高速通道壓裂工藝標準化初探

■標準化

高速通道壓裂工藝標準化初探

王進濤，周繼東，金智榮，殷玉平

中國石化江蘇油田分公司石油工程技術研究院（江蘇揚州225009）

分析了高速通道壓裂工藝技術特點及其標準化需求。闡述了高速通道壓裂工藝標準體系及該標準體系中各類標準的技術內容。高速通道壓裂工藝標準體系的建立為油田企業推廣該工藝提供了基礎平臺，既能滿足技術發展方向，又能解決當前油田企業實際應用問題。

纖維壓裂液；高速通道壓裂；標準化

水力壓裂的主要目標是在油氣藏中形成一定長度的人工滲流通道，需要裂縫具有穩定的幾何形態和較高的導流能力，通常認為支撐劑在人工裂縫內需連續、均勻鋪置。但是，壓裂液破膠殘渣、支撐劑破碎顆粒等會堵塞孔道，以及支撐劑嵌入等造成了裂縫內部污染，往往使裂縫導流能力大大降低[1]。

為增加裂縫導流能力，近幾年，國內外采用了一種高速通道壓裂的新工藝，該工藝通過特殊的纖維壓裂液、獨特的泵注程序，使普通的支撐劑顆粒聚結成團，從而可在支撐劑充填層內形成高導流能力通道，比常規裂縫導流能力高出幾個數量級。高速通道壓裂是在加砂過程中，通過采取以支撐劑柱塞方式泵入，先泵入一段混入纖維的支撐劑，再泵入一段純交聯液，以此作為一個加砂脈沖周期，進行反復交替循環加砂[2]。通過采取不連續的加砂泵入來改變支撐劑在裂縫內鋪置形態，把常規壓裂支撐劑在裂縫中均勻連續鋪置變為非均勻的分散鋪置，使得人工裂縫由眾多像橋墩一樣的“支柱”來支撐，“支柱”與“支柱”之間形成暢通的“高速通道”，眾多“通道”相互連通形成網絡[3]。油氣主要是通過眾多相連的“通道”快速流向井筒，而非依靠支撐劑顆粒間的孔隙。目前這項技術在南美、中東等多個地區已應用超過4 000多井次。在國內遼河油田、長慶油田、新疆油田、西南石油局和江蘇油田等都進行了應用。效果顯示：該技術與常規壓裂比較，壓后增油倍比提高了10%～50%，均取得了良好的效果。

在高速通道壓裂工藝技術蓬勃發展的同時，該工藝的標準研究和制定卻較為滯后，不利于全面推廣，也給企業帶來了挑戰。為了促進高速通道壓裂工藝技術的工程化應用，有必要盡早開展相關技術標準的研究和制定工作，使油田企業盡快擺脫無標準可依的窘境。這就要求首先從高速通道壓裂工藝的設計、壓前作業、現場施工等方面提出相應的標準，通過標準的制定，來指導現場施工并使該項工藝技術的實施進一步優化和規范化。

1 標準化需求分析

高速通道壓裂工藝作為一種低滲透油藏、非常規油藏開發的新工藝，在壓裂工藝設計、壓裂前準備工作、壓裂施工過程和壓裂后放噴方面都有一些與常規壓裂不同的新情況及新問題。

1.1 壓裂工藝設計

目前國際最新三維壓裂軟件Stimplan和FracproPT模擬的是支撐劑均勻鋪置的情況，很難模擬脈沖方式下，支撐劑在纖維混注下的流態變化，需要重新建立模型，編成軟件。

1.2 壓裂前射孔準備工作

為了有利于支撐劑在裂縫內形成一個個獨立的支撐“柱子”，通常改變了傳統的連續均勻的射孔方式，可以配合采用多簇射孔工藝（圖1），在一長段內進行均勻多簇射孔，在套管上形成多段且較短進液口，達到篩子的作用。當油管中的液體攜帶支撐劑高速注入時，在套管上自然地出現分流效果，形成多股獨立的液流注入地層，便于支撐劑在縫內形成一個個獨立的支撐“柱子”。

圖1 高速通道壓裂與常規壓裂射孔方式對比

1.3 壓裂設備的準備工作

高速通道壓裂工藝需要專用混砂車—Pod-STREAK混砂車或者超級混砂車，能實現每個脈沖持續時間是15s，同時需要配備添加纖維的專用系統，該設備能配合脈沖式加砂，在脈沖時間內完成纖維材料的添加。

