王寶軍 董小剛

摘 ? ? ?要：為解決低滲儲層長水平段水平井分段壓裂工藝技術(shù)問題，以鄂爾多斯盆地東緣某油田為實例，通過實驗分析了山西組儲層敏感性，基于巖石力學(xué)參數(shù)分析了儲層閉合壓力梯度。研究表明：山西組儲層具有中等偏強(qiáng)水敏損害，閉合壓力梯度為0.019 8 MPa·m-1。以M-1水平井為例設(shè)計了10段壓裂工藝，采用套管射孔和可鉆復(fù)合橋塞實現(xiàn)分段壓裂，優(yōu)化低濃度瓜膠壓裂液體系，其具有懸砂能力強(qiáng)、耐溫抗剪切性能好、儲層保護(hù)性能好的優(yōu)點。利用三維壓裂軟件模擬，人工裂縫縫長60.8 m、支撐縫長55.8 m，反映出壓裂過程造縫能力較強(qiáng)、裂縫延伸距離較遠(yuǎn)，達(dá)到了水平井分段壓裂設(shè)計目的。

關(guān) ?鍵 ?詞：低滲儲層;儲層改造;壓裂液;支撐劑

中圖分類號：TE357 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A ? ? ? 文章編號： 1671-0460（2020）10-2251-05

Abstract： In order to solve the problem of staged fracturing technology for long horizontal wells in low permeability reservoirs， taking an oil field in the eastern edge of Ordos basin as an example， the reservoir sensitivity of Shanxi formation was analyzed through experiments， and the closed pressure gradient of the reservoir was also analyzed based on the rock mechanics parameters. The results showed that the reservoir of Shanxi formation had moderate to strong water sensitivity damage， and the closure pressure gradient was 0.019 8 MPa·m-1. Taking M-1 horizontal well as an example， a 10-section fracturing process was designed， in which casing perforation and drillable composite bridge plug were selected to realize staged fracturing， and low concentration guar gum fracturing fluid system was optimized， the optimized fracturing fluid system had the advantages of strong sand suspension capacity， good temperature and shear resistance， and good reservoir protection performance. The three-dimensional fracturing software simulation results showed that the length of artificial fracture was 60.8 m and the length of supporting fracture was 55.8 m， reflecting that the fracture making ability of the fracturing process was strong， and the fracture extension distance was far， which achieved the purpose of staged fracturing design of horizontal wells.

Key words： Low permeability reservoir; Reservoir reconstruction; Fracturing fluid; Proppant

鄂爾多斯盆地具有豐富的油氣資源，其中上古生界致密砂巖油藏是近年來勘探開發(fā)的重點層位，但由于儲層致密、物性較差，需要進(jìn)行壓裂后才能形成良好的工業(yè)油氣流[1]。低滲砂巖儲層壓裂工藝技術(shù)經(jīng)過了幾十年來的發(fā)展和完善，已經(jīng)成功應(yīng)用于各大油氣田的現(xiàn)場實踐，取得了豐富的成果[2-5]。以鄂爾多斯盆地東緣某低滲油田為例，通過壓裂工藝技術(shù)的優(yōu)化實施，對水平井套管射孔完井，并實現(xiàn)分多段壓裂，為提升低滲儲層長水平段水平井分段壓裂工藝技術(shù)的應(yīng)用提供借鑒[6]。

1 ?儲層敏感性及應(yīng)力特征

1.1 ?儲層敏感性

研究區(qū)塊橫跨鄂爾多斯盆地伊陜斜坡與晉西撓褶帶兩個構(gòu)造單元[7]。上古生界地層與下古生界地層呈不整合接觸，中間缺失中上奧陶統(tǒng)、志留系、泥盆系及下石炭統(tǒng)地層[8]。上古生界地層內(nèi)部沉積連續(xù)，均為整合接觸，以海陸過渡相-陸相碎屑巖沉積為主，地層自下而上發(fā)育石炭系本溪組、二疊系太原組、山西組、下石盒子組、上石盒子組和石千峰組[9]。巖石類型為石英砂巖、巖屑石英砂巖 ，孔隙度平均7%，滲透率0.9 mD，為典型低孔低滲氣藏，砂體多為孤立狀或條帶狀[10-11]。儲層敏感性統(tǒng)計結(jié)果，見表1所示。

取研究區(qū)現(xiàn)場W-27井山西組儲層的巖心進(jìn)行儲層水敏性評價實驗，實驗流體礦化度與滲透率關(guān)系曲線如圖1所示。從水敏性評價實驗可知，隨著實驗流體礦化度不斷降低，巖樣滲透率不斷下降，當(dāng)流體礦化度20 000 mg·L-1時，巖樣滲透率損害率均超過20%，當(dāng)流體礦化度為零時，滲透率損害率在50%～70%，屬于中等偏強(qiáng)水敏損害，因此入井液需要采用防膨液體系。

