徐兵威

(中石化華北分公司工程技術(shù)研究院，鄭州 450006)

鄂爾多斯盆地大牛地氣田為儲(chǔ)量豐富的典型低孔、低滲、低壓氣田，其儲(chǔ)層特點(diǎn)決定了水平井是獲得經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)的必要手段［1－2］。通過(guò)前期壓裂改造先導(dǎo)試驗(yàn)，大牛地氣田逐步形成了以多級(jí)管外封隔器分段壓裂工藝為主導(dǎo)的水平井分段壓裂技術(shù)，但該技術(shù)的推廣應(yīng)用面臨施工管串工具較多、節(jié)流摩阻較大、無(wú)法開(kāi)啟特低滲儲(chǔ)層段等技術(shù)瓶頸［2－3］。為了解決此問(wèn)題，將水平井段內(nèi)裂縫轉(zhuǎn)向技術(shù)與裸眼封隔器完井技術(shù)有機(jī)結(jié)合，形成水平井多縫分段壓裂工藝。該技術(shù)在保證合理的單井產(chǎn)能最大化基礎(chǔ)上，擴(kuò)大了泄氣面積，同時(shí)降低了施工風(fēng)險(xiǎn)及成本投入，形成了低滲致密砂巖儲(chǔ)層改造工藝新技術(shù)［3－5］。

1 多縫分段壓裂技術(shù)原理

水平井多縫分段壓裂技術(shù)的原理是，在有限的井段內(nèi)增加水力裂縫的條數(shù)和密度，提高單位水平井段的改造效率，從而獲得比常規(guī)水平井分段改造更大的單井有效改造體積［3－7］。

多縫分段壓裂施工過(guò)程中，一次或多次向段內(nèi)投送高強(qiáng)度水溶性多裂縫暫堵劑，遵循流體向阻力最小方向流動(dòng)的原則，暫堵劑顆粒隨壓裂液進(jìn)入已開(kāi)啟裂縫或高滲透層，從而在高滲透帶形成濾餅橋堵。當(dāng)井筒壓力高于裂縫破裂壓力差值時(shí)，后續(xù)壓裂液無(wú)法進(jìn)入裂縫和高滲透帶，被迫轉(zhuǎn)向高應(yīng)力區(qū)或新裂縫層，促使新縫的產(chǎn)生和支撐劑鋪置方式發(fā)生變化，最終在水平單段內(nèi)形成多縫裂縫［6－9］。多縫分段壓裂封堵起裂過(guò)程如圖1所示。

壓裂施工結(jié)束后，產(chǎn)生橋堵的暫堵劑將溶于地層水或壓裂液，實(shí)現(xiàn)段內(nèi)先前封堵裂縫的開(kāi)啟，增加水平井各段改造體積。

圖1 多縫分段壓裂封堵起裂示意圖

2 多縫分段壓裂技術(shù)特點(diǎn)

與常規(guī)水平井多級(jí)管外封隔器分段壓裂工藝相比較，多縫分段壓裂技術(shù)主要具有以下優(yōu)勢(shì):

(1)多縫分段壓裂技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)單個(gè)水平段內(nèi)裂縫轉(zhuǎn)向，利用一段工具可改造多個(gè)滲透率級(jí)別層段的目標(biāo)，大幅度減少下入分段工具數(shù)量，降低施工風(fēng)險(xiǎn)和生產(chǎn)成本。常規(guī)壓裂技術(shù)使用的工具包括滑套17個(gè)，封隔器19個(gè);而多縫分段壓裂使用的工具包括滑套7個(gè)，封隔器9個(gè)。

(2)多縫分段壓裂技術(shù)能有效增加水平段裂縫密度，加大段內(nèi)裂縫改造規(guī)模，提高水平井一次動(dòng)用儲(chǔ)量，增加油氣井初期產(chǎn)量，利于長(zhǎng)期穩(wěn)產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)區(qū)域體積改造，大幅度提高氣井產(chǎn)量［10－11］。

