暫堵轉(zhuǎn)向技術(shù)在致密油直井縫網(wǎng)壓裂中的應(yīng)用

楊 麗

（大慶油田有限責(zé)任公司井下作業(yè)分公司，黑龍江 大慶 163453）

大慶外圍油田致密油潛力資源12.7×108t，探明未動(dòng)用儲(chǔ)量3.87×108t?！笆奈濉逼陂g，致密油計(jì)劃提交探明儲(chǔ)量1.5×108t，其中，Ⅱ類儲(chǔ)層1.0×108t，致密油Ⅱ類儲(chǔ)層是外圍油田持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)的接替領(lǐng)域和堅(jiān)實(shí)儲(chǔ)量基礎(chǔ)。

2018～2020 年在塔21-4 國家示范區(qū)進(jìn)行直井縫網(wǎng)壓裂井網(wǎng)井距優(yōu)化設(shè)計(jì)、直井縫網(wǎng)壓裂產(chǎn)能預(yù)測(cè)方法研究、表活劑不返排壓裂液體系配方完善、壓裂參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)攻關(guān)研究，形成了致密油直井縫網(wǎng)壓裂工藝技術(shù)，并在葡483、葡173-86等區(qū)塊推廣應(yīng)用349口井，平均初期日產(chǎn)油3.35t。

通過示范工程的推廣應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了致密油I類儲(chǔ)層達(dá)設(shè)計(jì)產(chǎn)量的目標(biāo)。但近兩年致密油砂體厚度和有效厚度總體變薄，Ⅱ類儲(chǔ)層占比大幅度上升，達(dá)到60%，投產(chǎn)效果較差。統(tǒng)計(jì)投產(chǎn)時(shí)間達(dá)到一年的216口直井，大于3t 直井共有57 口，占總井?dāng)?shù)的26.4%；1～3t 直井共有106 口，占總井?dāng)?shù)的49.1%；小于1t 的直井共有55口，占總井?dāng)?shù)的25.5%。

特別是在致密油Ⅱ類區(qū)塊（S55 區(qū)塊、F50 區(qū)塊、F481區(qū)塊）壓后產(chǎn)量未達(dá)到設(shè)計(jì)產(chǎn)量占比高達(dá)80%，如表1所示；統(tǒng)計(jì)2019年至目前的水平井開發(fā)區(qū)13個(gè)，投產(chǎn)后全區(qū)塊第一年產(chǎn)量超過設(shè)計(jì)產(chǎn)量區(qū)塊僅有2個(gè)，致使無法實(shí)現(xiàn)致密油區(qū)塊的有效規(guī)模建產(chǎn)和效益開發(fā)。

表1 2021年致密油II類產(chǎn)量達(dá)標(biāo)情況統(tǒng)計(jì)表

前期針對(duì)致密油壓后效果差的難點(diǎn)，先后試驗(yàn)了提高改造強(qiáng)度、極限加砂、循環(huán)加砂等工藝，但提產(chǎn)效果并不明顯。為實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)層的最優(yōu)改造，提高縫控儲(chǔ)量，應(yīng)在保證縫網(wǎng)形成的同時(shí)，使裂縫波及寬度更大，縱向改造更充分，這樣能夠?qū)崿F(xiàn)裂縫波及體積的最大化，提升單井產(chǎn)量。研究應(yīng)用暫堵轉(zhuǎn)向工藝，解決形成的縫網(wǎng)不夠復(fù)雜，縱向改造丟層，改造效果不理想的問題。

層內(nèi)暫堵轉(zhuǎn)向改造技術(shù)通過加入暫堵轉(zhuǎn)向劑在主裂縫內(nèi)遠(yuǎn)井端處生成轉(zhuǎn)向裂縫，溝通天然裂縫或者形成新的次生裂縫，增大裂縫波及寬度，提高裂縫復(fù)雜程度；層間暫堵轉(zhuǎn)向改造技術(shù)是在多層合壓近井筒暫堵在不同層位形成多條主裂縫。利用暫堵工藝應(yīng)用于致密油儲(chǔ)層的提產(chǎn)改造中能較大幅度地提高平面上裂縫網(wǎng)格的復(fù)雜程度和縱向動(dòng)用程度，有益于增加單井產(chǎn)量。

1 縫內(nèi)暫堵轉(zhuǎn)向機(jī)理及轉(zhuǎn)向劑用量優(yōu)化

1.1 縫內(nèi)暫堵轉(zhuǎn)向機(jī)理

為提高裂縫內(nèi)流體凈壓力，需在泵注過程中加入顆粒狀或纖維類暫堵劑，利用不同粒徑的暫堵顆粒在裂縫孔喉中形成充填，使顆粒暫堵層的滲透能力顯著降低，使顆粒之間的接觸更加充分，在裂縫內(nèi)形成有效封堵，使井筒或縫內(nèi)壓力激增形成憋壓，裂縫向其他方向進(jìn)行擴(kuò)展延伸，從而達(dá)到暫堵轉(zhuǎn)向的目的。

