袁海平，池曉明，陳 飛，陳 超，劉 歡，牛成飛

(中國(guó)石油川慶鉆探工程有限公司長(zhǎng)慶井下技術(shù)作業(yè)公司，陜西西安 710018)

纖維攜砂壓裂技術(shù)在鄂爾多斯盆地子洲氣田盒8上的應(yīng)用

袁海平，池曉明，陳 飛，陳 超，劉 歡，牛成飛

(中國(guó)石油川慶鉆探工程有限公司長(zhǎng)慶井下技術(shù)作業(yè)公司，陜西西安 710018)

子洲氣田的主力產(chǎn)氣層盒8上儲(chǔ)層薄且致密，壓裂時(shí)需要使用低黏液體系控制裂縫縫高并增加縫長(zhǎng)，常規(guī)壓裂工藝難以實(shí)現(xiàn)。運(yùn)用纖維攜砂壓裂能夠很好地控制縫高，改善支撐劑在裂縫中的鋪置，提高裂縫導(dǎo)流能力。為此本文開(kāi)展了可降解纖維攜砂在盒8上的可行性室內(nèi)研究，結(jié)果表明，9‰的纖維壓裂液在懸砂性、導(dǎo)流能力、可降解性和配伍性方面均滿足要求。在子洲氣田應(yīng)用7口井，通過(guò)壓后分析得到纖維攜砂壓裂比常規(guī)壓裂能夠有效改善支撐劑鋪置、提高裂縫導(dǎo)流能力，日產(chǎn)氣量比鄰井提高2倍，表明纖維攜砂對(duì)致密儲(chǔ)層盒8上的改造能夠達(dá)到很好的效果。

致密儲(chǔ)層；懸砂性；導(dǎo)流能力；纖維攜砂

長(zhǎng)慶油田為我國(guó)典型的低壓、低滲和低豐度油田。目前，開(kāi)發(fā)三低儲(chǔ)層的有效方法是進(jìn)行水力壓裂[1]。而位于伊陜斜坡東部的子洲氣田盒8上，主要為巖屑石英砂巖，孔隙度小，平均滲透率小于1 mD，儲(chǔ)層致密，平均單井產(chǎn)量小于2×104m3/d，為低孔、低滲致密砂巖儲(chǔ)層[2]。對(duì)于致密儲(chǔ)層的開(kāi)發(fā)，需要在壓裂時(shí)控制縫高的增長(zhǎng)，盡可能延長(zhǎng)縫長(zhǎng)。因此壓裂盒8上主要采用低黏壓裂液EM50，但是降低黏度會(huì)使壓裂液的攜砂性能變差，支撐劑在裂縫中鋪置不均勻，最終影響裂縫的導(dǎo)流能力；使用低密度支撐劑能夠滿足要求，但只能應(yīng)用在低閉合壓力的儲(chǔ)層中[3]。

為了克服上述問(wèn)題，借鑒國(guó)外經(jīng)驗(yàn)，本文開(kāi)展了纖維攜砂壓裂技術(shù)研究。通過(guò)在低黏壓裂液EM50中加入可降解纖維DF-1，在液體中形成纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，改善低黏壓裂液性能，提高液體攜砂能力。該纖維壓裂液的優(yōu)勢(shì)有[4-5]：①控制縫高的增長(zhǎng)，保證裂縫在儲(chǔ)層內(nèi)延伸；②使支撐劑運(yùn)輸?shù)搅芽p的指端，提高裂縫的支撐縫長(zhǎng)；③防止支撐劑在裂縫內(nèi)沉降，改善支撐劑在裂縫中的鋪置；④降低壓裂液濃度，減少殘?jiān)鼘?duì)儲(chǔ)層的損害，提高裂縫的導(dǎo)流能力。在室內(nèi)對(duì)該壓裂液的懸砂性、導(dǎo)流能力、可降解性和配伍性進(jìn)行了評(píng)價(jià)，均滿足要求?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用7口井，有效改善了支撐劑鋪置，提高了裂縫導(dǎo)流能力，平均日產(chǎn)氣量比鄰井提高2倍，達(dá)到了較好的效果。

1 室內(nèi)研究

根據(jù)以往壓裂分析盒8上的閉合壓力為21MPa，儲(chǔ)層溫度為80℃[6]。普遍采用0.2%EM50、20～40目陶粒進(jìn)行壓裂。試驗(yàn)中纖維采用DF-1型可降解纖維。通過(guò)以上數(shù)據(jù)設(shè)置試驗(yàn)條件，進(jìn)行纖維壓裂液室內(nèi)試驗(yàn)評(píng)價(jià)研究。

