徐兵威

(中石化華北分公司工程技術(shù)研究院，鄭州 450006)

鄂爾多斯盆地大牛地氣田為儲量豐富的典型低孔、低滲、低壓氣田，其儲層特點決定了水平井是獲得經(jīng)濟開發(fā)的必要手段［1－2］。通過前期壓裂改造先導試驗，大牛地氣田逐步形成了以多級管外封隔器分段壓裂工藝為主導的水平井分段壓裂技術(shù)，但該技術(shù)的推廣應(yīng)用面臨施工管串工具較多、節(jié)流摩阻較大、無法開啟特低滲儲層段等技術(shù)瓶頸［2－3］。為了解決此問題，將水平井段內(nèi)裂縫轉(zhuǎn)向技術(shù)與裸眼封隔器完井技術(shù)有機結(jié)合，形成水平井多縫分段壓裂工藝。該技術(shù)在保證合理的單井產(chǎn)能最大化基礎(chǔ)上，擴大了泄氣面積，同時降低了施工風險及成本投入，形成了低滲致密砂巖儲層改造工藝新技術(shù)［3－5］。

1 多縫分段壓裂技術(shù)原理

水平井多縫分段壓裂技術(shù)的原理是，在有限的井段內(nèi)增加水力裂縫的條數(shù)和密度，提高單位水平井段的改造效率，從而獲得比常規(guī)水平井分段改造更大的單井有效改造體積［3－7］。

多縫分段壓裂施工過程中，一次或多次向段內(nèi)投送高強度水溶性多裂縫暫堵劑，遵循流體向阻力最小方向流動的原則，暫堵劑顆粒隨壓裂液進入已開啟裂縫或高滲透層，從而在高滲透帶形成濾餅橋堵。當井筒壓力高于裂縫破裂壓力差值時，后續(xù)壓裂液無法進入裂縫和高滲透帶，被迫轉(zhuǎn)向高應(yīng)力區(qū)或新裂縫層，促使新縫的產(chǎn)生和支撐劑鋪置方式發(fā)生變化，最終在水平單段內(nèi)形成多縫裂縫［6－9］。多縫分段壓裂封堵起裂過程如圖1所示。

壓裂施工結(jié)束后，產(chǎn)生橋堵的暫堵劑將溶于地層水或壓裂液，實現(xiàn)段內(nèi)先前封堵裂縫的開啟，增加水平井各段改造體積。

圖1 多縫分段壓裂封堵起裂示意圖

2 多縫分段壓裂技術(shù)特點

與常規(guī)水平井多級管外封隔器分段壓裂工藝相比較，多縫分段壓裂技術(shù)主要具有以下優(yōu)勢:

(1)多縫分段壓裂技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)單個水平段內(nèi)裂縫轉(zhuǎn)向，利用一段工具可改造多個滲透率級別層段的目標，大幅度減少下入分段工具數(shù)量，降低施工風險和生產(chǎn)成本。常規(guī)壓裂技術(shù)使用的工具包括滑套17個，封隔器19個;而多縫分段壓裂使用的工具包括滑套7個，封隔器9個。

(2)多縫分段壓裂技術(shù)能有效增加水平段裂縫密度，加大段內(nèi)裂縫改造規(guī)模，提高水平井一次動用儲量，增加油氣井初期產(chǎn)量，利于長期穩(wěn)產(chǎn)，實現(xiàn)區(qū)域體積改造，大幅度提高氣井產(chǎn)量［10－11］。

(3)多縫分段壓裂技術(shù)施工操作方法簡單，通過調(diào)整暫堵劑成分組成、顆粒大小、施工用量等參數(shù)，可以有效控制封堵時間和封堵壓力等參數(shù)。

3 暫堵劑性能評價

在水平井多縫分段壓裂過程中，所使用的水溶性暫堵劑起著關(guān)鍵作用，暫堵劑性能直接關(guān)系到壓裂施工的成敗和壓后效果。

水溶性多裂縫暫堵劑是在地面高溫高壓條件下通過交聯(lián)反應(yīng)以及物理法的勢能活化而得到的顆粒型堵劑，是化學反應(yīng)與物理勢能相互催化的復合體。該暫堵劑的一次交聯(lián)是在生產(chǎn)時完成物化反應(yīng)，形成顆粒。在應(yīng)用時，暫堵劑顆粒隨壓裂液進入裂縫后，在壓力差下獲得勢能后繼續(xù)反應(yīng)交聯(lián)，形成高強度的濾餅，從而具備顆粒型堵劑的高強度，又兼具了交聯(lián)型堵劑的封堵率。

