脈沖纖維壓裂在蘇東氣田的應用評價

常 鵬，張 瑛，李 化，申 坤，王 力，郭玉杰

（1.中國石油長慶油田分公司第五采氣廠，內蒙古鄂爾多斯 017300；2.中國石油長慶油田分公司第二采氣廠，陜西榆林 719000；3.西南油氣田分公司川西北氣礦邛崍作業區，四川邛崍 611530）

蘇東氣田屬于典型的“三低”致密氣藏[1，2]，常規壓裂方式改造后，氣井產量低、地層壓力下降快。為最大限度發揮儲層的潛能，2013 年蘇東氣田與斯倫貝謝合作，將體積壓裂建立復雜裂縫網絡與脈沖纖維的高導流能力理念相結合，開展了“低黏度滑溜水造裂縫網絡+脈沖泵注形成高導流通道”的先導性試驗，截止目前已進行了16 口井/45 層位的壓裂施工，取得了初步成效。

自斯倫貝謝公司提出脈沖纖維壓裂理念以來[3]，國內外的研究學者圍繞著脈沖纖維壓裂做了大量的研究：（1）關于脈沖纖維壓裂基礎理論的研究，其代表學者主要為國外的Medvedev 及國內溫慶志、郭玉杰等[4-6]，主要基于可視化單、縫（網）模擬裝置研究射孔簇、纖維加量、脈沖時間間隔等不同因素對高導流通道形態及通道率的影響，然而，卻缺乏大量相對應的、不同因素下的改造效果的現場數據支撐；（2）關于脈沖纖維壓裂的應用評價方面主要集中在增產效果的評價，尚未涉及不同因素（例如施工參數等）對脈沖纖維壓裂改造效果的影響。

為了驗證脈沖纖維縫（網）模擬結論，指導蘇東氣田下步優選井層和施工參數提高脈沖纖維壓裂的改造效果，以蘇東氣田16 口井/45 層位的現場改造數據為研究對象，研究了不同影響因素對改造效果的影響，并做了評價分析。

1 脈沖纖維壓裂技術原理及施工特點

1.1 技術原理

脈沖纖維壓裂基于脈沖泵注、多簇射孔工藝將支撐劑與纖維以高頻率、短脈沖的形式交替打入多簇射孔的儲層中，從而將傳統的支撐劑顆粒間的達西滲流模式變為Navier-Stokes、達西滲流共存、并且N-S 滲流模式占主導的流動模式，將導流能力提高數個數量級。

1.2 關鍵工藝技術及特點

蘇東氣田脈沖纖維壓裂分為兩個主要階段：2013-2015 年為斯倫貝謝施工時期，該階段主要進行了SD34-51C4 等5 口井的施工；2015 年至今，為國內自主施工時期，該階段主要進行了SD30-50 等11 口井的施工。

1.2.1 多簇射孔 射孔具有“等簇、等距，多簇射孔”的特點，單井射孔簇數目為2～22 簇，其中斯倫貝謝公司射孔集中在16～22 簇，普遍高于國內射孔簇數（見表1）。

1.2.2 泵注工藝 泵注程序前置液階段采用低黏度滑溜水造復雜縫網，攜砂液階段以12 s 為間隔交替泵注含纖維基液與含纖維攜砂液，脈沖泵注過程排量2.64 m3/min～5.5 m3/min，斯倫貝謝施工排量（4.3 m3/min～5.0 m3/min）高于國內公司施工排量；此外，斯倫貝謝前置液比例36.5 %～48.1 %，比國內前置液比例26 %～35 %高；而纖維加量濃度范圍在0.77 kg/m3～1.65 kg/m3，斯倫貝謝公司略高，為1.10 kg/m3～1.50 kg/m3，平均加量為1.32 kg/m3，比國內平均多加0.42 kg/m3。

表1 本溪組某井第一級射孔方案表

2 脈沖纖維壓裂改造效果影響因素分析

2.1 儲層物性因素影響

脈沖纖維壓裂的16 口井的無阻流量與儲層厚度呈正相關，隨著儲層厚度的增加，脈沖纖維壓裂的無阻流量隨之增加，改造效果變好（見圖1）。

無阻流量/米無阻流量隨著孔隙度的增加呈現先增加后減小的趨勢，孔隙度存在最優值；在8 %～10 %的小范圍區域內，無阻流量/米無阻流量與孔隙度呈正相關性（見圖2）。

脈沖纖維壓裂的米無阻流量與含氣飽和度呈現一定的正相關性。E 楊氏模量/S 閉合應力是衡量脈沖纖維壓裂是否具有壓裂可行的重要參數（見圖3（a）），脈沖纖維壓裂米無阻流量與E/S 值呈明顯的正相關，即隨著E/S 值的變大，脈沖纖維壓裂改造效果越好（見圖3（b））。進一步的研究表明，脈沖纖維壓裂的米無阻流量則與滲透率呈現一定的負相關性。由此可知，脈沖纖維壓裂在低滲透儲層中改造效果更顯著。

圖1 脈沖纖維壓裂（米）無阻流量與儲層厚度的關系圖

圖2 脈沖纖維壓裂（米）無阻流量與孔隙度的關系圖

圖3 （a） 脈沖纖維壓裂（米）無阻流量與含氣飽和度關系圖

圖3 （b） 脈沖纖維壓裂（米）無阻流量與E/S 的關系圖

2.2 施工參數因素影響

為探究射孔簇多少對脈沖纖維壓裂的無阻流量影響，制作了射孔簇-無阻流量關系圖（見圖4）。從圖4可知，脈沖纖維壓裂無阻流量隨射孔簇的增加而增加，呈現正相關關系。脈沖纖維壓裂模擬結果則表明隨著射孔簇的增加，形成的通道效果變好，說明數據統計結果與試驗結論一致（見圖5）。

