常壓頁巖氣水平井段內(nèi)投球轉(zhuǎn)向壓裂工藝應(yīng)用分析

程軼妍

（中國石化華東油氣分公司勘探開發(fā)研究院 南京 210000）

常壓頁巖氣在國內(nèi)分布范圍廣、儲量大，具有巨大的資源潛力和廣闊的開發(fā)前景，但目前尚未實現(xiàn)有效開發(fā)。面對常壓頁巖氣地層壓力低、能量不足、產(chǎn)量低等困難，套用高壓頁巖氣水平井常規(guī)壓裂工藝技術(shù)的效果并不理想。工程技術(shù)人員在不斷探索中開展了常壓頁巖氣水平井段內(nèi)投球轉(zhuǎn)向壓裂試驗，取得一定效果。

1 工藝改造效果評價

LY2HF井是部署在向斜構(gòu)造翼部的一口常壓頁巖氣井，水平段主要穿行層位志留系龍馬溪組②、③小層，固井質(zhì)量好，壓裂段平均段長96m，主體施工壓力50～60MPa，施工排量14～18m3/min。為了更好的對比分析工藝改造效果，該井分別選用兩種方法進行施工。其中前兩段采用廣泛應(yīng)用于高壓頁巖氣水平井的常規(guī)壓裂工藝，其余采用段內(nèi)投球轉(zhuǎn)向壓裂工藝。同區(qū)塊鄰井LY1HF井整體采用常規(guī)壓裂技術(shù)。

1.1 支撐劑用量

LY2HF井采用常規(guī)工藝的壓裂段平均單段加砂量72m3，平均單段用液量2008.5m3，平均砂比7.75%，與鄰井LY1HF井相當(dāng)；采用段內(nèi)投球工藝的壓裂段平均單段加砂量135.1m3，平均單段用液量2316.8m3，平均砂比9.74%。LY1HF井平均單段加砂量70.1m3，平均單段用液量2008.2m3，平均砂比4%。在用液量相當(dāng)?shù)那闆r下，投球段加砂量遠遠高于常規(guī)壓裂段，鋪砂濃度高，裂縫導(dǎo)流能力強。

1.2 裂縫復(fù)雜性

對比LY2HF井投球壓裂段與本井常規(guī)壓裂段、LY1HF井常規(guī)壓裂段的G函數(shù)曲線，發(fā)現(xiàn)投球壓裂段裂縫復(fù)雜性高于常規(guī)壓裂段。LY2HF井第二段為常規(guī)壓裂段，G函數(shù)曲線快速上升后在高位又下降，多次大幅度上下波動，具有剪切網(wǎng)絡(luò)縫特征；LY1HF井第十段為常規(guī)壓裂段，G函數(shù)曲線逐步上升后在高位，發(fā)生微小波動，具有復(fù)雜裂縫特征；LY2HF井第八段為投球壓裂段，G函數(shù)曲線波動大，逐漸爬升至高位，具有復(fù)雜縫特征，曲線波動明顯。可見，對于常壓頁巖氣水平井而言，段內(nèi)投球轉(zhuǎn)向壓裂工藝有利于提高裂縫復(fù)雜程度、提高壓裂改造完善程度。

2 影響投球封堵效果的主要因素

由于儲層的非均質(zhì)性，壓裂段內(nèi)地質(zhì)條件存在差異，施工過程中各處裂縫不能均勻起裂。根據(jù)這一特性，段內(nèi)投球轉(zhuǎn)向壓裂工藝利用暫堵球封堵先開或進液量大的孔眼，迫使壓裂液進入未開或進液量小的孔眼，提高單段改造完善程度。LY2HF井現(xiàn)場試驗中，采用段內(nèi)投球轉(zhuǎn)向工藝的壓裂段封堵效果具有不確定性，針對這一現(xiàn)象，從以下四個方面展開研究。

2.1 球孔比與暫堵球粒徑

LY2HF井壓裂單段射孔孔數(shù)60，孔徑10mm，其中第三段至第六段在施工過程中投入11.5mm小暫堵球24個、13.5mm大暫堵球6個，共30球；第七段至第九段投入13.5mm大暫堵球30個，第十段至第十六段投入13.5mm大暫堵球35個。

以投球后壓力上升值表征封堵效果，以球孔比表示投球數(shù)量與射孔孔數(shù)的比值（圖1）。當(dāng)球孔比=0.5時，改變投球粒徑，投球后壓力上升情況沒有發(fā)生明顯變化；當(dāng)球孔比>0.5，即開始投入35個暫堵球后，投球壓力上升明顯，封堵效果好。

