疏松砂巖氣藏壓裂防砂工藝異常原因分析及預(yù)防措施

宋維春

摘 要：疏松砂巖氣藏巖性疏松，滲透性較好，普遍認(rèn)為壓裂工藝對儲層改善余地較小。澀北氣田作為典型的疏松砂巖氣藏，存在一定數(shù)量的差氣層，近幾年通過論證，對部分低品質(zhì)氣層實施割縫管壓裂充填工藝，取得了一定的成效，改變了疏松地層實施壓裂意義不大的認(rèn)識。結(jié)合實施情況，文章對部分壓裂井施工異常原因進(jìn)行了深入分析，提出了預(yù)防和改進(jìn)措施，能有效指導(dǎo)后期壓裂施工作業(yè)。

關(guān)鍵詞：疏松砂巖；壓裂施工；澀北氣田

中圖分類號：TE358.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）21-0100-03

Abstract： The lithology of unconsolidated sandstone gas reservoir is loose and the permeability is good. It is generally believed that fracturing technology has little room for reservoir improvement. As a typical unconsolidated sandstone gas reservoir， Sebei Gas Field has a certain number of differential gas reservoirs. In recent years， through demonstration， slotted pipe fracturing filling technology has been applied to some low quality gas reservoirs， and certain results have been achieved. It has changed the understanding that it is of little significance to carry out fracturing in loose formation. Based on the implementation， this paper makes an in-depth analysis of the causes of abnormal construction of some fracturing wells， and puts forward preventive and improvement measures， which can effectively guide the later fracturing operation.

Keywords： unconsolidated sandstone； fracturing construction； Sebei Gas Field

1 氣田現(xiàn)狀

澀北氣田構(gòu)造幅度低，地層平緩，無斷層，儲層為第四系疏松砂巖，泥質(zhì)含量高、成巖性差、膠結(jié)疏松，氣井生產(chǎn)中易出砂。氣藏埋深淺，氣層多而薄，且分布井段跨度長，氣水關(guān)系復(fù)雜，氣井出水后加劇出砂。氣田縱向上存在多段的低品質(zhì)氣層，其泥質(zhì)含量高，滲透性差，近年來新動用氣層中低品質(zhì)氣層占比較高，低品質(zhì)氣層產(chǎn)能相對較低，生產(chǎn)中出砂較為嚴(yán)重，以往采用的常規(guī)防砂工藝只能保證氣井正常生產(chǎn)，如何實現(xiàn)既防砂的同時又提高氣井的產(chǎn)量，是疏松砂巖低品質(zhì)氣層開采的重要技術(shù)手段。

2 氣田壓裂施工異常原因

應(yīng)用目前氣田較為成熟的高壓充填防砂工藝，借鑒國內(nèi)外疏松砂巖油氣田壓裂防砂一體化技術(shù)，論證確定割縫管壓裂充填作為氣田壓裂工藝，在低品質(zhì)儲層開展壓裂試驗21口，19口井恢復(fù)生產(chǎn)。依據(jù)試驗情況，該工藝具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，能夠滿足氣田差氣層壓裂改造要求。但在部分井的施工中出現(xiàn)了異常情況，影響了壓裂施工效果。依據(jù)現(xiàn)場實施實際情況，對壓裂施工異常情況進(jìn)行深入分析，提出相應(yīng)的預(yù)防和改進(jìn)措施，有助于提高壓裂的施工效果。

分注前置液、注攜砂液、注頂替液和施工后反洗井四個階段，對各施工環(huán)節(jié)可能出現(xiàn)的異常情況進(jìn)行分析。

2.1 注前置液階段

注前置液階段是保證壓裂防砂效果的前提，目的是將近井地帶的地層砂推向地層深處，同時通過排量控制對目的層進(jìn)行壓裂，形成短而寬的裂縫，改善地層導(dǎo)流能力，為注攜砂液做好準(zhǔn)備。該階段一般施工壓力隨著施工排量的增大呈上升趨勢，達(dá)到破裂壓力后，壓力曲線形成突然向下的拐點(diǎn)。如施工排量達(dá)到最大時（一般5m3/min），施工壓力平穩(wěn)且無明顯向下拐點(diǎn)，說明地層極其疏松，破裂壓力較低。澀北氣田一般以最大排量壓裂時，30MPa以下地層便會壓開，施工壓力出現(xiàn)回調(diào)現(xiàn)象，滿足壓裂需要。