1.4 壓后放噴

因為有纖維固砂，高速通道壓裂工藝比常規壓裂的放噴時間要短。

面對挑戰，現有工藝相關標準已經無法完全滿足要求或存在缺失，需要修訂和補充。比如：由于相關標準缺失，各個油田不得不自行制定高速通道壓裂工藝標準，造成高速通道壓裂脈沖時間、放噴時間等不一樣，給工藝信息交換和共享帶來困難，對油田企業來說，要加緊制定高速通道壓裂工藝標準，從而為油田企業帶來實效。

2 高速通道壓裂工藝標準體系框架

2.1 標準體系構建原則

遵循“重點突破”和“超前發展”的指導思想來構建標準體系。

2.1.1 重點突破

高速通道壓裂工藝施工操作規范標準是油田企業迫切需求的標準，進行重點突破，優先開展制定工作。

2.1.2 超前發展

目前高速通道壓裂工藝技術研究和應用都處于快速發展的狀態，相應標準應具有適當的前瞻性，應超前或同步于技術發展現狀，如：高速通道壓裂射孔模型建議、裂縫形態模型建議和高速通道壓裂施工參數計算等。

2.2 標準體系框架

針對高速通道壓裂工藝技術標準化需求，遵循標準體系構建原則，提出了高速通道壓裂工藝標準體系，主要包括高速通道壓裂設計標準、高速通道壓裂施工規范標準和壓后放噴施工規范標準。其中，高速通道壓裂設計標準為后2個標準的支撐。

2.2.1 高速通道壓裂設計標準

高速通道壓裂設計標準是本領域中的支撐標準，包括術語與定義標準、高速通道壓裂前資料收集、設計原則、高速通道關鍵技術、纖維材料的優選與評價、壓裂方案及施工參數優化和壓裂設計文本。

1）術語與定義標準規定高速通道壓裂技術詞匯，如：高速通道壓裂定義、脈沖周期定義和隔離液（中頂液）定義、通道率定義等。

2）高速通道壓裂前資料收集包括該井地質構造資料、鉆完井資料、鄰近油水井資料、錄井資料、測井資料、巖心資料、地下流體資料、儲層測試及生產測試資料、歷次措施情況、生產動態資料和井場資料。

3）設計原則包括待實施區塊高導縫壓裂巖石力學參數標準的建立，通過巖石力學標準來判斷壓裂目的層段高速通道壓裂的適應性，根據經驗，在某些高閉合應力、低楊氏模量地層中，容易引起支撐劑“支柱”垮塌，使通道堵塞、裂縫閉合、導流能力降低，所以，引入楊氏模量和閉合應力的比值作為高速通道壓裂可行性判斷的關鍵參數。室內研究和現場試驗認為，楊氏模量與閉合應力之比等于350為判斷的基礎值，比值小于350，高速通道壓裂形成的裂縫穩定性差，比值在350～500區間，能夠形成穩定的縫內網絡通道，若比值大于500，則是實施條件較好的地層。實施該工藝之前，建議率先測得目的井或工區壓裂層段的楊氏模量和閉合應力，再通過實驗手段研究形成穩定高速通道裂縫的地質條件，編制礦區的判斷標準，為設計和施工提供參考。高速通道壓裂選井其余原則根據SY/T 5289-2016《油、氣、水井壓裂設計與施工及效果評估方法》的要求實施。

4）壓裂液體系的評估與優選包括耐剪切壓裂液的類型和基礎配方。對于高速通道壓裂，其壓裂液通常要求黏度要高于常規壓裂井壓裂體系，要達到該黏度就需要加入比常規壓裂更多的稠化劑，由于高速通道壓裂的裂縫的排液能力強，稠化劑的增加不會影響裂縫的導流能力，通常要求壓裂液黏度目的層內要達到100～300MPa·s，這就涉及高黏壓裂液體系的優選及性能參數評價。

5）壓裂支撐劑優選及評價。對于高速通道來講，其支撐劑通常要求物理化學性能滿足行業標準，強度滿足地層壓力的要求，粒徑較常規壓裂井來講要大一些。

6）纖維材料優選及評價。纖維材料的使用是形成油層高速通道的關鍵，是區別常規壓裂與通道壓裂的支撐劑形態的關鍵材料，纖維材料的優選通常包括纖維材質本身、評價包括纖維長度影響、纖維濃度影響、動態及靜態攜砂實驗、形成砂堤形態的最終通道率等。