圖1 LY2HF井球孔比與投球壓升圖

由此可見，對于10mm射孔孔眼，11.5mm暫堵球與13.5mm暫堵球均可以滿足封堵要求；球孔比對投球封堵效果影響明顯。

2.2 壓裂段長、射孔簇數(shù)與簇間距

LY2HF井投球壓裂段單段段長65～167m，單段射孔簇數(shù)2～6，平均簇間距15m，段間距30m。分別將投球壓升與壓裂段長、射孔簇數(shù)、射孔簇間距進行對比，未見明顯相關(guān)性。

2.3 儲層物性、礦物組分、巖石力學(xué)性質(zhì)

分別將投球比＝0.5、投球比＞0.5壓裂段的投球壓升與儲層物性參數(shù)、礦物組分、巖石力學(xué)等參數(shù)進行曲線擬合，未見明顯相關(guān)性。

2.4 段內(nèi)應(yīng)力差

受構(gòu)造、沉積、巖性、礦物、埋深等因素影響，不同儲層之間及同一儲層內(nèi)部地應(yīng)力分布不均。沿井筒的應(yīng)力可以控制裂縫起裂和裂縫發(fā)育，是影響壓裂施工的核心因素。地應(yīng)力的大小決定裂縫能否開啟，地應(yīng)力的方向決定裂縫的擴展方向，地層應(yīng)力差是控制裂縫縫高的主要因素，低水平應(yīng)力與應(yīng)力各向異性是開啟復(fù)雜裂縫的重要條件。對于頁巖氣水平井而言，原地應(yīng)力是影響施工破裂壓力、施工壓力、裂縫延伸壓力的主要因素，段內(nèi)不同位置的應(yīng)力差異將直接關(guān)系到裂縫的起裂順序，以及擴展程度。

LY2HF井測井解釋最小水平主應(yīng)力②小層＞③小層（圖2）。其中，第六段穿行層位③小層，第七段穿越②③小層，第八、第九段穿行層位②小層。在該井球孔比=0.5的各壓裂段中，第七段投球后壓力上升明顯高于其余段，封堵效果好。

圖2 LY2HF井測井解釋應(yīng)力剖面圖

3 異常情況分析

LY2HF井投球壓裂段球孔比>0.5時，后續(xù)施工出現(xiàn)異常。

3.1 異常情況描述

3.1.1 射孔壓降異常

射孔壓降受控于地層能量與儲層物性、近井地帶污染程度。LY2HF井井施工改造初期，原始地層條件下，首簇射孔壓降大，次簇、三簇逐漸降低。隨著段內(nèi)投球施工的進行，首簇射孔壓降降低，次簇射孔壓降升高。當(dāng)球孔比>0.5時，射孔壓降規(guī)律發(fā)生明顯變化，首簇射孔壓降不明顯。第十四段整體射孔壓降低，第十六段恢復(fù)正常。

3.1.2 施工情況異常

LY2HF井第十三段至第十五段穿行③小層底部，地質(zhì)條件相當(dāng)，施工工藝相同，施工情況迥異。第十三段破裂壓力57MPa，整體施工壓力50～56MPa，施工順利。第十四段射孔壓降低，酸降不明顯，初期破裂壓力71MPa，為所有段最高，投球前施工壓力高，較第十三段高15MPa左右，砂比敏感，加砂困難；投球后粉陶打磨無效，施工壓力仍維持高位，砂堵。 第十五段與第十四段整體施工情況相似，投球后施工壓力高，加砂困難，后期出現(xiàn)砂堵跡象。第十六段整體施工壓力低，施工正常。第十四段與第十五段中砂、粗砂用量低，單段加砂總量低。

3.2 異常原因分析

LY2HF井投球壓裂施工中，前段投球壓升與隨后一段首簇射孔壓降具有負相關(guān)特征，球孔比>0.5時，相關(guān)性尤為明顯。一段施工對后續(xù)壓裂造成影響，即產(chǎn)生段間應(yīng)力干擾，該段改造程度過高。該井第十四段、第十五段連續(xù)兩段施工異常、改造規(guī)模小，應(yīng)力干擾作用減小，逐漸恢復(fù)正常。

4 結(jié)論

（1）軌跡控制：盡可能穿行高應(yīng)力層位，或在不影響施工的情況下，順應(yīng)地層傾角變化，多次穿行高應(yīng)力層位；

（2）應(yīng)力剖面：根據(jù)測井等資料作出地應(yīng)力剖面，為壓裂設(shè)計優(yōu)化提供依據(jù)；

（3）壓裂設(shè)計：儲層地質(zhì)條件均勻的井段可采用常規(guī)壓裂工藝，應(yīng)力差異大的井段選用段內(nèi)投球轉(zhuǎn)向壓裂工藝，控制球孔比，優(yōu)化段間距、簇間距，避免段間應(yīng)力干擾。