大量的研究表明，在壓裂液中添加可溶性纖維材料，可實現對支撐劑顆粒的包裹纏繞，降低支撐劑顆粒的沉降速度。根據蘇東氣田16 口井的脈沖壓裂纖維加量和米無阻流量的數據做出纖維-米無阻流量關系圖，從圖中可知：脈沖纖維壓裂米無阻流量與米纖維加量、纖維量呈正相關，即隨著脈沖纖維壓裂的纖維增加，米無阻流量隨之增加（見圖6）。

圖4 脈沖纖維壓裂（米）無阻流量與射孔簇的關系圖

圖5 脈沖纖維壓裂在不同射孔簇下的模擬通道形態

圖6 米無阻流量與纖維加量的關系圖

圖7 蘇東氣田16 口井脈沖纖維壓裂排量與米無阻流量關系

蘇東氣田主要采取的工藝方式是“體積壓裂+脈沖纖維壓裂”的組合方式，為探究排量對脈沖纖維壓裂的影響，作出了排量與米無阻流量的關系圖。脈沖纖維壓裂米無阻流量、無阻流量隨著排量的增加先增加后減小，在排量4.5 m3/min 處存在最優值（見圖7）。進一步的研究表明，無阻流量與前置液比例、總泵注液量呈正相關，與支撐劑濃度加量呈負相關。

2.3 主控因素分析研究

基于灰色分析法分析脈沖纖維壓裂的選井、選層條件，其中各項指標數據（見表2）。

2.3.1 確定最優指標集 從研究區域中16 口井的各個指標參數中，選擇最有利于脈沖纖維壓裂增產的數據作為最優指標集。根據前面的分析，儲層厚度、含氣飽、C 值等指標與無阻流量有明顯的正相關，應取大值；無阻流量等隨著孔隙度的變換而變換，先增加后減小存在最優范圍，取最優值。由此可以確定最優指標集為：

由此可以確定最優指標集和各評價井組成的矩陣為：

2.3.2 數據的無量綱化 根據公式（1）對X 進行無量綱化，得到如下矩陣：

表2 蘇東氣田研究區域脈沖纖維壓裂16 口井指標數據

表2 蘇東氣田研究區域脈沖纖維壓裂16 口井指標數據（續表）

2.3.3 確定灰色相關系數 根據式（1）可以獲得R 矩陣，假設權重系數均為1，可以得到各個參數的關系系數（見表3）。

各個參數的平均灰色關聯度ri（見表4）。

同理，可以得到施工參數與脈沖纖維壓裂無阻流量的關聯度。

由此可知，影響脈沖纖維壓裂選井、選層的因素重要性為：含氣飽和度>孔隙度>E/S>儲層厚度>滲透率。同理可以獲得各個施工參數對脈沖纖維壓裂無阻流量的關聯度ri（見表5），影響脈沖纖維壓裂的施工參數的重要性程度依次為前置液比例>總液量>射孔簇>纖維加量>排量>支撐劑加量。

3 改造效果評價

在蘇東地區累計實施脈沖式纖維加砂壓裂井16口/45 層，試氣平均無阻流量12.259 7×104m3/d，相比鄰井，單井平均無阻流量提高5.113×104m3/d，增幅為75.5 %，最高無阻流量是常規壓裂的5.76 倍，試驗效果顯著（見圖8）。則說明脈沖纖維壓裂改造的井穩產時間較長、產氣量高，相比常規壓裂增產效果明顯（見圖9）。

4 結論

（1）脈沖纖維壓裂的改造效果與儲層厚度、含氣飽和度、E/S、射孔簇數目、前置液比例、總泵注液量呈正相關，與支撐劑濃度、滲透率呈負相關，而孔隙度、排量等參數存在最優范圍值。

（2）影響選井、選層的因素重要性依次為含氣飽和度>孔隙度>E/S>儲層厚度>滲透率；影響改造效果的施工參數的重要性因素依次為前置液比例＞總液量＞射孔簇＞纖維加量＞排量＞支撐劑加量。

表3 各施工參數的灰色關聯度

表4 儲層物性參數與脈沖纖維壓裂無阻流量的關聯度

表5 施工參數與脈沖纖維壓裂無阻流量的關聯度

圖8 蘇東氣田16 口井脈沖纖維壓裂增產倍數

圖9 （a） 蘇東氣田SD61-36 累積產氣量（脈沖纖維壓裂改造井）

圖9 （b） 蘇東氣田SD60-39 累積產氣量（鄰對比井，常規壓裂）

（3）滿足高含氣飽和度、孔隙度在10 %附近、高E/S、儲層厚度大、低滲透儲層可作為脈沖壓裂首選改造對象；采用高前置比、大排量（前置液階段）、高泵總液量、多射孔簇、高纖維加量、中等脈沖排量（4 m3/min～5 m3/min）、低支撐劑濃度的泵注程序可提高脈沖纖維壓裂改造效果。

（4）試驗井脈沖纖維壓裂相比常規壓裂井平均日產量、累積產量高、生產平穩、增產效果明顯。