次傷害。

目前針對此類儲層有效的增產(chǎn)措施為水力壓裂，通過人工支撐裂縫，可以降低生產(chǎn)壓差，明顯擴大有效滲流面積，使氣井能長時間保持足夠高的井底壓力，推遲井眼附近凝析液的聚集。

但是目前低滲致密凝析氣藏壓裂技術尚不成熟，壓裂設計與施工工藝缺乏針對性，沒有充分考慮儲層特征，普遍照搬常規(guī)油氣藏壓裂設計方法及指標，壓裂后低效甚至無效的情況較為常見，嚴重制約了低滲致密凝析氣藏的壓裂增產(chǎn)效果[3]。

針對儲層致密，應該進行大規(guī)模加砂壓裂，快速返排，然而儲層極易受到污染，此類措施可能帶來致命的二次傷害。針對此難題進行研究，探討庫車山前致密氣藏的勘探開發(fā)思路。

1 技術原理

烴類流體相態(tài)圖(見圖1)顯示，本區(qū)地露壓差相當小，極易發(fā)生反凝析現(xiàn)象。如果采用常規(guī)的加砂壓裂模式、返排工藝和液體體系，近井流體所經(jīng)歷的溫壓數(shù)據(jù)路徑為R-a-b，即在施工過程中壓力升高、溫度快速降低，在放噴過程中，壓力快速降低、溫度緩慢上升。由于近井壓力與臨界凝析壓力太相近，溫壓數(shù)據(jù)極易落入兩相區(qū)，產(chǎn)生液鎖傷害。要根本解決這個問題，應盡量相對升高各個階段的近井壓力，避免掉入兩相區(qū)，即滿足溫壓路徑R-A-B，同時盡量提高流體溫度，即使是掉入兩相區(qū)后，也能盡量保持更低的凝析油含量，盡可能降低傷害，即滿足溫壓路徑R-A-B′。

圖1 區(qū)塊凝析氣藏烴類流體相態(tài)圖

為此，需優(yōu)選出能夠實現(xiàn)自動升溫增壓的低傷害液體體系，在此基礎上改善優(yōu)化目標，并改變返排工藝。

2 工藝方法

2.1 優(yōu)選液體體系

2.1.1 自生熱增能壓裂液配方調試

自生熱增能壓裂液配液方便，施工簡單(與常規(guī)壓裂液相同)，在地層中通過化學反應釋放出大量的熱，產(chǎn)生大量氣體，使地層保持一定的溫度，并逐漸自動發(fā)泡而形成類似“泡沫壓裂液”的混合物[4-7]。該工藝不需采用注氣專用設備，簡化了施工程序，降低施工風險。該體系自動生氣增壓助排，具有良好的自噴返排性能，產(chǎn)生的熱量能有效解決常規(guī)壓裂液體對儲層帶來的“冷傷害”問題，另外由于泡沫的產(chǎn)生減少了水分與地層黏土礦物接觸面和生成微泡沫降低濾失等功能，可以降低壓裂液對地層的傷害。

經(jīng)過大量的實驗，得出適合于目標區(qū)塊的基本壓裂液配方為：0.3%～0.4%低傷害胍膠+2.0%～6.0%自生熱增壓劑+0.5%～1.5%催化劑+其他功能添加劑。

各材料及添加劑使用比例可根據(jù)實際需要的溫壓條件、生熱增壓時間、壓裂液抗剪切性能等指標進行適當調整。根據(jù)實驗結果，經(jīng)模擬計算，該壓裂液體系最高可使人工裂縫附近溫度升高30℃，壓力增加15 MPa，生熱增壓峰值時間2～10 min可調，壓裂液抗剪切、攜砂能力等基本指標滿足施工要求。

2.1.2 復合黏土穩(wěn)定劑優(yōu)選

(1) 海外水電項目地下隧洞及洞室圍巖分類多采用Q系統(tǒng)分類標準，國內(nèi)有自己成熟的圍巖分類以及錨噴支護設計規(guī)范，而Q系統(tǒng)與國內(nèi)規(guī)范對圍巖的分類判據(jù)有不同的考慮因素和判定標準，不存在直接的對應關系，因此需加強Q系統(tǒng)的學習和實踐，以應對海外工程項目技術需求。

目標儲層中，伊利石容易發(fā)生運移，堵塞喉道，而伊/蒙間層礦物兼具了蒙脫石和伊利石的敏感性，表現(xiàn)為膨脹性和運移性兼具，因此儲層對黏土穩(wěn)定劑的性能特點要求高，針對性要強。經(jīng)過反復的優(yōu)選實驗，選取了復合黏土穩(wěn)定劑CQ-1(見表1)。

表1 各復合黏土穩(wěn)定劑性能數(shù)據(jù) %

2.1.3 復合防液鎖劑優(yōu)選

對于致密凝析氣藏來說，水鎖和反凝析傷害帶來的油鎖(統(tǒng)稱液鎖)都很嚴重。目前防液鎖劑一般分為兩類，一類為醇類，一類是表面活性劑類[8]。甲醇進入地層后，與地層水形成低沸點共沸物，能降低表面張力與毛細管力，從而降低液體飽和度，有效減緩液鎖效應，但單獨使用要求濃度高，成本高，且大量使用會產(chǎn)生鹽析現(xiàn)象，防液鎖效果的持久性差；優(yōu)質的表面活性劑可形成一層分子膜，改善多孔介質的潤濕性，具有極強的防液鎖傷害的能力，成本低，效果持久。因此，將兩者結合使用，可揚長避短，優(yōu)化性能。

