超低滲透油藏暫堵壓裂技術研究與優(yōu)化

羊 勇，楊文飛，韓永泉，梁 濤，張永德，崔理博

（中國石油長慶油田分公司第九采油廠，寧夏銀川 750006）

1 超低滲透油藏暫堵壓裂技術體系發(fā)展與現(xiàn)狀

長慶油田超低滲透油藏投入規(guī)模開發(fā)以來，主要試驗了包括四類堵劑體系的暫堵壓裂技術（見表1）。

表1 超低滲透油藏暫堵壓裂技術體系

投球暫堵壓裂技術應用于層間暫堵，適用范圍包括儲層厚度大，縱向動用不充分的低產低效井，需要實現(xiàn)分層壓裂，但卡封間距小，不具備坐封條件的井，以及多射孔段合壓，不能明確復壓層段的井。技術的主要劣勢是需專用投加設備，操作不便，高壓下投球器故障率高。

油溶性樹脂類堵劑應用于縫內暫堵，形成暫堵段塞使縫內凈壓力升高，從而開啟天然微裂縫，對超低滲透油藏天然裂縫發(fā)育、側向剩余油富集的地質特征針對性強。

石英砂材質堵劑采用端部脫砂壓裂技術的原理，利用大直徑支撐劑在縫內脫砂形成橋堵，堵劑本身可以作為支撐劑，對儲層無傷害，但對設計及施工有較高要求，暫堵升壓通常較低。

通過近年的礦場實踐，長慶油田超低滲透油藏逐漸形成了以油溶性樹脂類堵劑多級暫堵為主的暫堵壓裂技術體系[1，2]。

2 油溶性樹脂暫堵劑性能及應用效果分析

2.1 油溶性樹脂暫堵劑成分及性能

目前長慶油田超低滲透油藏使用的油溶性樹脂類的暫堵劑主要是采用具有不同熔點的石油樹脂類產品，包括石蠟、改性松香、瀝青等，按一定比例復配并加入添加劑制成（見表2）。

對不同軟化溫度的油溶性樹脂暫堵劑進行軟化測試試驗，發(fā)現(xiàn)不同組分的暫堵劑性能均符合非晶體特征，即沒有固定的熔點，隨著溫度升高，堵劑首先變軟，相互膠結成團狀，再變?yōu)楦唣ざ攘黧w，黏度持續(xù)降低，最后由稠逐漸變稀。升溫超過閾值之后暫堵劑軟化是立即發(fā)生的，且軟化后的黏度主要受溫度影響，與加溫時間關系不明顯（見表3）。

表2 不同原料的油溶性樹脂暫堵劑軟化點[1]

表3 不同組分的油溶性樹脂暫堵劑軟化情況

2.2 油溶性樹脂暫堵劑應用效果

井下微地震裂縫監(jiān)測結果顯示，在壓裂改造規(guī)模相近的情況下，可對比井實施暫堵壓裂后裂縫帶寬明顯增大。全部測試資料中，均未觀察到裂縫發(fā)生轉向（見表4）。測試結果與油溶性樹脂暫堵劑暫堵機理吻合，即是通過增大縫內凈壓力，增加裂縫帶寬，開啟裂縫壁兩側微裂縫，動用側向剩余油。同時由于常規(guī)樹脂材質縫內暫堵劑形成的暫堵段塞為柔性的高黏度流體，無法使地層內應力集中，從而開啟宏觀新裂縫。

表4 可對比井暫堵壓裂井下微地震監(jiān)測結果

3 油溶性樹脂暫堵壓裂的局限性與技術優(yōu)化

3.1 合理軟化溫度的確定

為了實現(xiàn)全裂縫段升壓，提高改造效果，暫堵壓裂方案設計中經(jīng)常采用多級暫堵的手段，利用壓裂液對地層的降溫效果，使第二級、第三級暫堵劑進入裂縫遠端后再形成暫堵段塞。

適應活化過程中，氧氣可參與酵母細胞內不飽和脂肪酸和甾醇類物質的合成，從而提高酵母生物量及其乙醇耐受性，從而促進二次發(fā)酵[14-15]。研究表明，少量通氣可使酒精發(fā)酵過程中酵母活細胞數(shù)增加[16]，但過多氧氣的存在則可能導致酵母細胞中活性氧（ROS）的積累[17]。

對比不同油藏，不同配注的注水井井溫測試資料，注入水對地層的降溫效果并不明顯（見表5）。

表5 超低滲透油藏注水井井溫測試資料

從不同油藏多級暫堵壓裂施工情況看，暫堵升壓均發(fā)生在暫堵劑進入地層階段，次級暫堵升壓時間與前一級暫堵升壓時間對比，并沒有出現(xiàn)明顯的后延。暫堵劑進入裂縫后，在地層溫度下即開始軟化形成暫堵段塞，前一級壓裂液對地層的降溫作用沒有明顯效果。考慮停砂暫堵鋪砂剖面不連續(xù)，不停砂暫堵施工風險大，多級暫堵壓裂意義不大，暫堵壓裂工藝應采用前置液階段單級暫堵。