1.1 可降解纖維懸砂性能評(píng)價(jià)

懸砂性能是判斷壓裂液性能的重要指標(biāo)之一。在80℃下0.2%EM50壓裂液中配置不同濃度的纖維壓裂液(0‰、3‰、6‰、9‰、12‰)，按照支撐劑濃度380 kg/m3加入20～40目陶粒，放置不同時(shí)間觀察支撐劑沉降量。試驗(yàn)結(jié)果如圖1和圖2所示。

圖1 纖維懸砂性能隨時(shí)間的變化Fig.1 Proppant settling experiment for fiber fluid over time

圖2 80℃不同纖維濃度140min時(shí)懸砂效果Fig.2 Results after 140 minutes of proppant settling experiment with different fiber concentrations at 80℃

從圖中可以看出，纖維的加入有助于延長(zhǎng)懸砂時(shí)間、降低支撐劑的沉降速率；纖維濃度越大，支撐劑沉降越慢。這主要是因?yàn)閴毫岩旱膽疑澳芰χ饕Q于黏度，支撐劑沉降過(guò)程遵循斯托克斯定律[7-8]；而加入纖維后與支撐劑相互作用，形成有一定強(qiáng)度的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(圖3)，支撐劑沉降不再遵循斯托克斯定律，從而降低了壓裂液黏度對(duì)顆粒沉降速度的決定作用[3]。

圖3 纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)圖(50倍)Fig.3 Fiber net configuration(ⅹ50 times)

1.2 可降解纖維壓裂液導(dǎo)流能力評(píng)價(jià)

采用20～40目陶粒與纖維混合，鋪置濃度為8.0 kg/m2，模擬閉合壓力為21 MPa。測(cè)試不同纖維濃度下支撐劑的導(dǎo)流能力，如圖4所示。從圖中可以看出纖維的加入使導(dǎo)流能力相應(yīng)減少；但隨著纖維濃度的增大，導(dǎo)流能力又開(kāi)始恢復(fù)，在濃度為9‰時(shí)與不加纖維的導(dǎo)流能力相當(dāng)。因此選用9‰作為纖維施工加入濃度，此時(shí)纖維的懸砂性能較好(圖1)，滿足攜砂要求。

1.3 纖維可降解性

在0.2%EM50液體中按照纖維濃度9‰配制纖維壓裂液，置于80℃環(huán)境中，按降解時(shí)間分別為0.5、1、2、4、6、9、12 d，分別取出試樣，計(jì)算降解率，結(jié)果如圖5所示。從圖中可以看出，纖維在0.5 d時(shí)降解已經(jīng)達(dá)到了50%；而且在前期降解速率很大，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，降解速率逐漸減小并趨于平緩，但仍然有繼續(xù)降解的趨勢(shì)，10 d可降解85%以上。這表明纖維能夠較徹底的降解，減小在儲(chǔ)層中的殘留。

圖4 不同纖維濃度對(duì)導(dǎo)流能力的影響Fig.4 Proppant conductivity for different fiber concentrations

圖5 纖維降解率隨時(shí)間的變化Fig.5 Fiber decomposition ratio over time

1.4 可降解纖維配伍性評(píng)價(jià)

將可降解纖維與0.2%EM50壓裂液以及模擬地層水(標(biāo)準(zhǔn)鹽水)混合，置于80℃下10 h，觀察其是否有沉淀產(chǎn)生，結(jié)果如圖6所示。對(duì)比兩組照片可以發(fā)現(xiàn)，可降解纖維在80℃條件下10 h后變細(xì)、變短，這說(shuō)明可降解纖維已經(jīng)逐步降解；在EM50中的纖維降解幅度要大于在標(biāo)準(zhǔn)鹽水中的降解幅度，均沒(méi)有沉淀產(chǎn)生。因此，DF-1纖維與地層水以及壓裂液均具有良好的配伍性。

圖6 可降解纖維配伍性試驗(yàn)Fig.6 Degradable fiber＇s compatibility experimenta.初始時(shí)刻在標(biāo)準(zhǔn)鹽水和EM50中的纖維；b.80℃下10 h后在標(biāo)準(zhǔn)鹽水和EM50中的纖維

2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

長(zhǎng)慶油田針對(duì)鄂爾多斯盆地東部子洲氣田盒8上儲(chǔ)層砂巖致密、儲(chǔ)層薄，開(kāi)展了纖維攜砂壓裂試驗(yàn)。選取該區(qū)塊M51井，該井位于伊陜斜坡東部邊緣地帶，儲(chǔ)層致密，厚度為6.6 m，平均滲透率為0.36 mD，孔隙度為7.9%。作為對(duì)比鄰井M55井，儲(chǔ)層厚度為7.5 m，平均滲透率為0.38 mD，孔隙度為7.7%。二者儲(chǔ)層物性特征如圖7和圖8所示，從電阻率、聲波時(shí)差和自然伽馬曲線可以看出兩口井儲(chǔ)層特征比較一致。

