威遠(yuǎn)頁巖氣套變水平井暫堵體積壓裂技術(shù)適應(yīng)性研究

(長城鉆探工程有限公司四川頁巖氣項目部，遼寧盤錦，124010)

引言

頁巖氣是一種特殊的非常規(guī)天然氣，主要以吸附或游離態(tài)保存于高碳或深色泥頁巖儲層中，孔隙度和滲透率極低是頁巖儲層的主要特征。為實(shí)現(xiàn)頁巖氣的大規(guī)模工業(yè)化開采，通過“高排量、高液量、高砂量、低粘度、低砂比”的大規(guī)模體積壓裂可以有效的實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)改造目的。在實(shí)施體積壓裂的同時，由于其壓裂體積大、改造段數(shù)多、施工排量大形成裂縫復(fù)雜等特點(diǎn)，致使在體積壓裂改造過程中，水平段套管周圍剪切、滑移、錯斷等復(fù)雜的力學(xué)行為以及地應(yīng)力場的變化，使得套管變形的情況頻繁出現(xiàn)；導(dǎo)致后續(xù)橋塞和射孔工具下入困難，正常的增產(chǎn)作業(yè)無法進(jìn)行，嚴(yán)重影響了開發(fā)進(jìn)程，造成了大量的經(jīng)濟(jì)損失[1-3]。

目前，威遠(yuǎn)區(qū)塊共完成6個平臺33口井工廠化壓裂作業(yè)，其中10口井在壓裂過程中出現(xiàn)了不同程度的套變，影響井段長度累計達(dá)到4783米；為解決套變井段的儲層改造難題，提高儲層動用程度，結(jié)合套變井實(shí)際情況，在原壓裂施工工藝基礎(chǔ)上開發(fā)出一種適用于威遠(yuǎn)區(qū)塊套變井的暫堵體積壓裂技術(shù)，并在現(xiàn)場進(jìn)行了實(shí)施，取得了很好的效果，為威遠(yuǎn)頁巖氣的高效開發(fā)提供了有力的支撐。

1 暫堵體積壓裂工藝原理

暫堵體積壓裂就是根據(jù)儲層地應(yīng)力剖面特點(diǎn)進(jìn)行分段，壓開第一條縫，通過一次或多次向段內(nèi)投送高強(qiáng)度水溶性暫堵材料，形成濾餅臨時封堵前次已壓裂段的炮眼，迫使液體進(jìn)入新的射孔段，自動選擇次一級的射孔段并依次壓開第二條縫，達(dá)到均勻改造儲層的目的，暫堵材料要求能降解且傷害極小，從而在套變井段無法下入橋塞封隔進(jìn)行分段壓裂時同樣可以達(dá)到預(yù)期的改造效果(圖1)。

圖1 暫堵體積壓裂示意圖

圖2 濾餅形成過程

低排量將暫堵劑送達(dá)前次射孔段炮眼區(qū)域，提高排量對暫堵劑加壓，迫使其膨脹變形，形成高強(qiáng)度濾餅(圖2)。

2 影響暫堵體積壓裂效果主要因素分析

影響壓裂效果的因素很多,也極其復(fù)雜,下面只對影響暫堵壓裂效果的主要因素進(jìn)行分析。

2.1 應(yīng)力場

儲層應(yīng)力變化受儲層本身條件和壓裂作業(yè)、生產(chǎn)活動的影響，壓裂時要產(chǎn)生新裂縫必須滿足暫堵壓裂原理，因此，初次水力壓裂誘導(dǎo)應(yīng)力場、孔隙壓裂誘導(dǎo)應(yīng)力場以及鄰井對壓裂井應(yīng)力場的影響對暫堵壓裂效果起決定性作用，如果能夠滿足造新裂縫的條件，能夠溝通更多的天然裂縫以及初次裂縫未動用區(qū)域，壓裂效果好，否則效果差[4]。