經(jīng)過大量調研及室內(nèi)實驗，優(yōu)選出優(yōu)質復合防液鎖劑SR-A，由實驗數(shù)據(jù)可知，隨著濃度從0.5%增加到2.5%，地層水和凝析油的接觸角逐漸增大(見表2)，巖心表面潤濕性發(fā)生不同程度的改變，可以同時實現(xiàn)防水鎖、防油鎖的目的，優(yōu)選濃度2%～2.5%。

表2 SR-A防液鎖劑巖心薄片接觸角測量數(shù)據(jù)

2.1.4 防乳破乳劑優(yōu)選

凝析氣井加砂壓裂在返排過程中，井底壓力降至流體露點壓力以下時，地層中將會產(chǎn)生凝析油，會導致常規(guī)配方壓裂液乳化[9-10]，使?jié)B流阻力加大，氣井返排困難，產(chǎn)能明顯下降。本區(qū)塊凝析氣藏地露壓差小，返排時壓力控制空間小，有必要添加防乳破乳劑，以備萬一。經(jīng)試驗優(yōu)選出加量為1.0%的防乳破乳劑SR-C，60 min破乳率達到99.3%，滿足施工要求(見表3)。

表3 SR-C防乳破乳劑實驗數(shù)據(jù)

2.2 優(yōu)化壓裂設計

采用FracproPT三維壓裂軟件進行優(yōu)化設計，該軟件充分地表現(xiàn)了水力裂縫物理過程的復雜性和真實情況，能夠準確模擬計算裂縫尺寸的大小，支撐劑分布及裂縫內(nèi)溫壓變化。

涉及設計優(yōu)化方面的內(nèi)容眾多，限于篇幅，在此僅以裂縫長度與開始返排時刻的裂縫內(nèi)部溫度為例，說明施工參數(shù)的優(yōu)化過程。目前本區(qū)塊在主壓裂施工完成后一般需要停泵記壓降30 min，加之井口設備的換裝，一般返排在施工結束后1 h開始進行，按照上述要求此刻井底溫度需要達到65℃及以上。圖2中，造縫139 m，返排時井底溫度已恢復到65.0℃，當進一步加大規(guī)模，造縫154.1 m，返排時井底溫度只恢復到45.0℃，不能滿足要求。

圖2 返排時不同人工裂縫內(nèi)溫度剖面

2.3 返排速度控制

合理的壓裂后返排速度對于減少凝析液的析出至關重要，快速返排易造成凝析油析出而加劇反凝析程度，而慢速返排壓裂液會形成滯留造成儲層污染，兩者均會使氣相滲透率下降，影響產(chǎn)能。因此凝析氣藏壓裂需要兼顧減少反凝析以及降低壓裂液對儲層污染的雙重要求，壓裂設計需要對壓裂后返排速率進行優(yōu)選。在放噴排液過程中需要將井口壓力控制在露點壓力以上。需要適時根據(jù)井筒及生產(chǎn)條件換算，要求測試求產(chǎn)時井底壓力大于42.0 MPa，應主要采用4 mm、5 mm油嘴放噴。

3 現(xiàn)場應用

TC201井是該區(qū)的一口評價井，試油射孔后，僅有少量天然氣產(chǎn)出，于2017年8月20日采用自生熱增能壓裂工藝進行了加砂壓裂作業(yè)，以盡量減少溫壓及外來流體帶來的儲層二次傷害為基礎目標，控制規(guī)模，優(yōu)選功能添加劑，具體配方為：0.32%低傷害胍膠+4.0%自生熱增壓劑+1.2%催化劑+其他功能添加劑+2.5%復合防液鎖劑SR-A+1%復合黏土穩(wěn)定CQ-1+1.0%的防乳破乳劑SR-C。本次施工井段4 867～4 985 m，地層溫度153℃，施工排量5 m3/min，最高泵壓115 MPa，累計注入自生熱增能壓裂液800 m3，加入30/50目陶粒40 m3，施工過程壓力平穩(wěn)。采用4～5 mm油嘴控速返排工藝，返排率達到86%。定產(chǎn)數(shù)據(jù)：油嘴4 mm，油壓36.1 MPa，日產(chǎn)油16 m3，日產(chǎn)氣78 441 m3，取得了良好的增產(chǎn)效果。本井目前已累計生產(chǎn)凝析油4 608.0 m3，天然氣2 136.0×104m3，未出現(xiàn)油壓波動及井筒結蠟現(xiàn)象。

5 結論

(1)庫車山前致密凝析氣藏儲層物性差、敏感性強、地露壓差小，試采有結蠟堵塞現(xiàn)象，兼具致密氣藏及凝析氣藏的開發(fā)難點，儲層改造應具針對性。

(2)常規(guī)的致密氣藏加砂壓裂模式難以在本區(qū)塊取得成功，通過優(yōu)選自生熱增能壓裂液體系及主要添加劑，優(yōu)化壓裂設計，壓后進行返排速度控制，在本區(qū)實現(xiàn)高效低傷害儲層改造。

(3)自生熱增能壓裂工藝及液體體系經(jīng)現(xiàn)場應用，增產(chǎn)效果良好，達到設計目的，證明該工藝適合本區(qū)塊改造，建議推廣應用。