M51井纖維加入采用自主研發(fā)的KDS定量控制纖維輸送機(jī)，該設(shè)備能夠自動(dòng)采集數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)纖維加入與儀表車、混砂車高效銜接、量化控制；纖維輸送排量范圍為0～40 kg/min；纖維打散率達(dá)90%，滿足現(xiàn)場(chǎng)施工要求?，F(xiàn)場(chǎng)施工按設(shè)計(jì)泵注程序進(jìn)行，采用0.2%EM50壓裂液，排量5.0 m3/min，壓裂過(guò)程中伴注液氮，施工曲線如圖9所示，纖維量按照砂量的9‰進(jìn)行加入，共加入225 kg，后期由于壓力上升，降低纖維的加入量；而M55井采用0.4%EM50壓裂液，排量4.0 m3/min，進(jìn)行常規(guī)壓裂，二者施工參數(shù)和壓后分析數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

從表中可以看出，纖維攜砂壓裂能夠在縫長(zhǎng)和縫高上得到控制，有效改善支撐劑鋪置濃度，提高裂縫導(dǎo)流能力。壓后M51井日產(chǎn)氣5.26×104m3，而M55井僅為2.3×104m3。這是因?yàn)镸51井采用低濃度EM50壓裂液，降低了壓裂液的黏度，減少了對(duì)儲(chǔ)層造成的傷害，并使裂縫主要在儲(chǔ)層內(nèi)延伸，有效控制縫高增長(zhǎng)，減少隔層的無(wú)效裂縫；同時(shí)加入的纖維對(duì)支撐劑進(jìn)行輔助攜砂，改善支撐劑在裂縫中的鋪置，提高了導(dǎo)流能力。隨著儲(chǔ)層溫度的恢復(fù)，纖維降解后對(duì)儲(chǔ)層無(wú)傷害，溶解在壓裂液中返排到地面。而M55井為了提高攜砂效果采用0.4%EM50壓裂液，高黏度壓裂液對(duì)儲(chǔ)層的傷害較大，同時(shí)容易造成縫高失控，從而造成對(duì)儲(chǔ)層的改造不充分，產(chǎn)量較低。

圖7 M51井盒8上測(cè)井曲線圖Fig.7 Log data for He-8upper member of well M51

圖8 M55井盒8上測(cè)井曲線圖Fig.8 Log data for He-8upper member of well M55

圖9 M51井盒8上施工曲線圖Fig.9 Main fracturing treatment for He-8upper member of well M51

參數(shù)M51(加纖維)M55(未加纖維)EM50濃度/%0．20．4施工排量/(m3·min-1)5．04．0液氮排量/(m3·min-1)0．60．45施工泵壓/MPa36．75～45．0540．9～44．8入地液量/m3340254陶粒用量/m325．925．9最高砂濃度/(kg·m-3)470440平均砂比/%18．718．5加入纖維量/kg225—有效支撐裂縫半縫長(zhǎng)/m120．6114．9支撐縫高/m33．144．8縫寬/cm0．3770．712平均支撐劑濃度/(kg·m-2)7．44．69無(wú)因次導(dǎo)流能力11．439．203井口產(chǎn)量/(104m3·d-1)5．262．3

子洲氣田對(duì)盒8上段共進(jìn)行纖維攜砂壓裂7口井，日產(chǎn)量均在(2～5)×104m3，如圖10所示；而采用常規(guī)壓裂日產(chǎn)量為(0.06～3)×104m3。表明纖維攜砂壓裂對(duì)致密儲(chǔ)層盒8上的改造能夠達(dá)到很好的效果。

圖10 盒8上纖維攜砂壓裂井日產(chǎn)氣量Fig.10 The daily production for fiber-assisted transport wells at He-8upper member

3 結(jié)論

(1)子洲氣田盒8上為低孔、低滲致密砂巖儲(chǔ)層，開(kāi)發(fā)該類儲(chǔ)層需要在壓裂時(shí)控制縫高增長(zhǎng)，盡可能延長(zhǎng)縫長(zhǎng)。

(2)纖維攜砂壓裂能夠使支撐劑運(yùn)輸?shù)搅芽p的指端，提高裂縫的支撐縫長(zhǎng)；防止支撐劑在裂縫內(nèi)沉降，改善支撐劑在裂縫中的鋪置；降低壓裂液殘?jiān)鼘?duì)儲(chǔ)層的損害，提高裂縫的導(dǎo)流能力。