2.2 暫堵劑性能

威遠(yuǎn)區(qū)塊尤其是威204井區(qū)地層溫度普遍在120℃左右，且地層壓力系數(shù)高，暫堵材料需要在堵老裂縫造新裂縫中發(fā)揮重要作用，因此對其性能提出了較高的要求；暫堵材料強(qiáng)度應(yīng)高于產(chǎn)層破裂壓力，以便形成新裂縫；能夠有效封堵地層裂縫而不堵塞巖石孔隙，暫堵材料對原有裂縫的封堵是暫時的，在達(dá)到造新縫目的的同時減少對儲層的傷害。所以，暫堵材料性能是影響壓裂效果的重要因素。

2.3 射孔位置

暫堵體積壓裂射孔位置的選擇首先考慮應(yīng)力水平相當(dāng)且應(yīng)力變化較小的井段，同時兼顧高脆度、高伽馬值等儲層物性指標(biāo)；需要避開施工井的可能套變位置；另外改造強(qiáng)度和暫堵效果對射孔參數(shù)要求不一致，兼顧難度大。因此，射孔位置的選擇是關(guān)系到暫堵體積壓裂改造效果的重要因素。

3 現(xiàn)場應(yīng)用情況及效果分析

目前威遠(yuǎn)202、204井區(qū)已有10口井在工廠化壓裂作業(yè)過程中出現(xiàn)了不同程度的套變，影響井段88段/6604.5米。施工時結(jié)合實(shí)際情況，考慮了施工難度、套變位置及可能造成二次套變等綜合因素，有時需要放棄部分井段，影響了壓裂改造的完整性。通過暫堵體積壓裂技術(shù)的成功應(yīng)用，共對8口井69段/5123.5米的井段實(shí)施了壓裂改造(表1)。

表1 威遠(yuǎn)區(qū)塊套變情況

井號影響段數(shù)影響井段處理措施合計威204H2-1威204H7-3威202H4-4威202H4-5威202H4-6威202H5-5威202H5-6威202H6-6142175135339601448490315.51016515245245暫堵壓裂暫堵壓裂暫堵壓裂暫堵壓裂暫堵壓裂暫堵壓裂暫堵壓裂暫堵壓裂69段/5123.5米 88段/6604.5米威202H2-2威202H2-1威204H3-4威202H5-4威202H5-5威202H6-5242416170330194321111355放棄放棄放棄放棄放棄放棄19段/1481米

其中威204H7-3井由于其情況的特殊性，對共計1448米長水平段實(shí)施暫堵體積壓裂，施工總用液量23947.23m3，總加砂量1180.32m3(100目粉砂453.78 m3，40/70目陶粒726.54 m3)，總共使用暫堵球7756個，暫堵劑2750Kg。整個施工過程較為順利(圖3)：

圖3 壓裂施工曲線

3.1 暫堵材料到位壓力響應(yīng)分析

在威204H7-3井套變井段的壓裂施工過程來看，基本上所有暫堵材料均能夠捕捉到明顯的到位跡象，充分說明暫堵材料達(dá)到了暫堵的目的，該暫堵材料能夠滿足H7-3井的暫堵壓裂體積改造需求和要求，對整口井的變形井段實(shí)施全井筒儲層體積改造(圖4)。

圖4 暫堵材料壓力響應(yīng)曲線

3.2 施工壓力及排量分析

對比分析單次壓裂前后兩段壓裂的施工壓力水平，在相同的施工排量情況下，前后兩段平均施工壓力具有明顯差異；且單次壓裂施工的平均施工壓力均不重合，充分說明所壓井段的儲層物性具有明顯差異，也說明每次施工壓裂投送的暫堵材料達(dá)到了暫堵轉(zhuǎn)向效果，成功改造套變井段不同井段位置的可能性較高(表2)。

表2 施工排量和壓力

施工順序第1段第2段施工排量(m3/min)施工壓力(MPa)施工排量(m3/min)施工壓力(MPa) 112.0-12.668.1-73.412.7-12.971.3-74.2212.0-12.166.6-77.412.067.8-72.3311.5-12.067.5-74.712.069.6-74.4411.6-12.067.8-73.012.068.1-71.5512.069.0-75.012.0-12.270.3-74.5611.5-12.171.4-74.712.072.6-75.2711.570.9-76.011.5-11.669.6-74.5811.569.0-73.011.568.0-73.5