1.2 ?閉合壓力梯度

研究巖石的變形與破壞是工程巖石力學(xué)的重要內(nèi)容，只有知道了巖石的變形特征和破壞類型，才能正確地選擇破壞準(zhǔn)則，為地下結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分析打好基礎(chǔ)[12]。應(yīng)力評價目的在于了解巖石所受凈上覆壓力改變時孔喉喉道變形、裂縫閉合后張開的過程，并導(dǎo)致巖石滲流能力變化的程度。根據(jù)研究區(qū)已壓裂施工井閉合壓力、閉合壓力梯度統(tǒng)計（表2），本1段閉合壓力梯度取0.019 8 MPa·m-1。

2 ?壓裂設(shè)計及優(yōu)化

2.1 ?壓裂設(shè)計思路

根據(jù)M-1井水平段的長度及地質(zhì)狀況、測井解釋結(jié)果和巖屑錄井的解釋結(jié)果，需要綜合考慮以下內(nèi)容：

1）壓裂位置充分考慮致密砂巖砂體、物性、含氣含水性等特征，在經(jīng)濟(jì)許可條件下，裂縫最大可能性增大覆蓋砂巖體積，包括通過壓裂可能溝通的上下層位的砂巖，達(dá)到產(chǎn)能、效益的最優(yōu)化;

2）合理控制級間距，兼顧壓裂效果與經(jīng)濟(jì)效益。M-1井本1水平段進(jìn)尺1 020 m，儲層鉆遇率78.75%;

3）本井預(yù)測壓后高產(chǎn)，現(xiàn)場應(yīng)加強(qiáng)井控措施，保證井控設(shè)備良好性能，確保施工安全;

4）儲層壓力系數(shù)為常壓地層，為減少壓裂液滯留傷害，加快排液速度，采取液氮伴注助排;考慮到壓裂工藝特點，最后一段施工適當(dāng)加大液氮量，實現(xiàn)壓后快速放噴返排。

2.2 ?管柱設(shè)計

2.2.1 ?射孔工具

M-1井采用電纜泵送橋塞射孔聯(lián)作工藝，第一段采用連續(xù)油管傳輸射孔（測井公司與連續(xù)油管隊配合施工），射孔工具串：Φ50.8 mm連續(xù)油管+外卡接頭+Φ73 mm馬達(dá)頭+Φ73 mm水力振蕩器+Φ79 mm變扣+Φ73 mm篩管+Φ73 mm起爆器+Φ ?73 mm射孔槍。第2段-第10段電纜傳輸射孔（測井公司與壓裂隊配合施工），射孔工具串：電纜頭+磁定位儀+點火頭+射孔槍+轉(zhuǎn)換接頭+橋塞點火頭+橋塞坐封工具+推筒+可鉆橋塞。

2.2.2 ?可鉆復(fù)合橋塞

高強(qiáng)度易鉆復(fù)合金屬材料橋塞是以鎂基金屬材料為主體材料的橋塞，該橋塞主體材料通過粉末冶金制成，材料通過等靜壓機(jī)1 000 MPa壓縮制成，具有高抗拉強(qiáng)度、高抗壓強(qiáng)度，制成的壓裂易鉆橋塞耐壓達(dá)85 MPa，耐溫達(dá)150 ℃，橋塞使用過程中耐壓耐溫性能可靠穩(wěn)定，壓后鉆除時間較短，通過鉆磨測試，每只橋塞的鉆磨時間15～25 min，鉆除過程中產(chǎn)生的碎屑易排除，只需清水即可將產(chǎn)生的鉆屑洗出，若在黏稠清洗液的輔助下，更能將鉆塞后的井筒清洗干凈，確保后期油氣水的排出。

橋塞采用密集的小顆粒增韌陶瓷作為卡瓦的主要部分，均勻地把咬合力分散到多個受力平面，對套管起到了一定的保護(hù)作用，且錨定咬合能力較強(qiáng)，適合各種鋼級的套管，滿足TP140套管使用，在易鉆橋塞產(chǎn)品中屬于性能優(yōu)秀的。橋塞前端具有保徑陶瓷，下入過程中保證了橋塞外徑尺寸的完整性，有效地防止中途座封的風(fēng)險。橋塞使用金屬螺紋底部丟手，丟手性能可靠穩(wěn)定，橋塞丟手力 10～11 t（圖2）。

2.3 ?壓裂液體系優(yōu)選

1）采用致密氣藏壓裂常用的、應(yīng)用成熟的低濃度瓜膠壓裂液體系;

2）壓裂液懸砂能力強(qiáng)，耐溫抗剪切性能好;

3）儲層保護(hù)性能好：采用無機(jī)鹽+有機(jī)黏土穩(wěn)定劑復(fù)合防膨技術(shù)，防膨率達(dá)到91.6%;

4）采用高性能助排劑和氣井防水鎖劑，有利于壓裂液高效返排，解除流體水鎖傷害;

5）低溫破膠性能好：采用氧化破膠劑+低溫活化劑+生物酶破膠劑復(fù)合破膠技術(shù)，滿足1 h內(nèi)壓裂液破膠，提高破膠的長效性和徹底性。

優(yōu)選壓裂體系配方見表3所示。

通過室內(nèi)實驗分析優(yōu)選壓裂液體系各項性能指標(biāo)見表4，反映出該低濃度瓜膠壓裂液體系具有懸砂能力強(qiáng)、耐溫抗剪切性能好、儲層保護(hù)性能好的優(yōu)點。

