暫堵壓裂工藝適用性分析及效果評價

葛婧楠 李然 舒東楚 李濤 張科 潘丹丹

摘? ? ? 要：目前頁巖氣開采規(guī)模日漸擴大，由于頁巖儲層巖性致密、非均質(zhì)性強、縫網(wǎng)系統(tǒng)復(fù)雜、斷層遮擋眾多，壓裂施工中套變等井下事故頻發(fā)，常規(guī)壓裂工藝面臨重大挑戰(zhàn)。在井筒變形、工具入井困難的情況下，常規(guī)的分段壓裂改造技術(shù)無法實施，應(yīng)用暫堵分段和暫堵轉(zhuǎn)向壓裂技術(shù)，通過不同粒徑暫堵劑的組合使用，實現(xiàn)堵塞井筒炮眼，在近井縫口或遠場縫端產(chǎn)生致密的暫堵劑封堵帶，迫使流體轉(zhuǎn)向，產(chǎn)生新裂縫或分支縫，同時增加裂縫復(fù)雜程度，提高儲層動用程度。

關(guān)? 鍵? 詞：暫堵分段;暫堵轉(zhuǎn)向;效果分析

中圖分類號：TE357.1+4? ? ? ?文獻標(biāo)識碼： A? ? ? ?文章編號： 1671-0460（2020）09-2028-05

Abstract： At present， the scale of shale gas recovery is expanding day by day. Due to tight lithology， strong heterogeneity， complex fracture network system， and many faults in shale reservoirs， downhole accidents frequently happen，such as casing changes during fracturing construction and so on， the conventional fracturing process faces major challenges. When the wellbore is deformed and the tool is difficult to enter the well， the conventional staged fracturing technology cannot be implemented.The application of temporary block segmentation and temporary blockage steering fracturing technology can block the wellbore blasthole， and produce a dense temporary plugging agent sealing band at the near well or the far field seam end， forcing the fluid to turn， creating new cracks or branch joints to simultaneously increase the complexity of cracks and increase the degree of reservoir utilization through the combination of different particle size temporary blocking agents.

Key words： Temporary blocking segment; Temporary blocking steering; Effectiveness analysis

選取某頁巖氣示范區(qū)全水平段暫堵的A井結(jié)合微地震分析，說明遇阻后實施暫堵分段工藝的可行性;選取B平臺說明壓裂中主動實施暫堵轉(zhuǎn)向工藝是對常規(guī)壓裂工藝的重要補充。

現(xiàn)場施工效果表明，暫堵分段工藝和暫堵轉(zhuǎn)向工藝能夠有效實現(xiàn)裂縫轉(zhuǎn)向，加大裂縫復(fù)雜程度，在井筒變形、分段工具入井困難的情況下施工效果良好。該工藝可以為區(qū)塊后續(xù)套變井等復(fù)雜工況井暫堵分段和暫堵轉(zhuǎn)向壓裂施工提供借鑒。

1? 暫堵壓裂工藝簡介

暫堵壓裂工藝主要分為由于工程因素采用的暫堵分段工藝和由于地質(zhì)因素采用的暫堵轉(zhuǎn)向工藝。從目的、工藝難度和工藝成熟度三個方面來對比暫堵分段和暫堵轉(zhuǎn)向。

目的：暫堵分段主要針對套管變形、分段工具下入困難井段;暫堵轉(zhuǎn)向主要目的為增加縫網(wǎng)復(fù)雜程度，有效控制裂縫非均勻擴展、避免局部地層過度改造。

工藝難度：暫堵分段很難達到橋塞分段的準(zhǔn)確度，且施工中由于暫堵材料的可溶性，易造成相鄰井段的重復(fù)改造，影響改造效果;暫堵轉(zhuǎn)向在于提高段內(nèi)凈壓力，故控制施工參數(shù)和暫堵材料的加量、投入時機和方式尤為重要。

工藝成熟度 ：暫堵分段工藝[1]目前在工區(qū)內(nèi)已成功解決多井次的套變遇阻問題，特別是A井的全水平段暫堵分段;暫堵轉(zhuǎn)向工藝在工區(qū)內(nèi)的應(yīng)用目前還不廣泛，典型的是新工藝試驗的B平臺 。

1.1? 暫堵壓裂工藝原理

依據(jù)儲層微裂縫發(fā)育特點和地應(yīng)力特征，實施暫堵壓裂工藝對裂縫的延伸實現(xiàn)有效的控制。暫堵球堵塞射孔孔眼，暫堵劑堵塞炮眼或進入裂縫形成橋堵，實現(xiàn)裂縫轉(zhuǎn)向或開啟新裂縫，對高低滲透層進行均勻改造[2-4]。