3.3 停泵壓力分析

從威204H7-3井停泵與開井間壓降和擴(kuò)散率統(tǒng)計情況分析，每個結(jié)點(diǎn)的壓力擴(kuò)散情況均有差異，且差異較大(圖5)。從該特征差異觀點(diǎn)出發(fā)可推測：H7-3井8次施工均達(dá)到了在不同井段實(shí)施體積改造的目的，且每次施工所改造的水平位置均不同。

圖5 停泵與開井間壓降和擴(kuò)散率

圖6 停泵壓力

對比分析停泵壓力數(shù)據(jù)，8次壓裂施工后停泵壓力之間存在明顯差異(圖6)，即：第1-6次施工的停泵壓力呈逐漸增加趨勢，而第6-8次施工的停泵壓力呈逐漸下降趨勢，似與威204H7-3井上傾井軌跡穿行深度變化相關(guān)，也間接說明暫堵材料的使用達(dá)到了暫堵轉(zhuǎn)向的效果，威204H7-3井壓裂施工具備完成全井筒水平段體積改造的可能性。

3.4 壓后產(chǎn)量情況分析

威204H7-3井于2016年05年15日開井，截止2017年04年20日，已累計生產(chǎn)340天，累計產(chǎn)氣19.76×106m3，實(shí)踐說明暫堵體積壓裂改造措施效果顯著。

2015-2017年威遠(yuǎn)區(qū)塊共計對5口套變井實(shí)施了暫堵體積壓裂，從壓后產(chǎn)氣量情況來看，均取得較好的改造效果及經(jīng)濟(jì)效益(表3)。

表3 暫堵體積壓裂井生產(chǎn)效果統(tǒng)計表

井號日產(chǎn)氣量(104m3)累計產(chǎn)氣量(106m3)備注威204H2-1威204H7-32.185.1413.1010.06威204區(qū)塊平均日產(chǎn)氣2.30×104m3威202H5-5威202H5-6威202H6-65.388.0217.9134.4343.8432.46威202區(qū)塊平均日產(chǎn)氣 8.59×104m3

注：數(shù)據(jù)統(tǒng)計截止至2018年1月31日.

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

(1)對套變井段需要根據(jù)儲層地應(yīng)力剖面特點(diǎn)進(jìn)行套變井段的再分段，射孔位置的選擇首先考慮應(yīng)力水平相當(dāng)?shù)膶游簧淇祝捎脮憾麦w積壓裂工藝進(jìn)行壓裂解決了套變后無法進(jìn)行橋塞封隔的問題，實(shí)現(xiàn)了套變井段的相對均勻改造。

(2)暫堵材料到位后，有明顯的壓力上漲跡象，說明暫堵效果明顯；施工壓力均具有明顯差異，反映出所壓井段儲層物性的差異性，即暫堵材料達(dá)到良好暫堵效果，成功改造套變井段不同井段位置的可能性較高；停泵壓力的差異性，單組兩次施工的停泵壓力不同，則說明了暫堵體積壓裂改造的是不同的層段，形成了不同的裂縫，實(shí)現(xiàn)了整個套變段儲層的均勻改造。

(3)暫堵體積壓裂工藝有效解決了威遠(yuǎn)頁巖氣開發(fā)過程中出現(xiàn)的套變問題，為進(jìn)一步提高威遠(yuǎn)區(qū)塊儲層改造程度探索了一條新途徑。

4.2 建議

(1)解決類似套變井段情況的水平井改造時，建議可采用全射孔籠統(tǒng)暫堵體積壓裂，應(yīng)用段內(nèi)多次暫堵轉(zhuǎn)向工藝分批次投入暫堵材料，充分改造套變井段儲層，有效提高儲層動用程度。

(2)建議后續(xù)遇到類似套變井處理，可輔助微地震監(jiān)測設(shè)備對壓裂施工情況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，并根據(jù)微地震事件點(diǎn)分布方便指揮方進(jìn)行現(xiàn)場施工實(shí)施調(diào)整，壓裂后期進(jìn)行分析壓裂效果。