2.4 ?支撐劑優(yōu)選

根據(jù)區(qū)塊鄰井資料預(yù)測M-1井本1段井底閉合壓力37 MPa左右，為保證支撐劑在地層中長期不破碎，從而長期保持較高導(dǎo)流能力，同時為降低泵注施工風(fēng)險，使用30/50目（0.550/0.270 mm）、 ?40/70目（0.380/0.212 mm）低密陶粒作為壓裂支撐劑，段塞能夠滿足施工要求（表5）。

2.5 ?壓裂施工參數(shù)優(yōu)化

M-1井水平段長1 020 m，壓裂設(shè)計共劃分10段、19簇，最大限度開發(fā)儲層、挖潛油氣，達(dá)到對儲層針對性改造的目的，該井10段壓裂施工參數(shù)設(shè)計如表6所示。

一般而言井口最高限壓值宜滿足計算最大井口施工壓力的1.25倍，井口試壓值應(yīng)達(dá)到設(shè)計最高施工壓力的1.3倍，且不超過設(shè)備的額定工作壓力。壓裂井口額定工作壓力70 MPa，油管四通下法蘭及套管頭上法蘭額定工作壓力70 MPa，設(shè)計套管泵注壓裂下，考慮液氮影響，預(yù)測泵注施工管線最高試壓為44.6 MPa，小于壓裂井口裝置額定工作壓力。

3 ?壓裂效果模擬

利用三維壓裂評價軟件FracproPT基于設(shè)計的壓裂參數(shù)及施工過程來進(jìn)行模擬，第一段模擬結(jié)果表明，壓裂人工裂縫縫長60.8 m、支撐縫長55.8 m，反映出壓裂過程造縫能力較強(qiáng)，裂縫延伸距離較遠(yuǎn)，達(dá)到了壓裂設(shè)計目的（圖3）。

支撐劑質(zhì)量濃度分布從井筒上部到下部 ?4.5～0.5 kg·m-3，裂縫導(dǎo)流能力最大達(dá)到430 mD·m（圖4）。軟件模擬結(jié)果驗證了針對M-1井設(shè)計的壓裂液體系及壓裂工藝參數(shù)，能有效實現(xiàn)儲層改造，具有較強(qiáng)的應(yīng)用潛力。

4 ?結(jié)束語

低滲儲層壓裂一直是近年來儲層改造的重點工作，特別是針對長水平段水平井分段壓裂工藝技術(shù)的實施，壓裂措施效果對油氣井產(chǎn)能具有直接的影響。本研究設(shè)計的M-1井長水平段分段壓裂工藝在壓裂模擬中反映出了較好的效果，對現(xiàn)場的應(yīng)用具有重要指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳紅飛，胡薇薇，劉倩，等.低滲、特低滲儲層煤層氣水平井分段壓裂參數(shù)優(yōu)化及應(yīng)用[J].煤炭技術(shù)，2019，38（8）：115-118.

[2]張乾，向兆東，張朔，等.一種低滲儲層薄互層壓裂技術(shù)及其應(yīng)用[J].石油化工應(yīng)用，2019，38（11）：29-32.

[3]曾東初，陳超峰，毛新軍，等.低滲儲層改造低傷害壓裂液體系研究[J].當(dāng)代化工，2017，46（9）：1841-1844.

[4]程漢列，武博，郭旭，等.不同微觀條件下的天然裂縫閉合特征對比分析[J].河南理工大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2017，36（5）：29-34.

[5]李繼強(qiáng)，賈洪亮，趙博，等.低孔特低滲儲層壓裂改造數(shù)值模擬[J].油氣田地面工程，2009，28（9）：10-11

[6]劉玉偉，段愛民.低滲儲層干法加砂壓裂增黏劑的研發(fā)及壓裂液體系優(yōu)選[J].能源化工，2017，38（6）：67-70.

[7]賴小娟，宮米娜，崔爭攀，等.低滲透油氣儲層壓裂液的研究進(jìn)展[J].精細(xì)石油化工，2015，32（4）：77-80.

[8]韓劍發(fā)，程漢列，施英，等.塔中縫洞型碳酸鹽巖儲層連通性分析及應(yīng)用[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2016，（5）：147-153.

[9]任嵐，陶永富，趙金洲，等.超低滲透砂巖儲層同步壓裂先導(dǎo)性礦場試驗[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2015，（2）：330-339.

[10]韓劍發(fā)，程漢列，王連山. 塔中碳酸鹽巖水平井酸壓效果評價研究[J]. 河南科學(xué)，2017，35（10）：1622-1627.

[11]施榮富.西湖凹陷低孔低滲儲層壓裂改造技術(shù)體系探索與實踐[J].中國海上油氣，2013，25（2）：79-82.

[12]萬紅碧，李天柱. 壓裂裂縫內(nèi)支撐劑沉降及運移規(guī)律研究現(xiàn)狀與展望[J]. 當(dāng)代化工，2019，48（8）：1775-1778.