(3)室內(nèi)試驗(yàn)評(píng)價(jià)可降解纖維壓裂液有較好的攜砂能力，加入9‰的纖維對(duì)導(dǎo)流能力影響較小，懸砂效果理想；在地層溫度下0.5 d可降解率達(dá)50%；與地層水和壓裂液均有良好的配伍性，滿足施工要求。

(4)纖維攜砂壓裂現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用取得了理想效果，縫高得到有效控制，有效改善支撐劑鋪置，產(chǎn)量比常規(guī)壓裂提高2倍，表明纖維攜砂壓裂對(duì)致密儲(chǔ)層盒8上的改造能夠達(dá)到很好的效果。

[1] 劉玉婷,管保山,劉萍,等.纖維對(duì)壓裂液攜砂能力的影響[J].油田化學(xué),2012,29(1):75-79.

[2] 趙會(huì)濤,王懷廠,劉健,等.鄂爾多斯盆地東部地區(qū)盒8段致密砂巖氣低產(chǎn)原因分析[J].巖性油氣藏,2014,26(5):75-79.

[3] BULOVA M N, CHEREMISIN J A N, NOSOVA K E, et al. Evaluation of the Proppant-Pack Permeability in Fiber-Assisted Hydraulic Fracturing Treatments for Low-Permeability Formations[R]. SPE 100556,2006.

[4] RIFAT K, ALEKSEY B, OLESYA L, et al. Successful Implementation of Fiber-Laden Fluid for Hydraulic Fracturing of Jurassic Formations in Western Siberia[R]. SPE 16587,2013.

[5] 劉秉謙,張遂安,李宗田,等.壓裂新技術(shù)在非常規(guī)油氣開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用[J].非常規(guī)油氣,2015,2(2):78-86.

[6] 潘雪峰.鄂爾多斯盆地子洲-清澗地區(qū)上古生界中、下二疊統(tǒng)儲(chǔ)層損害與保護(hù)技術(shù)研究[D].成都:西南石油大學(xué),2006:46-68.

[7] 李永明,劉林,李莎莎,等.含纖維的超低濃度稠化劑壓裂液的研究[J].鉆井液與完井液,2010,27(2):50-53.

[8] 廖波蘭,盧亞平.纖維壓裂液性能的基礎(chǔ)性研究[J].礦冶,2014,23(1):37-42.

[9] 任山,向麗,黃禹忠,等.纖維網(wǎng)絡(luò)加砂壓裂技術(shù)研究及其在川西低滲透致密氣藏的應(yīng)用[J].油氣地質(zhì)與采收率,2011,17(5):86-89.

TheApplicationofFiber-assistedTransportTechniqueinHe-8upperMemberofZizhouGasField

Yuan Haiping, Chi Xiaoming, Chen Fei, Chen Chao, Liu Huan, Niu Chengfei

(ChangqingDownholeTechnologyCompany,ChuanqingDrillingEngineeringCo.,Ltd.,CNPC,Xi＇an,Shaanxi710018,China)

The He-8uppermember which is the main pay zone of Zizhou gas field is tight and thin. For such formation, lower viscosity fracturing fluid must be used to control the fracture vertical growth and extend the fracture length, which the conventional fracturing operation is unreached. The fiber-assisted transport technique can get that purpose and meanwhile improve proppant concentration in the fracture, which can increase fracture conductivity. So a set of laboratory studies about proppant settling, fracture conductivity, the fiber decomposition and compatibility has been carried out for He-8uppermember to prove the feasibility of degradable fiber. The results indicated that the 9‰ degradable fiber is optimal. This technology has been applied for 7 wells in Zizhou gas field. The hydraulic fracturing analysis indicated that the fiber-assisted transport technique increased the fracture conductivity, compared to the conventional fracturing operation. The daily production is twice time higher than the offset wells. This fact proves that the fiber-assisted transport technique is feasible for the He-8uppermember.

tight reservoir; proppant suspension capacity; fracture conductivity; fiber-assisted transport

國(guó)家重大專項(xiàng)“大型油氣田及煤層氣開(kāi)發(fā)”(2011ZX05037-004)資助。

袁海平(1988—)，男，四川綿竹人，2011年畢業(yè)于成都理工大學(xué)石油工程專業(yè)，2014年獲得中國(guó)石油大學(xué)(北京)石油與天然氣專業(yè)碩士學(xué)位，助理工程師，現(xiàn)從事石油壓裂方面的研究工作。郵箱：cj_yuanhp@cnpc.com.cn.

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