(3)多縫分段壓裂技術(shù)施工操作方法簡(jiǎn)單，通過(guò)調(diào)整暫堵劑成分組成、顆粒大小、施工用量等參數(shù)，可以有效控制封堵時(shí)間和封堵壓力等參數(shù)。

3 暫堵劑性能評(píng)價(jià)

在水平井多縫分段壓裂過(guò)程中，所使用的水溶性暫堵劑起著關(guān)鍵作用，暫堵劑性能直接關(guān)系到壓裂施工的成敗和壓后效果。

水溶性多裂縫暫堵劑是在地面高溫高壓條件下通過(guò)交聯(lián)反應(yīng)以及物理法的勢(shì)能活化而得到的顆粒型堵劑，是化學(xué)反應(yīng)與物理勢(shì)能相互催化的復(fù)合體。該暫堵劑的一次交聯(lián)是在生產(chǎn)時(shí)完成物化反應(yīng)，形成顆粒。在應(yīng)用時(shí)，暫堵劑顆粒隨壓裂液進(jìn)入裂縫后，在壓力差下獲得勢(shì)能后繼續(xù)反應(yīng)交聯(lián)，形成高強(qiáng)度的濾餅，從而具備顆粒型堵劑的高強(qiáng)度，又兼具了交聯(lián)型堵劑的封堵率。

3.1 成膠狀態(tài)測(cè)定

暫堵劑形成濾餅后的膠體狀態(tài)直接關(guān)系到能否有效封堵張開(kāi)裂縫或天然裂縫，達(dá)到實(shí)現(xiàn)段內(nèi)裂縫轉(zhuǎn)向的效果。因此，室內(nèi)應(yīng)用電鏡，對(duì)人造巖心封堵?tīng)顩r進(jìn)行觀測(cè)。

從電鏡觀測(cè)結(jié)果可明顯看出(圖2)，所有孔隙都被暫堵劑黏附、堵塞，且在放大1500倍時(shí)沒(méi)有觀察到未堵塞孔隙，表明水溶性多裂縫暫堵劑具有良好的封堵能力。

3.2 溶解性能研究

暫堵劑能否溶于混合溶液介質(zhì)以及溶脹時(shí)間能否滿足壓裂后封堵裂縫及時(shí)返排產(chǎn)氣，都對(duì)降低儲(chǔ)層傷害起到關(guān)鍵作用。在此通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試水溶性多裂縫暫堵劑在不同溶液介質(zhì)中的溶脹時(shí)間。

圖2 暫堵劑封堵電鏡掃描圖片

通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到80℃溫度條件下暫堵劑在不同溶液中的溶解曲線(圖3)，可以看出，暫堵劑3.5 h后完全溶于壓裂液。說(shuō)明水溶性多裂縫暫堵劑在壓裂液中溶解性能較好，不會(huì)對(duì)儲(chǔ)層造成新的傷害;此外，由于溶解后的暫堵劑內(nèi)含F(xiàn)表面活性劑，具備助排性能，利于壓后殘液的返排。

圖3 80℃下暫堵劑在不同溶液中的溶解曲線

3.3 抗壓強(qiáng)度性能評(píng)價(jià)

水溶性暫堵劑膠結(jié)后形成濾餅的強(qiáng)度是保證有效封堵已開(kāi)啟裂縫實(shí)現(xiàn)裂縫轉(zhuǎn)向，從而在水平段內(nèi)形成多條裂縫的關(guān)鍵因素?？刹捎昧鲃?dòng)實(shí)驗(yàn)儀測(cè)定暫堵劑的突破壓力來(lái)確定暫堵劑的強(qiáng)度，評(píng)價(jià)抗壓強(qiáng)度性能。流動(dòng)實(shí)驗(yàn)儀測(cè)定流程如圖4所示。