1.2 縫內(nèi)暫堵轉(zhuǎn)向劑用量優(yōu)化

由圖1[1]可以看出，暫堵轉(zhuǎn)向劑用量越大，井筒內(nèi)壓力增量越大。當(dāng)填充顆粒用量增加到25%～30%濃度時(shí)，井筒壓力開始急劇升高，說明已經(jīng)形成了有效封堵，井筒內(nèi)開始憋壓。并且在相同的轉(zhuǎn)向劑含量濃度條件下，施工排量越高，壓力增長速率越快。因此，在預(yù)計(jì)轉(zhuǎn)向劑到達(dá)裂縫指端時(shí)適量提高排量，促使井筒壓力快速升高形成憋壓，更利于裂縫的轉(zhuǎn)向。

圖1 暫堵轉(zhuǎn)向劑含量與井筒增壓之間的關(guān)系

根據(jù)以往大慶區(qū)塊縫內(nèi)暫堵轉(zhuǎn)向情況，縫內(nèi)暫堵轉(zhuǎn)向劑的單次使用量在150～300kg 之間，暫堵轉(zhuǎn)向后的凈壓力有不同幅度的增長。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合北美作業(yè)經(jīng)驗(yàn)，建議將縫內(nèi)暫堵轉(zhuǎn)向劑的單次使用量增加至220～400kg，以進(jìn)一步提高儲(chǔ)層改造體積的效果。

2 層間暫堵原理及暫堵球用量優(yōu)化

2.1 層間暫堵原理

對(duì)于砂巖厚度較大的儲(chǔ)層，或者壓裂段數(shù)較多距離較近的儲(chǔ)層，其可壓層較多，層與層之間一般存在應(yīng)力差，單一裂縫無法實(shí)現(xiàn)全部動(dòng)用效果，造成改造丟層的發(fā)生。此時(shí)，最好的方式就是利用封隔裝置實(shí)現(xiàn)硬分層。但仍存在隔層厚度薄無法實(shí)現(xiàn)分層單壓。利用“蠟球暫堵”技術(shù)實(shí)現(xiàn)軟分層[2-5]。

存在多個(gè)油層的井段需要同時(shí)壓裂時(shí)，由于各小層間存在破裂壓力的差別，致使有的層會(huì)被先壓開，其余的小層裂縫暫不開啟。打入壓裂液攜帶石英砂將已壓開裂縫進(jìn)行支撐后，追入一定數(shù)量的蠟球，蠟球已壓開層位炮眼處形成堵塞，使處理層段壓力上升。當(dāng)壓力達(dá)到另一層的破裂壓力時(shí)，該層位被壓開，從施工曲線上可觀察到壓力明顯下降，加入石英砂進(jìn)行支撐后，再追加一定量的蠟球進(jìn)行封堵……，循環(huán)幾次后就能實(shí)現(xiàn)壓開多個(gè)小層的目的。壓后在溫度和壓力的共同作用下蠟球一定時(shí)間內(nèi)會(huì)溶解或軟化并隨壓裂液一起返排出裂縫，不會(huì)造成地層傷害和污染，這就是蠟球暫堵選壓工藝的基本原理[6-7]。具體蠟球暫堵示意圖如圖2所示。

圖2 蠟球暫堵示意圖

2.2 暫堵球用量優(yōu)化

封堵層間裂縫實(shí)現(xiàn)層間轉(zhuǎn)向，合理設(shè)計(jì)蠟球用量是蠟球暫堵選壓設(shè)計(jì)中的主要參數(shù)之一，用量不足，則無法起到有效的封堵作用；用量過多則有可能導(dǎo)致未壓開層的炮眼被封堵，影響下一步施工的正常進(jìn)行。根據(jù)蠟球的封堵機(jī)理，蠟球應(yīng)將已射孔待封堵層位的炮眼完全堵住才能起到封堵作用，蠟球用量初步用下面的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算[8-9]，實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)還需考慮到蠟球的溶解速率對(duì)公式進(jìn)行校正。

式中：VB——封堵層每米蠟球用量，kg/m；

D——炮眼直徑，m；

L——套管壁厚加水泥環(huán)厚，m；

ρB——蠟球視密度，kg/m3；

Dp——射孔孔密，孔/m；

Va——附加量，kg/m。

3 暫堵轉(zhuǎn)向工藝在致密油直井縫網(wǎng)壓裂中應(yīng)用情況

3.1 縫內(nèi)轉(zhuǎn)向壓裂應(yīng)用情況

2021 年開展縫內(nèi)暫堵試驗(yàn)，優(yōu)選井排距離300m，且井排方向砂體連續(xù)儲(chǔ)層，若不進(jìn)行轉(zhuǎn)向壓裂則裂縫寬度無法實(shí)現(xiàn)井排方向砂體全動(dòng)用的儲(chǔ)層，試驗(yàn)3 口井，根據(jù)模擬裂縫尺寸優(yōu)化暫堵劑用量及加入時(shí)機(jī)。試驗(yàn)井壓裂用砂為20～40 目、40～70 目、70～140 目三種粒徑的組合支撐，因此縫內(nèi)暫堵轉(zhuǎn)向劑選擇100～200 目顆粒，使其嵌入在支撐劑體系中，到達(dá)裂縫指端后形成憋壓從而實(shí)現(xiàn)裂縫轉(zhuǎn)向。

