基于水平井全井段固井質(zhì)量不合格的壓裂改造新方法

◇劉進軍 張繼卓 李江濤 李本林 張書玲

①新疆油田公司開發(fā)公司 ②捷貝通石油技術(shù)集團股份有限公司③新疆油田公司應(yīng)急搶險救援中心

水平井固井質(zhì)量是影響壓裂改造是否成功的重要參數(shù)，為了解決全井段固井質(zhì)量不合格導(dǎo)致的管外竄、橋塞下入困難和投球碰壓無法有效判斷等問題，提出了固井橋塞分段+射孔聯(lián)作+暫堵封竄壓裂工藝，其中采用暫堵劑組合+暫堵纖維的組合暫堵方法，提高暫堵效果。首先根據(jù)水平段物性、巖石力學性質(zhì)及段內(nèi)水泥膠結(jié)情況，優(yōu)選射孔位置；其次根據(jù)投球起壓情況判斷管外竄情況，以便確定暫堵時機；最后設(shè)計出壓裂施工方案。應(yīng)用于X井，該井共改造7段21簇，總共暫堵7次，升壓5-19MPa，暫堵有效率為100%。保障了儲層均勻分段改造，確保水平井壓裂改造效果，該井壓后取得了日產(chǎn)16噸以上的日產(chǎn)油量。該壓裂工藝很好解決了因全井段固井質(zhì)量不合格所導(dǎo)致的水平井壓裂改造問題，為其它相類似井提供借鑒和參考，提高了單井效益。

水平井壓裂是否能夠成功改造儲層的基礎(chǔ)是固井質(zhì)量。以往常采取凈化井眼、調(diào)整鉆井液性能、計算套管摩阻、軟件模擬固井參數(shù)、優(yōu)化設(shè)計固井前置液、優(yōu)選水泥漿體系等方法來提高固井質(zhì)量[1]，但這些方法在鉆井前就需要進行計算和模擬。對于已鉆好井的固井質(zhì)量不合格，現(xiàn)場常常采用修井的方法解決，但有些井無法進行修井作業(yè)，就沒有辦法進行有效壓裂。對于此類水平井提出了固井橋塞分段+射孔聯(lián)作+暫堵封竄壓裂工藝，利用暫堵的方法封堵老縫和環(huán)空（套管和井壁間的空隙），解決了壓裂時竄槽的問題[2]，使得各段能夠精準充分壓裂改造。選擇暫堵劑時考慮改造地層和工藝等特征，選擇顆粒暫堵劑+粉末暫堵劑+暫堵纖維的組合暫堵劑進行暫堵，組合暫堵劑中加入了纖維暫堵劑[3-4]，纖維暫堵劑具有降解性能好，對儲層滲透率傷害較小等特點。暫堵組合中加入暫堵劑纖維，可以很好的形成暫堵壓力，達到更好暫堵轉(zhuǎn)向效果[5-7]。該壓裂工藝解決了水平井管外竄、投球碰壓無法有效判斷等風險，從而保障體積壓裂能夠精確充分改造儲層，進而提高單井產(chǎn)量。

1 固井橋塞分段+射孔聯(lián)作+暫堵封竄新壓裂工藝

根據(jù)該井巖石力學解釋結(jié)果，巖石脆性較低、兩相應(yīng)力差大和天然裂縫不發(fā)育等特點，因此采用細分切割手段增大裂縫與儲層接觸面積，從而實現(xiàn)體積壓裂[8]。當固井質(zhì)量不合格時，需要修井作業(yè)，一般是使用水泥固井[9]。但在修井過程中試擠壓力均表現(xiàn)為快速上升，停泵壓力下降緩慢，無法進行水泥固井作業(yè)。為了該井儲層的充分改造，提出了一種新的組合壓裂方法。