圖4 流動(dòng)實(shí)驗(yàn)儀測(cè)定流程圖

(1)分散態(tài)突破壓力測(cè)試。用計(jì)算體積的方法，采用排開(kāi)體積進(jìn)行計(jì)量，在80℃溫度下將壓裂液浸泡3～5 min后開(kāi)始測(cè)試。實(shí)驗(yàn)樣本為1#，2#，3#，4#巖心，分別測(cè)試模擬壓實(shí)后厚度為 5.0，1.0，0.7，0.5 cm暫堵劑的突破壓力，其測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 分散態(tài)突破壓力測(cè)試結(jié)果

從表1看出，模擬壓實(shí)后濾餅厚度1 cm以上，分散態(tài)暫堵劑可以通過(guò)二次交聯(lián)形成封堵濾餅，突破壓力達(dá)23 MPa以上。模擬壓實(shí)后濾餅厚度小于1 cm，分散態(tài)暫堵劑不能有效形成封堵濾餅，并隨著驅(qū)替不斷溶解流出。

(2)膠結(jié)態(tài)突破壓力測(cè)試。采用溶解后風(fēng)干的暫堵劑，制成厚度為0.9 cm和0.5 cm的濾餅，分別使用5#，6#巖心進(jìn)行突破壓力測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 分散態(tài)突破壓力測(cè)試結(jié)果

從表2可以看出，水溶性暫堵劑一旦形成濾餅，突破壓力就很高，濾餅厚度達(dá)到或超過(guò)0.9 cm將很難突破。這表明了該水溶性暫堵劑具備用量少，承壓能力高，封堵效果好的特征。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

X井是大牛地氣田盒1氣層的一口開(kāi)發(fā)水平井，垂深2551 m，水平段長(zhǎng)1215 m，巖性主要為巖屑砂巖，物性相對(duì)較好。依據(jù)水平井多縫分段壓裂理論，設(shè)計(jì)7段17條縫壓裂施工，累計(jì)注入壓裂液5834.1 m3，加入中密度高強(qiáng)度陶粒665.0 m3。X井采用多縫分段壓裂技術(shù)施工后，試氣油壓9.9 MPa，無(wú)阻流量達(dá) 11.1 ×104m3d。

分析單段內(nèi)3條裂縫的施工曲線(圖5)，前置液階段裂縫延伸壓力分別上升了2.9 MPa和2.6 MPa，施工壓力有明顯的上升和裂縫轉(zhuǎn)向。擬合破裂壓力梯度分別為 0.011，0.0134，0.0164 MPam，該井施工實(shí)現(xiàn)了多縫分段壓裂技術(shù)。

圖5 X井段內(nèi)多裂縫示意圖

根據(jù)地面微地震裂縫監(jiān)測(cè)解釋結(jié)果(圖6)，在壓裂段內(nèi)投入多裂縫堵劑，臨時(shí)封堵前次裂縫迫使流體轉(zhuǎn)向來(lái)達(dá)到壓開(kāi)多條新裂縫。此水平井多縫分段壓裂技術(shù)對(duì)于大牛地氣田致密砂巖儲(chǔ)層完全適用，且壓后增產(chǎn)效果顯著。

圖6 X井裂縫監(jiān)測(cè)解釋結(jié)果

5 結(jié)語(yǔ)

(1)水平井多縫分段壓裂工藝能實(shí)現(xiàn)利用一段工具改造多個(gè)滲透率層段的目標(biāo)，從而充分改造整個(gè)水平井段，提高增產(chǎn)效果。

(2)多縫分段壓裂能夠大幅度減少水平井分段工具下入數(shù)量，從而降低施工風(fēng)險(xiǎn)和節(jié)約生產(chǎn)成本。

(3)水溶性多裂縫暫堵劑可完全溶于壓裂液中，且封堵效果好，承壓能力高，實(shí)現(xiàn)水平井單段內(nèi)重新開(kāi)啟新裂縫。

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