周成香，謝先平，胡圓圓

（1.中國石化華東分公司非常規(guī)指揮部，山西 鄉(xiāng)寧 042100；2.中國石化華東分公司物探研究院，江蘇 南京 210007）

1 延川南區(qū)塊致密砂巖氣藏概況

我國致密砂巖氣藏分布廣泛、類型多樣，主要包括4大含氣區(qū)：川西超致密砂巖含氣區(qū)、松遼斷陷致密砂巖含氣區(qū)、準南深埋致密砂巖含氣區(qū)和鄂爾多斯深盆含氣區(qū)[1]。延川南區(qū)塊位于鄂爾多斯盆地東南緣，該區(qū)塊致密砂巖主要分布在萬寶山構(gòu)造帶，該構(gòu)造帶砂體致密、低孔、低滲，砂巖上部主要為泥巖，下部以砂巖為主，伴有少量泥巖，上下巖層含水性弱，上下蓋層具有相對較好的封蓋能力。地層溫度低（35℃），地溫梯度為2.99℃/100m。待改造層段地層滲透率0.041×10-3μm2，地層原始壓力為5.36 MPa，壓力系數(shù)0.56，滲透性差，壓力系數(shù)低，導(dǎo)致儲層滲流條件差、氣藏單井自然產(chǎn)能低。延川南區(qū)塊萬寶山構(gòu)造帶已鉆6口井，其中有5口顯示氣測異常，累計厚度169.53m，累計層數(shù)51層。萬寶山構(gòu)造帶砂巖氣層總體層數(shù)相對較多，單層厚度大，累計厚度相對可觀，可作為致密砂巖氣勘探的目標區(qū)。

2 致密砂巖氣藏壓裂技術(shù)難點及對策

延川南致密砂巖儲層不僅儲層物性差，且黏土含量相對較高，在壓裂過程中極易造成水鎖及水敏傷害。此外，大量壓裂液長時間滯留地層會造成有效裂縫的長度降低[2-3]。因此，如何降低壓裂液對儲層傷害并提高壓裂液的返排率是改善壓裂效果的核心技術(shù)。

針對延川南致密砂巖特性，開展了壓裂液體系的優(yōu)化研究，參考國內(nèi)致密砂巖壓裂經(jīng)驗，采用低傷害、強化破膠、高效返排的壓裂液體系，配以纖維加砂、液氮伴注和壓后返排控制技術(shù)，可使低滲致密砂巖氣藏得到充分改造。

3 低傷害增效壓裂液體系評價

3.1 多功能增效劑優(yōu)化

為了改善壓裂液的綜合性能，根據(jù)壓裂施工時間和儲層溫度，在對壓裂液耐溫、抗剪切性能調(diào)試的基礎(chǔ)上，現(xiàn)場采用一種集助排、防膨和降濾效果于一體的含有機陽離子和非離子表活劑基團低分子量高聚合物多功能增效劑BM-B10[4]。

開展了壓裂液稠化劑濃度優(yōu)化和添加劑優(yōu)選的室內(nèi)試驗，進一步降低了稠化劑濃度，優(yōu)選出35℃條件下滿足壓裂需要的超低稠化劑濃度壓裂液配方：當稠化劑濃度降低到0.2%～0.25%時，壓裂液的破膠液殘渣和水不溶物較0.3%～0.4%時低得多，稠化劑的壓裂液體系殘渣含量降低了21%，有效減少了對地層的污染，并且裂縫滲透率可提高25%左右（圖1）。

圖1 不同濃度稠化劑條件下對應(yīng)的地層傷害率Fig.1 The corresponding formation damage rates under different concentrations of thickener

3.2 低溫催化破膠劑量優(yōu)化

在目的層溫度較低，破膠困難的情況下，采取低溫催化破膠技術(shù)可使壓裂液破膠迅速、徹底，施工結(jié)束后液體快速返排。通過對室內(nèi)在35℃和25℃靜態(tài)破膠性能檢測發(fā)現(xiàn)，濃度在0.1%MG時破膠效果較好（表1和表2）。根據(jù)施工時間及裂縫中壓裂液溫度剖面，對不同壓裂液階段采取不同的破膠濃度，即采用分段破膠，使壓裂液的破膠時間與施工時間相一致。這樣既能保證壓裂液的造縫與攜砂能力，又能使壓裂液在施工結(jié)束后快速破膠、水化返排，減少壓裂液對地層的傷害。

表1 35℃靜態(tài)破膠性能檢測Table 1 Static gelout performance detection under 35℃

表2 25℃靜態(tài)破膠性能檢測Table 2 Static gelout performance detection under 25℃

綜合考慮延川南致密砂巖的地質(zhì)特征，在室內(nèi)試驗基礎(chǔ)上優(yōu)選出具有低傷害、攜砂能力強、高效返排等特性的壓裂液。該壓裂液配方：0.25%GRJ-11+0.1%WDS-2+0.5%WD-5+0.5%WD-12+0.5%BMB10+0.25%Na2CO3。

交聯(lián)劑：WD-4，0.25%；破膠助劑：三乙醇胺，0.1%。

3.3 “纖維+液氮”高效返排工藝技術(shù)

針對地層壓力低、壓裂液返排速度及返排率低的問題，提出“纖維+液氮”高效返排工藝技術(shù)[5]，以增加壓裂液返排壓差和避免支撐劑回流，同時加大壓裂液的返排速度。根據(jù)地層壓力、儲層埋深、啟動壓力優(yōu)化液氮的用量，現(xiàn)場推薦液氮用量5%～7%，同時根據(jù)國內(nèi)外試驗，纖維的質(zhì)量濃度為5%時，導(dǎo)流能力的損失率要比其它三種質(zhì)量濃度（10%、15%和20%）小20%以上[6]。