若注前置液時施工壓力未出現(xiàn)突然向下的拐點(diǎn)，而施工排量未達(dá)到壓裂規(guī)模能夠達(dá)到的最大排量，說明壓裂造縫時排量不夠，影響壓裂效果。最早試驗的T1-3井，根據(jù)注前置液的施工壓力，最終確定排量3.2m3/min，最大施工壓力19.45MPa，加砂前壓力也無明顯下拐，但后期該井未恢復(fù)生產(chǎn)。說明施工排量偏小，未達(dá)到造縫效果，壓裂效果較差。后期通過試驗評價，確定氣田壓裂施工排量控制在4.6-5.3m3/min范圍內(nèi)，依據(jù)不同儲層和壓力系數(shù)合理設(shè)計施工排量。

2.2 注攜砂液階段

該階段是整個壓裂施工的關(guān)鍵，也是施工時間最長，施工控制難度最大，最容易出現(xiàn)異常情況的階段。施工堅持平穩(wěn)有效原則，需密切關(guān)注施工壓力隨砂比的變化情況，加砂量直接決定著裂縫及近井地帶填砂是否充實，對裂縫起到一定的支撐作用，防止裂縫閉合，最終決定目的層的導(dǎo)流能力和防砂效果。在試驗過程中存在兩種異常現(xiàn)象。

（1）注入通道不暢，壓力波動較大

正常情況下，隨著砂比的提高，井筒液柱壓力逐漸增大，井口回壓基本保持平穩(wěn)或者逐漸減小。但由于部分井孔眼附近、近井地帶及目的層裂縫存在不同程度堵塞，導(dǎo)致攜砂液注入通道不通暢，施工壓力會出現(xiàn)小幅蹩壓現(xiàn)象。需施工時密切關(guān)注壓力波動，每提高一次砂比，注入足量攜砂液，達(dá)到對孔眼附近、近井地帶和目的層裂縫進(jìn)行充分磨眼和疏通的目的，降低施工風(fēng)險。

T3-6井施工中，注攜砂液時出現(xiàn)2次壓力異常波動，最終在疏通注入通道后壓力回歸正常。第一次異常情況出現(xiàn)在砂比從15%提高至21%階段，攜砂液進(jìn)入孔眼后，施工壓力2min內(nèi)從24.9MPa上翹至26.9MPa，注入通道疏通后壓力逐漸下降；第二次異常情況出現(xiàn)在砂比從21%提高至27%階段，攜砂液進(jìn)入孔眼后，施工壓力突然從25.1MPa上翹至27.8MPa，后壓力逐漸下降。之后砂比從21%逐級提高至55%的過程中均未出現(xiàn)壓力異常現(xiàn)象，說明攜砂液注入通道已完全通暢，該井最終復(fù)產(chǎn)。

分析認(rèn)為，由于砂巖地層粘土礦物含量較高，粘土礦物遇水發(fā)生膨脹、運(yùn)移，阻擋在地層，加之大部分氣井采取過防砂、大修等作業(yè)，作業(yè)液、填充介質(zhì)滯留于填充層無法排出，導(dǎo)致地層堵塞。目前國內(nèi)外部分防砂工藝，在防砂前采用酸化解堵、泡沫負(fù)壓返排地層預(yù)處理和炮眼清洗等技術(shù)解除堵塞，取得了較好的效果，可借鑒此類技術(shù)開展試驗。