7）高速通道射孔工藝。常規壓裂一般對目的層段進行連續大段射孔，但高速通道壓裂則采用限流壓裂的多簇射孔工藝，在一長段內進行均勻的多簇射孔，相位和孔密度與常規射孔相同，需要針對單井進行射孔設計及優化。

8）脈沖泵注工藝。高速通道壓裂前置液注入與常規壓裂工藝一致，主要區別在于攜砂液階段支撐劑以脈沖段塞形式注入，一段支撐劑、一段純液體交替進行，支撐劑濃度逐級升高。前置液階段可以泵注凍膠液或者滑溜水，支撐劑段塞階段采用凍膠混合纖維注入，確保獲得穩定的支撐“柱子”。在施工末期，需要尾追一個連續支撐劑段塞，使縫口位置有穩定而均勻的支撐劑充填層。段塞式泵注工藝有利于在裂縫中形成“通道”，純液體把前一段支撐劑推入地層，形成一段支撐劑“支柱”帶，由于中間純液體的隔離，使各“支柱”間留有一定空間的支撐劑真空帶，液體破膠返排后便形成眾多的通道網絡。

9）壓后放噴優化。對于高速通道壓裂，通過加入纖維的固砂作用，使得壓裂井放噴返排的時間通常比常規井要短，因而整個返排時間要重新優化。

10）壓裂設計文本需要重新做格式出來。

2.2.2 高速通道壓裂施工規范標準

高速通道壓裂施工規范標準包括壓裂層段射孔、井筒準備、工具入井、壓裂施工[4]。

1）壓裂層段射孔包括彈型選擇、射孔方式選擇、多簇射孔工藝的標準化實施。

2）井筒準備包括通井及刮削、洗井標準。

3）工具入井包括工具丈量、工具組裝、工具入井。

4）壓裂施工包括現場車輛擺放規范、纖維混注施工操作、脈沖式加砂操作。

2.2.3 高速通道壓裂后放噴施工標準

高速通道壓裂后放噴施工標準包括壓裂隊與作業隊的協調、放噴標準和壓后工具取出[5]。

1）壓裂隊與作業隊的協調包括現場施工車輛的退場、壓裂罐的搬運、作業隊作業車的進場及擺放。

2）放噴標準包括放噴管線的固定、放噴原則、油嘴的選擇、放噴時間的確定及放噴的HSE。

3）壓后工具取出包括洗井、封隔器起出事項、負荷限額。

3 結束語

高速通道壓裂工藝是低滲透油藏重點發展的核心技術之一，其理論和方法在快速發展的油田企業處于推廣階段，如何建立既滿足技術發展方向，又能夠解決當前油田企業實際應用問題的高速通道壓裂工藝是一項新的課題，通過探討，希望能對高速通道壓裂工藝標準化工作起到一定的積極作用。

[1]吳順林,李憲文,張礦生,等.一種實現裂縫高導流能力的脈沖加砂壓裂新方法[J].斷塊油氣田,2014,21(1):110-113.

[2]程忱,陳金菊.脈沖加砂工藝在江漢油田的應用探討[J].能源與節能,2014,10(8):190-192.

[3]牛寶榮.提高裂縫導流能力的新方法[J].國外油田工程, 2001,17(3):1-5.

[4]采油采氣專業標準化技術委員會.油、氣、水井壓裂設計與施工及效果評估方法：SY/T 5289-2016[S].北京:石油工業出版社,2016.

[5]石油工業安全專業標委會.井下作業安全規程:SY 5727-2014[S].北京:石油工業出版社,2015.

The characteristics of high speed channel fracturing technology and its standardization requirement are analyzed,and the standard system of high speed channel fracturing technology and the technical content of various standards in the standard system are expounded.The establishment of the standard system of high speed channel fracturing technology will provide a basic platform for the promotion of the technology in oilfield enterprises.

fiber fracturing fluid;high speed channel fracturing;standardization

路萍

2016-08-23

王進濤（1982-），男，工程師，現主要從事油井儲層改造技術研究工作。