1.1 固井橋塞分段+射孔聯(lián)作方法

根據(jù)地質(zhì)油藏特征及現(xiàn)場壓裂需求，合理設(shè)計段數(shù)和簇數(shù)。根據(jù)地質(zhì)參數(shù)、巖石力學參數(shù)優(yōu)選地質(zhì)工程甜點進行集中改造[10]?？紤]到固井質(zhì)量不合格，盡可能優(yōu)選水泥允填較好的位置座封橋塞，保證水平段之間封隔的有效性。根據(jù)段內(nèi)水泥膠結(jié)情況，選擇水泥膠結(jié)好的位置進行射孔，保證各簇能夠獨立進液，以達到儲層充分改造的目的，從而提高單井生產(chǎn)效益。在選擇橋塞位置時，優(yōu)選水泥填充合格且有連續(xù)填充井段（≥5m）；無連續(xù)水泥填充時，附近必須有多個水泥填充段（有效填充長度 ≥ 5m）。在選擇射孔位置時，射孔簇之間必須有連續(xù)水泥填充井段（≥2 m），實現(xiàn)有效封隔；射孔簇之間無連續(xù)水泥填充，附近必須有多個水泥填充段（有效填充長度 ≥2 m）。

1.2 顆粒暫堵劑+粉末暫堵劑+暫堵纖維的組合暫堵方法

（1）暫堵時機優(yōu)化。根據(jù)射孔對地層破裂壓裂的影響致使射孔位置的儲層容易破裂，裂縫優(yōu)先在射孔處開啟[11]。根據(jù)射孔作業(yè)程序，先射孔第一級后對第一級進行壓裂，第二至其它級，由于管外竄不能正常壓裂，考慮暫堵方式進行封隔，根據(jù)投球起壓情況考慮是否進行層間暫堵。

（2）暫堵組合優(yōu)化。由于固井質(zhì)量不合格，套管和井壁間存在空隙，為了防止管外竄的風險，采取組合暫堵劑進行暫堵。為了提高暫堵效率以及環(huán)空可能的竄液，在暫堵劑中加入可溶解暫堵纖維。暫堵纖維形狀細小，能夠堵住暫堵顆粒間的縫隙，形成更加緊密的濾餅。傳統(tǒng)的暫堵是堵住炮眼，而本文考慮到環(huán)空竄液的風險，暫堵劑將環(huán)空部分也一起封隔，見圖1。由于大粒徑暫堵劑組合可以提高暫堵效率，暫堵纖維可以很好地堵住環(huán)空，防止管外竄，所以采用暫堵劑組合+暫堵纖維進行壓裂縫口暫堵，封堵已壓裂縫及部分環(huán)空，壓開新縫。

圖1 傳統(tǒng)暫堵與復(fù)合暫堵區(qū)別

（3）溶解實驗和承壓實驗評價。為了選擇合適的暫堵球和暫堵顆粒大小，對不同大小的暫堵球和暫堵顆粒進行了溶解實驗。采用不同暫堵劑組合對3mm縫寬封堵的承壓實驗。分別在70℃、85℃對不同暫堵球和暫堵劑顆粒大小進行溶解實驗，實驗結(jié)果表明85℃溶解效果比70℃溶解效果好；70℃暫堵劑顆粒經(jīng)3小時溶解的外觀由固體顆粒變?yōu)榫钴涹w，暫堵球由球體變?yōu)檎承郧蛐屋喞?5℃暫堵劑顆粒經(jīng)3小時后全部溶解，暫堵球5小時后才全部溶解，見圖2。

圖2 不同溫度下不同暫堵球和暫堵顆粒大小的溶解

本文對暫堵劑組合在3mm縫寬的承壓情況進行了試驗，具體承壓結(jié)果如圖所示。由圖可知，相較于傳統(tǒng)的暫堵組合壓裂，“暫堵劑組合+纖維”這種暫堵方式的承壓效果更好。優(yōu)化暫堵組合為5-10mm顆粒暫堵劑+3mm暫堵劑+粉末暫堵劑+纖維。組合暫堵方式可實現(xiàn)快速有效封堵，封堵壓力超過40MPa，實驗結(jié)果見圖3。