1.2? 可降解暫堵劑及暫堵球（見圖1）

暫堵球施工中，壓力相對平穩(wěn)施工風(fēng)險低;由于壓裂之前，已對變形影響段全部射孔，即使進一步套變也能完成壓裂施工。

可降解暫堵轉(zhuǎn)向劑是實現(xiàn)暫堵轉(zhuǎn)向縫網(wǎng)壓裂的關(guān)鍵。暫堵材料需滿足：層內(nèi)轉(zhuǎn)向或?qū)娱g轉(zhuǎn)向封堵壓力要求;在地層環(huán)境下必須具有一定變形，變形后能與剛性支撐劑混合后發(fā)揮更好的裂縫封堵、升壓效果;壓裂結(jié)束后，在排液過程中（短時間內(nèi)）暫堵劑易溶解，能夠快速排出;不粘泵、易泵送[5]。

在投送暫堵劑方面，積極開展高壓投球器試驗。高壓投球器具有高壓投球、液壓遠程控制、旋塞閥開關(guān)可視化的特點，實際施工中可以滿足不停泵投球，但也存在僅一次投球機會的局限（見圖2）。

本文研究區(qū)塊井組所選暫堵劑為粉末暫堵劑，外觀為粉末狀，適用溫度：30～160 ℃ ，材料性能為可降解生物聚合物，安全環(huán)保，為水基溫控降解型。膠結(jié)暫堵，用量少，暫堵可靠。不同溫度系列暫堵轉(zhuǎn)向材料，能夠為不同深度、不同井溫儲層的轉(zhuǎn)向改造提供技術(shù)支撐[6-15]。

2? 現(xiàn)場應(yīng)用及效果分析

2.1? A井暫堵分段工藝應(yīng)用

A井垂深2 972.28 m，水平段長2 100 m。A井首段壓裂后，下射孔橋塞聯(lián)作工具于1 650 m處遇阻，經(jīng)多臂井徑測井證實遇阻原因為直井段套變。變形段套管最小內(nèi)徑為78.4 mm，無法滿足橋塞分段壓裂施工。壓裂優(yōu)化調(diào)整如下：①連續(xù)油管帶Φ60槍射孔、暫堵分段壓裂;② 分簇方案。原設(shè)計每段5簇變更為3簇，簇間距21～28 m，平均簇間距21.1 m。該井全水平段采取暫堵分段壓裂工藝，單日壓裂兩段且采取兩段合壓的工藝。每日首次起泵時投暫堵劑封堵前期已經(jīng)改造的井段，每次起泵后在施工中途投暫堵材料實施段間轉(zhuǎn)向壓裂。

1）每日首次起泵時投放的暫堵材料為粉末狀暫堵劑，其加量主要考慮前期已改造井段的孔眼總數(shù)及截面積總和，優(yōu)化加量至150～125 kg?，F(xiàn)場主要控制參數(shù)有：投放體積分數(shù)（暫堵劑與攜液體積比）、投放數(shù)量、泵送排量，施工人員可通過地面壓力響應(yīng)和井中微地震檢測來控制工藝參數(shù)確保封堵效果（見圖3）。

2）兩段合壓過程中通過投放暫堵球或暫堵劑實施段間轉(zhuǎn)向，對近井裂縫和孔眼實施雙重封堵，優(yōu)化加量至100～75 kg。主要控制參數(shù)有：暫堵劑數(shù)量、投放體積分數(shù)、泵送排量或暫堵球數(shù)量、暫堵球直徑、暫堵球強度及送球排量，同樣是通過地面壓力響應(yīng)和井中微地震檢測來控制工藝參數(shù)以確保封堵效果[16-20]。

當(dāng)日第二段暫堵分段，暫堵劑加量主要考慮封堵前一段射孔簇。由于停泵較短，優(yōu)先考慮采用暫堵球分段，本井共使用3次，直觀的壓力響應(yīng)并不明顯。當(dāng)日第二段施工優(yōu)化為：停泵兩小時，待裂縫閉合一定程度后，投100～175 kg暫堵劑分段（見圖4）。

根據(jù)現(xiàn)場應(yīng)用經(jīng)驗，暫堵劑投放量為36～72 kg/簇;暫堵球投送量約為1.2～1.3倍孔眼數(shù)。

2.2? A井暫堵分段工藝效果分析

結(jié)合微地震監(jiān)測圖分析，第3、4段段間暫堵轉(zhuǎn)向后，微地震事件點在暫堵前后表現(xiàn)出不同的擴展方向、位置和數(shù)量（見圖5）。

第3、4段合壓開泵時間距上次施工結(jié)束約20 h，裂縫閉合較好，提高了暫堵劑投送體積分數(shù)，100 kg暫堵劑到達炮眼位置后，地面壓力由51.7 MPa上升至57.4 MPa，暫堵壓力響應(yīng)明顯（見圖6）。

總體來看，該井暫堵壓裂實現(xiàn)了對水平段對應(yīng)各段的改造，縫長、縫高、縫網(wǎng)寬度均達到一定規(guī)模。盡管施工初期受監(jiān)測井鄰井作業(yè)影響，監(jiān)測解釋事件點較少。施工后期排除監(jiān)測井鄰井的影響，各段微地震監(jiān)測事件點增至170～250個。