從壓裂暫堵前后壓力反應(yīng)來看，特征明顯（最高達(dá)6.8MPa），試驗(yàn)井初期日產(chǎn)油3.6t/d，對(duì)比井為1.1t/d，是對(duì)比井的3.27 倍；生產(chǎn)相同時(shí)間累計(jì)產(chǎn)油試驗(yàn)井為191t，遠(yuǎn)高于對(duì)比井的61.2t。采油強(qiáng)度為0.2t/（d·m），是對(duì)比井的2.5 倍，如圖3 所示，證實(shí)暫堵轉(zhuǎn)向壓裂工藝的應(yīng)用，使裂縫系統(tǒng)發(fā)生轉(zhuǎn)向，使裂縫波及寬度更大，縫控面積更大，提產(chǎn)效果顯著。

圖3 層內(nèi)暫堵轉(zhuǎn)向壓裂壓力反應(yīng)及效果對(duì)比圖

3.2 層間暫堵壓裂應(yīng)用情況

2021 年開展層間暫堵試驗(yàn)，優(yōu)選無法實(shí)現(xiàn)封隔器分層壓裂必須合壓且小層間存在破裂壓力及GR值差異的儲(chǔ)層進(jìn)行層間暫堵壓裂。暫堵球評(píng)估了壓裂用高強(qiáng)度水溶性蠟球的抗壓性、溶解率，認(rèn)為高強(qiáng)度水溶性蠟球能夠滿足試驗(yàn)井壓裂時(shí)間、壓力等條件。

對(duì)合壓儲(chǔ)層進(jìn)行壓前模擬，評(píng)價(jià)各小層壓開的先后順序，根據(jù)此順序?qū)π由淇走M(jìn)行優(yōu)化，模擬壓裂時(shí)間、壓力條件，對(duì)蠟球的用量及加入時(shí)間、替球用液量、排量、封堵次數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)球到位壓力漲。

從現(xiàn)場(chǎng)壓裂施工情況來看，蠟球到達(dá)以壓開層的縫口時(shí)，形成有效封堵，壓力較投球前提高3MPa 以上。從壓后求產(chǎn)情況分析，試驗(yàn)井初期日產(chǎn)油5.4t/d，對(duì)比井初期日產(chǎn)油為3.1t，是對(duì)比井的1.74倍。生產(chǎn)相同時(shí)間累計(jì)產(chǎn)油試驗(yàn)井為647t，遠(yuǎn)高于對(duì)比井的244t，是對(duì)比井的2.65倍。試驗(yàn)井采油強(qiáng)度為0.27t/（d·m），是對(duì)比井的2.45 倍，如圖4 所示。從壓裂施工壓力和壓后求產(chǎn)情況看，蠟球暫堵實(shí)現(xiàn)了層間暫堵作用，保證了縱向上各小層的充分有效改造，壓后效果好，提產(chǎn)效果顯著。

圖4 蠟球暫堵轉(zhuǎn)向壓裂壓力反應(yīng)及效果對(duì)比圖

4 認(rèn)識(shí)與結(jié)論

(1)通過對(duì)縫內(nèi)暫堵轉(zhuǎn)向、層間暫堵壓裂機(jī)理的分析和研究，初步形成了合理優(yōu)選縫內(nèi)暫堵轉(zhuǎn)向劑、層間暫堵球的類型、優(yōu)化暫堵顆粒和高強(qiáng)度水溶性蠟球的用量的方法，通過試驗(yàn)井壓裂中壓力反應(yīng)及壓后投產(chǎn)效果證實(shí)，該方法合理有效，為以后類似暫堵壓裂施工提供理論基礎(chǔ)。

(2)在致密油區(qū)塊分別進(jìn)行了縫內(nèi)暫堵轉(zhuǎn)向壓裂和層間暫堵壓裂試驗(yàn)，兩種類型暫堵壓裂壓力反應(yīng)均比較明顯，壓力上升3～6.8MPa 左右，證實(shí)形成有效封堵，縫內(nèi)轉(zhuǎn)向壓裂形成轉(zhuǎn)向縫，層間暫堵壓裂確保小層均能形成人工裂縫通道；通過對(duì)試驗(yàn)井和對(duì)比井進(jìn)行壓后效果的對(duì)比分析，試驗(yàn)井采油強(qiáng)度較對(duì)比井提高2.4倍左右，提產(chǎn)效果非常顯著。從產(chǎn)量上也證實(shí)了暫堵工藝能夠使致密油儲(chǔ)層裂縫波及寬度更大，縱向儲(chǔ)層改造更充分，實(shí)現(xiàn)裂縫波及體積的最大化，增加了縫控儲(chǔ)量，從而提高單井產(chǎn)量，對(duì)致密油經(jīng)濟(jì)有效建產(chǎn)起到助力作用。