圖3 暫堵劑封堵實驗

2 現(xiàn)場應(yīng)用

2.1 X井固井質(zhì)量

根據(jù)CBL固井解釋該井水泥返高700m，水平段及其附近3325-4325m解釋合格率7.6%，固井質(zhì)量不合格；RCD固井解釋測量井段3400-4338m內(nèi)水泥允填充中等占比39.4%，綜合解釋固井質(zhì)量不合格。綜合兩種聲幅測井解釋結(jié)果可知，該井的固井質(zhì)量不合格。對該井進行修井作業(yè)，共進行三次泥漿試劑，試擠壓力均表現(xiàn)為快速上升，停泵壓力下降緩慢，無法進行水泥固井作業(yè)。

2.2 固井橋塞+段內(nèi)多簇+暫堵劑組合暫堵+胍膠壓裂液壓裂

該井固井質(zhì)量不合格，壓裂改造存在管外竄施工風險，采用中等排量、中等壓裂工藝提高有效改造體積。采用固井橋塞分段分簇射孔改造工藝，結(jié)合地質(zhì)改造需求，該井改造長度989.8m（3356.0-4345.8m）井段內(nèi)共分7段21簇，段間距95-269m，平均141.4m，簇間距32.0-110.0m，平均55.0m。

表1 X井分段分簇和射孔位置

通過地層溫度關(guān)系式，計算出該井層中部溫度在84℃左右，屬于高溫儲層，應(yīng)選擇適應(yīng)該條件的暫堵劑進行封堵，同時要求壓裂液具有良好的攜砂性能及破膠性能。本井采用胍膠壓裂液進行壓裂，90℃長效暫堵劑進行暫堵，選擇HHTP-90A、HHTP-90B、HHTP-90F的暫堵劑，這幾種暫堵劑分別適應(yīng)于60-90℃油氣藏壓裂縫內(nèi)暫堵、縫口暫堵、暫堵。HHTP系列暫堵劑具有粒徑可調(diào)、承壓強度高、封堵效果好、溶解性好、返排徹底、時間可控、安全環(huán)保、操作方便等特點。對HHTP90系列的顆粒和纖維分別進行了溶解實驗，見圖4、圖5；并針對暫堵劑形成的不同濾餅厚度進行承壓實驗，見表2。溶解實驗表明HHTP90系列長效暫堵劑在72小時以上開始溶解，150小時后完全溶解；承壓實驗表明該暫堵劑承壓差大于40MPa，承壓性能優(yōu)越。

圖4 HHTP90B產(chǎn)品（顆粒）溶解實驗結(jié)果

圖5 HHTP90F產(chǎn)品（纖維）溶解實驗結(jié)果

表2 HHTP90系列暫堵劑承壓實驗數(shù)據(jù)表

采用5-10mm暫堵劑+3-5mm暫堵劑+20/60目粉末暫堵劑+6mm暫堵纖維組合方式暫堵，該暫堵劑能夠承壓40MPa以上，降解率99%以上。該井暫堵組合規(guī)格及用量，總共暫堵次數(shù)9次，暫堵簇數(shù)20次，5-10mm暫堵劑總計1160kg，3-5mm暫堵劑總計590kg，20/60目粉末暫堵劑總計590kg，纖維總計195kg，所有暫堵劑總計2535kg。具體用量可以根據(jù)現(xiàn)場施工壓力情況做相應(yīng)的調(diào)整，以達到更好的封堵效果，從而提高儲層充分改造。

2.3 X井暫堵壓裂施工及分析

X井采用先對第一段進行射孔后壓裂，第一段進行常規(guī)壓裂；第二至七段，由于管外竄，根據(jù)投球起壓情況是否進行層間暫堵?，F(xiàn)場技術(shù)人員可以根據(jù)壓力情況實施暫堵劑加入方式及用量。X井共完成7段施工，施工排量3.0-10.0m3/min，破裂壓力57.0-67.0MPa，施工壓力67.0-39MPa，停泵壓力24-28MPa，暫堵7次，施工注入液量8002.1 m3，砂量650.0 m3，平均砂比17.2%，壓裂施工參數(shù)統(tǒng)計表，見表3。設(shè)計液量6425.9 m3，實際液量8002.1m3，主要是第2段和第6段用液量大，原因為施工壓力過高，加砂困難；設(shè)計砂量和實際砂量一致。

