王 黎
(中原石油工程有限公司井下特種作業(yè)公司,河南濮陽 457164)
低滲、特低滲儲層閉合壓力高,容易導致裂縫閉合,采用纖維壓裂液體系能有效改善支撐效果,在裂縫內(nèi)形成超高導流能力的通道供地層流體流動,裂縫內(nèi)流體的流動不再局限于支撐劑充填層的孔隙內(nèi),裂縫導流能力比常規(guī)壓裂液體系的高出幾個數(shù)量級,增產(chǎn)效果遠遠好于常規(guī)的壓裂液體系[1-4]。
實驗初步優(yōu)選了聚丙烯腈-1、聚丙烯-2、聚乙烯醇-3、聚酯纖維-4 及玻璃纖維-5 五種纖維,并以相同的添加比例配制成五種纖維壓裂液,來測定纖維種類對支撐劑沉降的影響(見圖1),從圖1 中可以看出不同纖維種類壓裂液支撐劑沉降速度差別較大。其中聚丙烯腈纖維與聚酯纖維表現(xiàn)最好,玻璃纖維次之,聚丙烯表現(xiàn)最差,但聚丙烯腈纖維在水中的分散性與懸浮性較差,故優(yōu)選聚酯纖維。
通過對比不同長度的纖維對支撐劑沉降速度的影響(見圖1)看出,纖維太短對支撐劑沉降速度減緩不明顯,較長長度的纖維對支撐劑下沉速度的影響差別不大,9 mm 的纖維效果最好,但與6 mm 相差不大,所以采用6 mm~9 mm 的纖維。
圖1 不同纖維種類及長度壓裂液中支撐劑沉降速度
1.2.1 不同纖維濃度壓裂液對支撐劑沉降速度的影響纖維濃度增加,則支撐劑沉降速率逐漸降低,纖維互相之間更容易形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),相互纏繞,阻止支撐劑沉降(見表1)。通過表1 可以看出,纖維比例在0.2 %即可改善壓裂液攜砂性能。
1.2.2 不同纖維濃度壓裂液對黏度及導流能力的影響配制胍膠含量0.25 %的壓裂液,然后加入0.00 %~1.00 %的聚酯纖維攪拌均勻,利用流變儀在剪切速率170 s-1測其黏度,實驗結(jié)果(見圖2),纖維加量小于0.20%時壓裂液黏度隨纖維增加黏度增加。大于0.20%后壓裂液黏度隨纖維增加而減少。纖維加量為0.20 %時黏度最大。但是總體來說黏度隨纖維濃度的變化范圍很小,對實驗效果影響不大。
表1 不同纖維濃度壓裂液支撐劑沉降速度
圖2 不同纖維濃度壓裂液黏度隨剪切時間變化圖
隨著纖維比例的增加,裂縫導流能力增大。加入纖維后,支撐劑柱的穩(wěn)定性強,支撐劑柱的變形小,承受閉合壓力的影響的能力增強,從而裂縫內(nèi)通道減小幅度降低,故導流能力增大。但隨著纖維加入比例的增大,裂縫導流能力的增幅減小??紤]經(jīng)濟效益,加入適量纖維即可。繼續(xù)增大纖維加入比例,對導流能力的變化影響不大。
沉降15 min 后不同胍膠濃度壓裂液對支撐劑沉降速度的影響(見圖3、圖4)。從圖中可以看出,隨著胍膠濃度的升高,支撐劑的沉降速度逐漸降低。濃度達到2 500 mg/L 后,支撐劑降速變緩,所以優(yōu)選胍膠濃度為0.25 %。
圖3 不同胍膠濃度壓裂液對支撐劑沉降速度的影響(15 min)
圖4 不同胍膠濃度壓裂液對支撐劑沉降速度的影響
實驗選用30/50 目陶粒支撐劑,鋪砂濃度5 kg/m2,纖維加入比例0.2 %,采用五種鋪砂方式(見圖5),分別在導流室內(nèi)鋪置2~6 個支撐劑團。將砂比為35 %(體積比)的支撐劑混入常規(guī)壓裂液和纖維壓裂液中,用裂縫導流能力評價儀測定纖維攜砂導流能力。
圖5 五種鋪砂方式
實驗結(jié)果(見圖6)表明,纖維脈沖加砂壓裂裂縫導流能力比常規(guī)壓裂裂縫導流能力大10 倍以上。裂縫內(nèi)通道體積越大,導流能力越大。但對于儲層中的支撐裂縫,過大的通道,在閉合壓力的作用下,會使支撐劑柱四周的裂縫寬度減小,裂縫中形成窄點,導致導流能力降低,所以應(yīng)該結(jié)合實際儲層情況選擇合適的鋪砂方式。
圖6 不同鋪砂方式下的導流能力
截至目前該纖維壓裂液在新疆低孔特低滲致密砂巖儲層1 口井、砂泥巖互層(泥巖)儲層1 口井以及頁巖油儲層2 口井進行了現(xiàn)場應(yīng)用,其中T 井壓裂井段為5 306.00 m~5 308.00 m、5 314.00 m~5 317.00 m、5 324.00 m~5 327.50 m,注入井筒壓裂液量376.8 m3,支撐劑量17.3 m3,加纖維量200 kg,施工排量4.2 m3/min,最大施工壓力78 MPa。施工過程中未出現(xiàn)脫砂、砂堵、設(shè)備井筒堵塞等情況,現(xiàn)場應(yīng)用效果良好。
(1)優(yōu)選長度為6 mm~9 mm,濃度為0.2 %的聚酯纖維來配制纖維壓裂液。
(2)纖維壓裂液使支撐劑在壓裂過程中保持懸浮態(tài),裂縫閉合時能改善支撐效果,從而增加裂縫導流能力,能有效解決頁巖氣井壓裂改造中主裂縫導流能力低的難題,提高增產(chǎn)效果。