（2）充填不實，壓力后期未上升

正常情況下，在注攜砂液后期砂比達(dá)到最高，加砂階段臨近結(jié)束時，壓力會出現(xiàn)緩慢上升，說明目的層填砂已充實。但有時會出現(xiàn)注攜砂液后期充填不實，壓力未上升的情況。充填不實會嚴(yán)重影響防砂效果，且無法彌補(bǔ)。主要有三方面原因，一是施工過程中因施工壓力異常或者設(shè)備故障，導(dǎo)致加砂停止，造成地層加砂不均勻，充填不實。二是未及時掌握施工過程中的液量和砂量的變化情況，近井地帶未充填實。三是頂替階段由于排量過大或者是頂替液量不準(zhǔn)造成井筒內(nèi)砂面冒頂，導(dǎo)致套管和篩管之間充填不實。

T6-8井施工中共填砂60m3，砂比從15%提高至最高50%，整個過程中施工壓力呈緩慢下降趨勢，加砂最后壓力仍未上升，說明目的層充填不實，施工未達(dá)到最佳填砂強(qiáng)度，填砂不夠，該井后期生產(chǎn)中出砂較多。試驗分析認(rèn)為，氣田填砂合理參數(shù)是平均砂比55%，最高達(dá)到70%，加砂量范圍98-115m3，方可達(dá)到充填效果。

2.3 注頂替液階段

填砂完成后要依據(jù)壓裂施工管柱容積注入頂替液，該階段要合理控制頂替排量，防止頂替過量，導(dǎo)致割縫管與氣層套管環(huán)空石英砂虧空，影響擋砂效果。正常情況下，頂替過程中頂替壓力會緩慢上升，說明地層填砂充實，頂替壓力變化與填砂是否充實有直接關(guān)系。澀T1-4井，頂替液階段頂替壓力最高僅為4.4MPa，說明充填不實，而同層的T1-6井注攜砂液后期施工壓力上升，說明填砂充實，注頂替液時最高頂替壓力達(dá)到25.5MPa。施工井中未出現(xiàn)頂替過量的現(xiàn)象，試驗分析認(rèn)為，頂替階段要以小排量（0.6-1.2 m3/min）將管柱內(nèi)的石英砂頂替至充填工具以下，保留65-80m管柱容積的頂替液。

2.4 反洗井階段

壓裂施工的最后需要將充填工具附近及井筒殘余砂反洗循環(huán)出地面，保證防砂后期封隔器順利坐封、實現(xiàn)防砂工具丟手以及壓裂施工管柱不出現(xiàn)砂卡現(xiàn)象。該階段的關(guān)鍵點(diǎn)主要有，一是反洗井過程中返排液中含一定量的石英砂，確保頂替量合理；二是反洗充分，確保充填工具以上井筒內(nèi)無殘余石英砂。試驗壓裂施工因未出頂替過量的情況，反洗較充分，無異常情況。

3 結(jié)論

（1）壓裂施工時，要依據(jù)儲層和單井實際情況，科學(xué)設(shè)計施工參數(shù)，依據(jù)試驗情況持續(xù)總結(jié)和優(yōu)化，在施工中合理控制施工排量、砂比和加砂量等參數(shù)，確保每一步施工的平穩(wěn)有序，最終實現(xiàn)既防砂的同時又提高氣井的產(chǎn)量的目的。

（2）部分井孔眼附近、近井地帶及目的層裂縫存在不同程度堵塞，在防砂前可采用酸化解堵、泡沫負(fù)壓返排和炮眼清洗等地層預(yù)處理，解除堵塞，在施工時密切關(guān)注壓力波動，攜砂液和砂比合理調(diào)配，確保壓裂施工效果。

（3）氣田試驗井?dāng)?shù)相對較少，隨著氣田開發(fā)，儲層特征會發(fā)生變化，壓裂除上述異常預(yù)防外，在選井、選層上要考慮井筒、出水和層間距等候因素，在壓裂管柱工具、壓裂材料選擇上要考慮質(zhì)量、配伍和低傷害等因素，需持續(xù)優(yōu)化和改進(jìn)施工工藝，形成疏松砂巖有水氣藏壓裂防砂一體化配套技術(shù)。

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