表3 X井壓裂施工參數(shù)統(tǒng)計表

X井設(shè)計暫堵9次，而實際根據(jù)現(xiàn)場施工壓力情況實際暫堵7次。本次壓裂改造儲層中暫堵劑共計用量1460kg，單次暫堵劑用量160-240kg，單次暫堵纖維用量10-20kg，各段暫堵劑用量和暫堵時機，見圖6。設(shè)計升壓3MPa以上，實際升壓5-19MPa，表明暫堵起到了憋壓的效果，形成了高強度的濾餅，暫堵效果好，能夠充分地改造儲層，形成良好的縫網(wǎng)。從圖7可以看出，每段暫堵前后壓力升壓比較明顯，其中第2段暫堵升壓最高，第4段段內(nèi)暫堵、第5段段內(nèi)暫堵和第6段段間暫堵升壓較高。在每段進行體積壓裂改造時，初始壓力是逐漸升高的趨勢，表明段間暫堵有效。

圖6 X井實際暫堵劑用量和暫堵時機

圖7 暫堵前后壓力對比圖

橋塞球到位后升壓明顯的段，提高排量比較容易，壓裂曲線趨勢較為一致，說明該井層段壓裂較易。本井儲層較易破裂和提排，易于壓裂施工。第3段和第7段橋塞球到位后升壓明顯，說明該段環(huán)空固井水泥隔段較好，壓裂施工排量快速提升至設(shè)計排量，表明該段易于壓裂。

該井全井段固井質(zhì)量不合格，因無法進行常規(guī)修井作業(yè)，不能保證壓裂的正常進行。采取大顆粒暫堵劑組合+纖維+粉砂暫堵+胍膠組合暫堵措施進行縫口封堵，提高各段壓裂改造效果，暫堵后施工壓力升壓均大于5MPa以上，表明暫堵效果好，暫堵均有效。采用該方法進行暫堵升壓和暫堵效果明顯，為后期油氣排采奠定了基礎(chǔ)。

2.4 應(yīng)用生產(chǎn)效果

X井壓裂施工作業(yè)后，2021年7月19日開井以來，日產(chǎn)油呈穩(wěn)定上升趨勢，平均日產(chǎn)油量達到5.6t，平均日產(chǎn)液量19.73t。最高日產(chǎn)油量達到16.3t，最高日產(chǎn)液量達到35t，具體產(chǎn)量情況如圖8所示?？梢钥闯觯w維暫堵轉(zhuǎn)向壓裂技術(shù)的增產(chǎn)效果較好，能夠較大幅度的提高低孔、特低滲非常規(guī)致密礫巖水平井產(chǎn)量。

圖8 X井產(chǎn)量情況

3 結(jié)論

（1）固井橋塞+射孔聯(lián)作+暫堵分段新壓裂工藝很好地解決了因固井質(zhì)量不合格所導(dǎo)致地管外竄、橋塞下入困難和投球試壓無法有效判斷等問題，為壓裂儲層的成功改造奠定了基礎(chǔ)，從而提高單井生產(chǎn)效益。

（2）通過室內(nèi)實驗評價，相較于傳統(tǒng)的暫堵組合壓裂，“暫堵劑組合+纖維”這種暫堵方式的承壓效果更好，暫堵效果更佳，效率更高。

（3）采用顆粒暫堵劑+粉末暫堵劑+暫堵纖維的組合暫堵方法，組合暫堵劑暫堵升壓明顯，升壓5-19MPa，提高各段壓裂改造效果，X井壓后取得了日產(chǎn)16噸以上的日產(chǎn)油量。