A井10 mm油嘴最高測試產(chǎn)量達到1.162×105 m3，而同平臺實施常規(guī)橋塞分段壓裂工藝的A-1井在10 mm油嘴下最高測試產(chǎn)量達到1.063×105 m3。同時A井12 mm油嘴最高測試產(chǎn)量達到1.619×105 m3，以上均說明A井全水平段的暫堵分段壓裂工藝應(yīng)用較成功（見圖7）。

2.3? B平臺暫堵轉(zhuǎn)向工藝應(yīng)用

B平臺部署1、3、5三口水平井，三口井的水平段長分別為1 700、1 760、1 900 m，水平段埋深均為2 400 m。B平臺3井和5井開展7、11簇壓裂投球暫堵、長段塞小粒徑及混合粒徑支撐劑暫堵轉(zhuǎn)向試驗，3井壓裂26段、每段7簇，共176簇;5井壓裂29段、每段11簇，共309簇。1井作為微地震對3井、5井進行井中微地震監(jiān)測。

B平臺采用以下暫堵轉(zhuǎn)向技術(shù)對策：7、11 簇壓裂投球暫堵、長段塞小粒徑及混合粒徑支撐劑暫堵轉(zhuǎn)向。①采用大直徑孔眼暫堵球封堵，實現(xiàn)簇間均勻擴展;②長段塞小粒徑及混合粒徑支撐劑暫堵轉(zhuǎn)向，提高縫內(nèi)凈壓力。B-3井、B-5井探索實施段內(nèi)7、11簇+暫堵壓裂先導(dǎo)試驗，B-1井實施常規(guī)壓裂作業(yè)（3簇射孔、混合加砂）。

以B-3井7簇壓裂暫堵方案為例，說明投球時機和投球數(shù)量的參數(shù)選擇。

采用軟件模擬投球前后裂縫擴展形態(tài)變化，監(jiān)測注入液量與裂縫擴展長度的變化規(guī)律，得到不同液量下裂縫的擴展長度。當(dāng)注入1 100 m3液時裂縫擴展長度增加趨勢變緩。優(yōu)化得到最佳投球時機為當(dāng)液體注入1 100 m3液體后（見圖8）。

2.4? B平臺暫堵轉(zhuǎn)向工藝效果分析

2.4.1? 壓力上升明顯

B平臺3井和5井投球后壓力上升明顯，說明暫堵轉(zhuǎn)向效果明顯（見圖9、圖10）。

2.4.2? 微地震事件增多且出現(xiàn)在新區(qū)域

微地震共監(jiān)測55段，其中B-3井26段，共監(jiān)測到1 542個事件點，B-5井29段，共監(jiān)測到4 734個事件點。微地震事件增多，說明暫堵轉(zhuǎn)向效果明顯（見圖11、圖12）。

5井第10段縫網(wǎng)系統(tǒng)較單一，通過投球暫堵轉(zhuǎn)向，形成了更加復(fù)雜的縫網(wǎng)，達到了“打得更碎”的目的。動態(tài)微地震監(jiān)測為壓裂施工參數(shù)的及時調(diào)整提供重要手段。

5井第19段施工過程微地震監(jiān)測到事件點大量往東側(cè)斷層方向聚集，有壓穿斷層風(fēng)險，及時投球轉(zhuǎn)向并縮減施工規(guī)模，使得裂縫得到有效控制，降低了壓竄風(fēng)險（見圖13）。

3? 結(jié)束語

通過對A井和B平臺分別實施暫堵分段和暫堵轉(zhuǎn)向壓裂工藝，取得以下認識與建議：

1）摸索出了該區(qū)域及相鄰區(qū)塊可行的暫堵分段和段內(nèi)暫堵轉(zhuǎn)向壓裂工藝。

2）對于直井段套變無法下入有效分段工具的井，套變段改造采用一次射孔、暫堵分段壓裂，可有效避免再次套變對后續(xù)施工的風(fēng)險，為今后無橋塞改造提供了有力技術(shù)支撐。段內(nèi)暫堵轉(zhuǎn)向工藝增加了縫網(wǎng)復(fù)雜程度。

3）暫堵壓裂后結(jié)合微地震顯示和壓力響應(yīng)，一定程度上可以判斷近井地帶裂縫開啟情況。離漏點較近井段，暫堵壓裂可以有效控制裂縫，降低壓竄風(fēng)險。 結(jié)合 “密切割、長段距”的壓裂工藝，暫堵壓裂達到了“壓碎地層、加長段距、減少段數(shù)、提高時效、降低成本”的目的。

4）暫堵分段工藝存在分段不明確、改造不徹底等缺點;段內(nèi)暫堵轉(zhuǎn)向工藝封堵裂縫系統(tǒng)存在一定的不可控性。

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