低滲透水平井暫堵轉向重復壓裂技術研究

張文康，閻亞杰，曹偉(川慶鉆探工程有限公司長慶井下技術作業公司S00535隊，陜西 西安 710000)

0 引言

長慶油田具有低滲、低壓、低豐度特點，隨著近些年的規模化生產，直井開發效益出現了逐年遞減的趨勢。水平井對于改善長慶油田儲層條件和提高開發效益來說具有關鍵作用，但儲物層的物理性質不太樂觀，三疊系油藏水平井需要經過壓裂才能達到產能要求。為提高低滲透油氣田單井的產量，針對安塞和靖安等9口水平井進行試驗，應用填砂+液體膠塞分段壓裂技術，但施工效率難以提高且會對儲層造成一定影響，只有塞平1及靖平1井等個別油井取得了顯著效果。為改善這一問題，可以利用更完善的重復壓裂技術來提高綜合產量。重復壓裂技術在北美很多油田中取得了良好的增產效果，但由于長慶油田和北美非常規油氣田在完井工藝和地域因素方面存在很多不同，所以壓裂方案也需要根據長慶油田的具體條件進行改進，經過暫堵劑和暫堵參數等方面的優化，暫堵轉向重復壓裂技術在長慶油田低滲透水平井中也取得了良好的應用效果。

1 壓裂方案的改進

1.1 暫堵劑的選擇

由于試驗井的施工壓力較大，為避免暫堵劑使用不合理而造成環境污染等問題，要求暫堵劑具備自降解特性，經過現場調查了解到，暫堵劑還要具備耐高壓的特性，承壓能力不低于70 MPa，在90 ℃的環境下24 d以內就要實現完全降解，從而達到環境保護的要求。還要具備縫口橋接暫堵的作用，根據裂縫的具體大小，選擇0.38～2.5 mm之間多種粒徑結合的抗高壓自降解暫堵劑。試驗井現場施工壓力高，為防止暫堵劑污染環境，暫堵劑需具備自降解功能，經調查耐高壓自降解暫堵劑，承受壓力高于70 MPa，90 ℃下23 d后完全降解，滿足環保要求，具備縫口橋接暫堵功能，按裂縫大小情況，優選了 0.38～2.50 mm 不同粒徑組合的耐高壓自降解暫堵劑。

1.2 暫堵劑用量的優化

暫堵劑的使用量需要結合地質層特性而定，按照試驗地區的地層情況，選擇公式(1)來計算每層壓裂中暫堵劑的使用量，最終得出150 kg的結論。

式中：M堵為暫堵劑的使用量(kg)；K地為暫堵單個射孔時所需要的的暫堵劑用量(kg/孔)。

1.3 暫堵次數的優化

試驗井射孔共288個，按照附近臨井和試驗地區的開孔率40～50%標準，改造射孔數量預定為120～140孔，單次轉向暫孔數量為25～30孔，根據公式(2)的計算能夠了解到，暫堵轉向的次數為5次即可。

式中：N為暫堵次數；Nh為射孔數量；K為開孔率；Nt為單次轉向暫堵孔的數量(孔/次)。

1.4 壓裂液的優化

1.4.1 壓裂液破膠性能的優化

首先在前置液中加入了破膠劑成分，前置液活性水中加入了濃度較高的破膠劑APS。排液期間，下滲到裂縫兩邊孔隙中的破膠劑和裂縫深部位置的破膠劑會與排出液一同進入裂縫，針對裂縫兩側的濾餅和破膠不完全的壓裂液進行二次破膠；其次引進破膠劑的楔形工藝，在大砂量壓裂井中，受入地液體和地層溫度等因素的影響，在現場選擇攜砂液加入破膠劑的方式彌補其中的缺失，當加砂量達到一定后，地面混砂槽中可以加入固體的過硫酸銨，濃度根據現場情況而定，可以保證裂縫口位置的破膠劑濃度達到最高，從而避免補縫口位置壓裂液在溫度較低的狀態下出現破膠不完全等問題。

1.4.2 低溫破膠劑體系的研究

長慶油田隴東區的延安組與直羅組地層情況來看，溫度一般在30～50 ℃之間，尋常的壓裂液的破膠效果不太理想，可能會對壓裂質量帶來影響。對此可以研究低溫壓裂液體系，在原膠中加入一定量的還原劑，將亞硫酸鈉作為催化劑，讓破膠劑即便在溫度不高的條件下依然能釋放游離氧，順利實現破膠水化的目標，而且還能控制胍膠的濃度，改善破膠劑的濃度等。

1.5 參數的優化

按照公式(3)來計算壓裂液的施工排量，試驗井選擇3.5寸的油管，結合周圍臨井和長慶地區油田的施工經驗，保證各個射孔的炮眼開啟在0.3～0.5 m3/min之間，又經過計算可以了解到滑溜水施工的排量在5～8 m3/min之間，膠液施工排量在5 m3/min左右。