由暫堵劑軟化測試試驗可以看出，暫堵劑軟化前為脆性顆粒，不具備形成縫內暫堵段塞的條件。開始軟化膠結到完全軟化的溫度范圍5 ℃～10 ℃，此后隨溫度升高，黏度逐漸降低，暫堵段塞性能下降。因此，暫堵劑的軟化點溫度控制在比地層溫度低5 ℃～10 ℃范圍內較為合理。

3.2 油溶性樹脂暫堵劑封堵性能研究

壓裂施工中的裂縫寬度可由下式求得[2]：

式中：ww-縫口縫寬，ft；qi-施工排量，bbl/min；μ-黏度，cp；L-裂縫半長，ft；E'-平面應變模量，psi；hf-裂縫高度，ft；E-楊氏模量，psi；ν-泊松比，一般取值0.2。

按井下微地震測試資料測算，根據(jù)經(jīng)驗按20 %考慮壓裂液濾失量，求得平均縫寬為31 mm（見表6）。

表6 超低滲透油藏井下微地震測試資料

壓裂施工中的平均裂縫寬度與縫口縫寬有如下關系[2]：

式中：ww-縫口縫寬，ft；w'-平均縫寬，ft。

以此測算平均裂縫寬度為39 mm，與理論計算結果基本吻合。

以此結果分析暫堵劑進入裂縫后的狀態(tài)，縫口寬度43 mm，裂縫高度15 m，壓裂排量2.0 m3/min，射孔段長設為4.0 m，暫堵劑投加量按600 kg，密度為1.15 g/cm3。

圖1 暫堵劑封堵儲層情況示意圖

第一種情況（見圖1），理想狀態(tài)下暫堵劑可形成厚度0.8 m 的封堵層，考慮壓裂液從射孔孔眼進入縫口流速超過5.5 m/s，暫堵劑軟化后強度不足，在沖刷下容易被突破。

第二種情況（見圖2），考慮暫堵劑從縫口進入地層，裂縫中部厚度大，抗沖刷能力強，但裂縫上下兩端厚度薄，在沖刷下容易從兩端被突破。

圖2 暫堵劑封堵儲層情況示意圖

由此可見，提升暫堵劑封堵性能，是提升暫堵壓裂效果的重要方向。

3.3 提高暫堵段塞強度的嘗試

對暫堵壓裂技術的初步優(yōu)化思路是考慮選擇強度高、抗剪切性好、可降解、可返排的顆粒堵劑與樹脂暫堵劑組合投加，實現(xiàn)縫內“架橋”。通過室內實驗和現(xiàn)場試驗，探索合理的粒徑、配比。證實可行后，嘗試研制樹脂包裹顆粒型暫堵劑，以解決混配不均的問題。

在試驗初期，因暫未找到合適的顆粒堵劑，選取了橡膠顆粒進行小范圍試驗。按混凝土靶射孔資料，常規(guī)127 射孔彈孔眼直徑為11 mm。為穩(wěn)妥起見，初次試驗選擇了1 mm～3 mm 橡膠顆粒。第一口試驗井Q88-102采用500 kg 橡膠顆粒和500 kg 樹脂暫堵劑混配投加。壓裂時升壓狀況與常規(guī)暫堵壓裂相比變化不明顯（見圖3），壓后沖砂，未見橡膠顆粒返出。

圖3 1 mm～3 mm 橡膠顆?；炫鋾憾聞毫?/p>

圖4 5 mm～8 mm 橡膠顆?；炫鋾憾聞毫?/p>

此后試驗井Q94-81 調整使用5 mm～8 mm 橡膠顆粒，仍然采用500 kg 橡膠顆粒和500 kg 樹脂暫堵劑混配投加。升壓狀況得到改善，但存在嚴重的橡膠顆粒堵塞射孔孔眼情況（見圖4）。顆粒堵劑粒徑還需優(yōu)化。壓后沖砂，顆粒堵劑、樹脂暫堵劑與石英砂混合物在井下膠結，沖砂無進尺，采用磨鉆方式處理井筒成功。說明顆粒堵劑與樹脂暫堵劑混配投加，增加暫堵段塞封堵強度的思路可行。

4 結論與認識

綜上所述，油溶性樹脂暫堵劑作為長慶油田超低滲透油藏的主要暫堵壓裂技術體系，具有增大縫內凈壓力，增加裂縫帶寬，開啟裂縫壁兩側微裂縫，動用側向剩余油的作用，但無法使地層內應力集中，從而開啟宏觀新裂縫。技術局限性主要是封堵強度不足，仍然有改進提高的空間。

下步改進建議一是繼續(xù)優(yōu)選強度高、抗剪切性好、可降解、可返排的顆粒堵劑，二是在提升暫堵劑性能的同時，開展合理暫堵升壓研究，防止出現(xiàn)儲隔層應力差不足，壓裂縫高失控的問題。