采用纖維增強加砂壓裂工藝,排液速度明顯加快,排液時間顯著縮短,見氣時間顯著提前,達到了“能快速、高效排液,避免支撐劑回流返吐”的應(yīng)用效果[7]。因此，可利用纖維的物理支撐作用，改善壓裂液性能，提高攜砂能力。人工裂縫中加入纖維可用少量線性膠溶液實現(xiàn)高砂比泵注，既可降低液體用量，又能增大支撐劑輸送距離以改善支撐劑的鋪置剖面降低稠化劑濃度，達到降低裂縫內(nèi)傷害、控制縫高，保持裂縫高導(dǎo)流能力的目的。

4 壓裂施工參數(shù)優(yōu)化

4.1 壓裂規(guī)模優(yōu)化

該井壓裂目標層閉合應(yīng)力約為16 MPa，考慮支撐劑耐壓性、價格，作業(yè)安全等因素，且該低滲儲層所需的裂縫導(dǎo)流能力相對較低，需優(yōu)選各項檢測指標符合行業(yè)標準。選用價格便宜的20/40目石英砂作為施工的支撐劑。以“造長縫、提高儲層滲流面積、力爭溝通遠井天然裂縫”為目的，應(yīng)用FracproPT軟件對不同加砂規(guī)模進行模擬（圖2）?？梢钥闯觯杭由耙?guī)模越大，裂縫越長、縫高越大、裂縫導(dǎo)流能力也越大。當加砂量超過30m3以后，縫長增長變緩、而縫高增長加快、裂縫導(dǎo)流能力增幅減緩。因此，該段加砂規(guī)模在25～30m3較為合適。

圖2 不同加砂規(guī)模與裂縫參數(shù)關(guān)系曲線Fig.2 Relation curves of different gravel input scales and fracture parameters

4.2 施工排量優(yōu)化

圖3 不同延伸壓力梯度、不同排量下?73mm油管注入的施工泵壓Fig.3 Construction pump pressure of injected?73mm tubing under different extension of pressure gradient and different displacement

由于致密砂巖壓裂采取低排量造長縫，同時壓裂液含酸，為了更好控制施工排量、保護套管及壓后期放噴井控等因素采取了下油管壓裂方式。該井油層套管?139.7 mm，采用?73 mm油管進行加砂壓裂改造施工。設(shè)計施工排量與泵注壓力應(yīng)保證套管、油管、井口、地面高壓管匯、井下工具、地面設(shè)備等正常使用。模擬改造層段的裂縫延伸壓力梯度0.019～0.027 MPa/m，模擬排量為2.0～6.0m3/min，見圖3。估算該井層的裂縫延伸壓力梯度0.022～0.023 MPa/m，優(yōu)化施工排量3～4m3/min。

5 現(xiàn)場應(yīng)用

5.1 施工過程

Y3井是鄂爾多斯盆地東南緣延川南區(qū)塊部署的一口參數(shù)井，139.7 mm套管完井，采用鋼級N80級? 73 mm油管進行加砂壓裂，施工過程較為順利，見圖4，累計用液221.7m3，20/40目石英砂30m3，加入纖維220 kg，伴注液氮16m3。

圖4 Y3井致密砂巖層壓裂施工曲線Fig.4 Fracturing construction curves of tight sandstone reservoir of well Y3

5.2 效果評價

壓后關(guān)井30 min放噴，待進入地層的壓裂液徹底破膠后快速返排，分別用?2 mm、?3 mm、?4 mm、?5 mm油嘴進行回壓試井，獲二項式無阻流量8 457m3/d，同時放噴系統(tǒng)測試壓裂液返排率大于50%，達到低傷害、深改造、高返排的效果。

6 結(jié)論與認識

1）在室內(nèi)壓裂液研制及壓裂參數(shù)優(yōu)化的基礎(chǔ)上，BM-B10壓裂液體系成功在現(xiàn)場得以應(yīng)用，壓后獲得了單井產(chǎn)量的突破，為整個延川南致密氣藏開發(fā)提供了技術(shù)支持和保障。

2）壓裂液高效返排技術(shù)是低滲致密油氣藏低傷害壓裂的關(guān)鍵技術(shù),將直接影響壓裂改造的效果，實踐說明延川南致密氣藏高效返排工藝技術(shù)可以被應(yīng)用到國內(nèi)同類低滲致密油氣藏。

3）分析Y3井壓裂施工情況及裂縫監(jiān)測結(jié)果，可對延川南致密砂巖壓裂進一步開展壓裂規(guī)模優(yōu)化研究，以提升壓裂規(guī)模，提高單井產(chǎn)量。

4）根據(jù)國內(nèi)外水平井開發(fā)致密砂巖氣的效果及延川南有多套致密砂巖有較好顯示的情況，建議積極開展水平井壓裂及直井多層分壓配套技術(shù)研究。

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[4]黃小軍,楊永華,魏寧.致密砂巖氣藏大型壓裂工藝技術(shù)研究與應(yīng)用——以新場沙溪廟組氣藏為例[J].海洋石油,2010,30（3）∶68-72.

[5]王興文,劉林,任山.致密砂巖氣藏壓裂液高效返排技術(shù)[J].鉆采工藝,2010,33（6）∶52-55.

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