內蒙兩干地區砂礫巖儲層壓裂工藝研究與應用

張文豪

【摘 要】本文就內蒙查干凹陷及白銀查干凹陷砂礫巖地層的特點進行分析，采用室內實驗和現場試驗相結合的方法，有針對性采取一系列技術措施，提高了砂礫巖儲層壓裂施工的成功率。

【關鍵詞】砂礫巖;壓裂液;降濾;縫高控制

1、基本概況

內蒙查干凹陷及白銀查干凹陷其礫巖、砂礫巖儲層分布廣泛，其構造類型復雜，具有相變快，巖性、滲透性變化大，孔隙不發育，滲透率低，分選和連通性較差，非均質性和各向異性嚴重。主要發育辮狀河相沉積，河床亞相和泛濫平原亞相發育，垂向上由紫紅色泥巖、淺灰色砂礫巖、含礫砂巖、粉砂巖、泥質粉砂巖等組成正韻律的多層疊加，表現出下粗上細的正韻律。河床底部發育以薄層細-中礫巖為主的河床滯留沉積，反映其沉積時較強的水動力條件。砂礫巖儲層，巖性以礫巖、砂礫巖為主，平均孔隙度13.44%，滲透率33.96×10-3μm2，屬中低孔低滲儲層。

砂礫巖儲層與砂巖儲層不同，縫高控制難，油氣顯示差，物性差，儲層有一定的塑性特征。當砂礫巖含礫高、且礫石顆粒較大時，與正常砂巖巖體脆性破裂形態有顯著區別，呈現沿軸向破裂形態，且破裂面極不規則，易產生多裂縫，縫高難以控制;多裂縫造成壓裂液濾失大，易早期脫砂形成砂堵;施工壓力高，成功率低。

2、砂礫巖壓裂針對性技術

砂礫巖的顆粒直徑大于2.0mm，砂巖的顆粒直徑0.05-2.0mm。含礫砂巖中砂巖含量大于或等于50%，礫巖含量在10-25%之間。儲層巖行復雜，非均質性嚴重，造成壓裂液濾失嚴重，裂縫破裂及延伸復雜，通過對儲層的研究，形成了一套適合兩干地區的壓裂工藝技術，主要技術如下：

2.1前置復合降濾技術

與一般油氣藏相比，砂礫巖儲層在壓裂施工過程中易產生多裂縫，縫高難以控制，具有更高的濾失性，影響了裂縫的幾何尺寸，而且由于濾液沿著裂縫壁面縱向浸入到地層內部，引起乳化、水堵及粘土的膨脹和運移等傷害更加嚴重。針對兩干地質特征，采用粉陶和新型油溶性降濾失劑組合降濾，起到堵塞多裂縫降低壓裂液濾失作用，提高液體效率。從表1看出，復合降濾失劑性能最佳，降濾效果在30%以上。

2.2預前置液技術

分析了砂礫巖儲層的損害機理，研究了復合型粘土穩定劑、高活性表面活性劑、防乳破乳劑以及添加劑等組份在保護地層中的作用;提出了防止地層污染的新型低傷害預前置液體系。該體系具有較強的表面活性和破乳能力以及顯著的保護地層作用，并能適當降低破裂壓力。

2.3縫高控制技術

（1）射孔優化控制縫高。對隔層條件差、不能形成有效遮擋、縫高難控制的井層，采取避射措施，人為增加隔層厚度，控制裂縫縱向延伸。根據目的層段小層縱向分布狀況和隔層情況，利用優化射孔技術，采用目的層段上部、下部、上下部、中部避射等方式，進行射孔層段優化，控制裂縫縱向延伸，使支撐劑有效地鋪置在產層內，最大限度地避免無效支撐。

（2）人工隔層控制縫高。在水力壓裂過程中，可以通過制造人工隔離層，來改變裂縫上下端地應力情況。人工隔層控制裂縫高度技術包括用漂浮轉向劑控制裂縫向上延伸，用支撐劑沉降控制裂縫向下延伸和同時使用2種轉向劑控制裂縫向上下延伸。

正式壓裂之前，用活性水攜帶注入漂浮轉向劑或（和）用原膠攜帶注入粉砂，漂浮轉向劑浮于裂縫頂部，粉砂在重力作用下沉淀于裂縫的底部，從而在裂縫的頂部和底部分別形成一個低滲透或不滲透的人工隔層。它限制了攜砂液壓力向上部和向下部傳遞，從而達到了改變縫內垂向上流壓的分布，降低了上下層段中縫內流壓與地應力之差，也就增加了上下隔層與產油層之間的地應力差，這樣一來就控制了縫高的增加。另外它提高了壓裂液效率，起到了轉向劑的作用，使后來注入的攜砂液轉為水平流向，從而使縫長增加。

3、典型井例

3.1基本概況

錫40井儲層深度1223.8-1249.9m，16.0m/18n，巖性為砂礫巖，礫以石英礫為主，少量長石礫、泥礫，礫徑2～90mm，泥質膠結，較疏松;該段地質錄井顯示灰褐色油斑砂礫巖，抽汲試油，累出水13.03m3，無油花。表現為壓裂液體濾失大，保護儲層降低傷害。

3.2采取的措施

（1）采用綜合降濾措施，采取前置液加粉陶段塞和全程加降濾失劑，適當增加前置液用量。（2）采用預前置液處理技術和高效表面活性劑返排技術，盡可能減小對地層的傷害。

3.3施工情況

該井油管注入、合層壓裂，一般排量3.5m3/min，破裂壓力30.8MPa，加砂壓力25.8MPa，停泵壓力12.4MPa，加前置凍膠97m3，攜砂液110m3，加中陶30.0m3，前置液段加粉陶段塞3.6m3，平均砂比27.3%，施工順利。注入壓裂液218m3，排液累計156.54方，返排率72%。

壓后初期日產液12.2m3，日產油2.9t，截止試油結束，累產液503.91m3。支撐劑段塞進地層后，壓力未出現降低，說明采取的降濾措施比較有效;由于礫石粒徑較大，壓力出現明顯的波動。

4、取得的認識

1）砂礫巖儲層存在天然裂縫和大粒徑礫石，壓裂液體既沿裂縫濾失，又沿礫石濾失，具有雙重介質濾失特征，液體濾失嚴重。

2）優選新型油溶性降濾失劑，施工過程中全程加入降濾失劑降低基質濾失和前置液加粉陶段塞降低裂縫濾失，有效降低壓裂液濾失。

3）內蒙兩干區塊砂礫巖儲層粘土礦物含量高，優選復合粘土穩定劑和高活性表面活性劑，形成適合內蒙探區的砂礫巖壓裂液體系。

4）優化裂縫幾何參數和施工參數，形成適合內蒙探區砂礫巖壓裂工藝技術，為內蒙復雜巖性油藏勘探開發提供技術支撐。