式中：V為壓裂液的施工排量(m3/min)；K液為液體系數；V孔為維持射孔炮眼開啟所需要的的流速(m3/min)；S管為油管的橫截面積(m2)；S孔為射開炮眼的橫截面積(m2)。試驗井位置YI6層的砂體是水下分流河道沉積，平面砂體分布為從西南到東北的帶狀分布，砂體的寬度在300～1 000 m，試驗井所在的河道砂體寬度為300 m上下，為保證提壓之后的產量提升效果，需要盡可能保證泄油面積，根據砂體規模來把控縫長。根據公式(4)能夠計算出支撐劑的使用量。

式中:V砂為支撐劑的用量；L縫為裂縫的半長；S縫為裂縫橫截面積；K砂為支撐劑系數。

2 水平井暫堵轉向重復壓裂技術配套

2.1 暫堵劑擠注測試

縫中的暫堵劑轉向施工前，通過低排量1～2 m3/min泵入少量的暫堵劑，觀察暫堵劑在達到裂縫位置后的壓力變化情況，結合壓力變化進行暫堵劑使用劑量的控制。在暫堵劑到達裂縫位置卻沒有轉向壓力顯示的情況下，可以適當提升泵入排量，并且檢查裂縫是否張開，若不能確定轉向響應則可以重新泵入暫堵劑，如果依然沒有壓力顯示則可以適當提高暫堵劑的泵入量。如果出現較為強烈的壓力反應，頂替暫堵劑，結合現場情況適當減少暫堵劑的使用劑量。在擠注測試過程中需要秉承著少量多次的方法，通過多次的劑量加入判斷地層對于暫堵劑的敏感性。

2.2 升降排量測試

對于全井多級暫堵轉向重復壓裂來說，主壓裂試工在開始之前需要做好升降排量的測試工作，結合施工過程的壓力情況和沿程摩阻來計算各種施工排量狀態下的有效吸液孔數量，并按照有效吸液孔的數量對暫堵劑的用量進行控制。孔縫摩阻的計算公式為以下：

式中：ΔPp為射孔炮眼的摩阻(MPa)；Pc為各排量情況下的測試泵壓(MPa)；Pt與P1分別為停泵壓力和沿程摩阻(MPa)。

2.3 配套管柱

對于縫內暫堵轉向及全井多級暫堵轉向來說，需要配套雙封單卡壓裂工藝管柱與大規模單卡壓裂工藝管柱。縫內暫堵轉向壓裂需要配套雙封單卡壓裂工藝管柱，這種管柱的應用需要保證水平井段固井質量滿足要求，從而避免竄槽問題的出現。雙封單卡壓裂工藝管柱的構成一般包括擴張式封隔器與水力錨和導壓噴砂器等。壓裂試工期間需要經由2個封隔器實現封隔，通過導壓噴砂器形成的節流壓差讓封隔器坐封，確保目標層段可以正常壓裂，縫內暫堵劑則可以利用油管進入主縫，當壓裂施工完成后需要返洗，以規避井筒沉砂問題，之后上提以及完成下一段的封隔[1]。全井多級暫堵轉向壓裂技術需要配套大規模單卡壓裂工藝管柱，如果水平井全井固井質量優秀，井身結構較為完善，則可以選擇套管壓裂的方式。水平井的井筒固井質量不足或具有露點，井身結構不夠完善的情況下不可以利用套管壓裂，可以選擇大規模單卡壓裂工藝管柱，這種管柱一般由壓縮式封隔器、水力錨、噴嘴等結構構成。壓裂液可以經過直井段油管進入預定位置，之后進入低應力位置裂縫，在加砂與替擠完成后可以進行下一環節的壓裂施工，并根據既定的流程完成各段施工[2]。長慶油田該區塊長6油藏物性差，隨著生產時間的延長，裂縫導流能力的下降，生產曲線呈現逐漸遞減特征，按照目前體積壓裂改造思路來看，當年混合水壓裂的規模和參數，未充分動用井控儲量。通過“高排量、大液量、大砂量”體積復壓，實現復雜裂縫縫網，擴大油藏改造體積，提高單井產量，主體工藝采用雙封單卡重復壓裂工藝。在體積復壓工藝的基礎上，通過應用壓裂驅油劑，擴大壓裂液與儲層的滲吸作用，實現壓裂驅油一體化，為了降本增效，全程采用低成本EM30S壓裂液體系，采用小粒徑(40/70目)的支撐劑(占比25%～30%)，利用小粒徑支撐劑封堵并充填微裂縫，降低液體濾失，提高并保持縫內凈壓力，促使形成復雜縫。通過加入暫堵劑，增加多簇起裂有效性及裂縫復雜程度[3]。

3 結語

通過水平井暫堵轉向重復壓裂技術能夠實現低滲透水平井的改造，利用小型壓裂測試技術對參數設計進行指導，能夠提高參數設計的精細性和可行性，試驗井中的表現較為良好。在現場試驗應用中，結果皆表明重復壓裂措施科學可行，能取得理想的增產效果[4]。