3.1 成膠狀態(tài)測定

暫堵劑形成濾餅后的膠體狀態(tài)直接關(guān)系到能否有效封堵張開裂縫或天然裂縫，達到實現(xiàn)段內(nèi)裂縫轉(zhuǎn)向的效果。因此，室內(nèi)應(yīng)用電鏡，對人造巖心封堵狀況進行觀測。

從電鏡觀測結(jié)果可明顯看出(圖2)，所有孔隙都被暫堵劑黏附、堵塞，且在放大1500倍時沒有觀察到未堵塞孔隙，表明水溶性多裂縫暫堵劑具有良好的封堵能力。

3.2 溶解性能研究

暫堵劑能否溶于混合溶液介質(zhì)以及溶脹時間能否滿足壓裂后封堵裂縫及時返排產(chǎn)氣，都對降低儲層傷害起到關(guān)鍵作用。在此通過實驗測試水溶性多裂縫暫堵劑在不同溶液介質(zhì)中的溶脹時間。

圖2 暫堵劑封堵電鏡掃描圖片

通過實驗得到80℃溫度條件下暫堵劑在不同溶液中的溶解曲線(圖3)，可以看出，暫堵劑3.5 h后完全溶于壓裂液。說明水溶性多裂縫暫堵劑在壓裂液中溶解性能較好，不會對儲層造成新的傷害;此外，由于溶解后的暫堵劑內(nèi)含F(xiàn)表面活性劑，具備助排性能，利于壓后殘液的返排。

圖3 80℃下暫堵劑在不同溶液中的溶解曲線

3.3 抗壓強度性能評價

水溶性暫堵劑膠結(jié)后形成濾餅的強度是保證有效封堵已開啟裂縫實現(xiàn)裂縫轉(zhuǎn)向，從而在水平段內(nèi)形成多條裂縫的關(guān)鍵因素。可采用流動實驗儀測定暫堵劑的突破壓力來確定暫堵劑的強度，評價抗壓強度性能。流動實驗儀測定流程如圖4所示。

圖4 流動實驗儀測定流程圖

(1)分散態(tài)突破壓力測試。用計算體積的方法，采用排開體積進行計量，在80℃溫度下將壓裂液浸泡3～5 min后開始測試。實驗樣本為1#，2#，3#，4#巖心，分別測試模擬壓實后厚度為 5.0，1.0，0.7，0.5 cm暫堵劑的突破壓力，其測試結(jié)果見表1。

表1 分散態(tài)突破壓力測試結(jié)果

從表1看出，模擬壓實后濾餅厚度1 cm以上，分散態(tài)暫堵劑可以通過二次交聯(lián)形成封堵濾餅，突破壓力達23 MPa以上。模擬壓實后濾餅厚度小于1 cm，分散態(tài)暫堵劑不能有效形成封堵濾餅，并隨著驅(qū)替不斷溶解流出。

(2)膠結(jié)態(tài)突破壓力測試。采用溶解后風干的暫堵劑，制成厚度為0.9 cm和0.5 cm的濾餅，分別使用5#，6#巖心進行突破壓力測試，測試結(jié)果見表2。

表2 分散態(tài)突破壓力測試結(jié)果

從表2可以看出，水溶性暫堵劑一旦形成濾餅，突破壓力就很高，濾餅厚度達到或超過0.9 cm將很難突破。這表明了該水溶性暫堵劑具備用量少，承壓能力高，封堵效果好的特征。

4 現(xiàn)場應(yīng)用

X井是大牛地氣田盒1氣層的一口開發(fā)水平井，垂深2551 m，水平段長1215 m，巖性主要為巖屑砂巖，物性相對較好。依據(jù)水平井多縫分段壓裂理論，設(shè)計7段17條縫壓裂施工，累計注入壓裂液5834.1 m3，加入中密度高強度陶粒665.0 m3。X井采用多縫分段壓裂技術(shù)施工后，試氣油壓9.9 MPa，無阻流量達 11.1 ×104m3d。

分析單段內(nèi)3條裂縫的施工曲線(圖5)，前置液階段裂縫延伸壓力分別上升了2.9 MPa和2.6 MPa，施工壓力有明顯的上升和裂縫轉(zhuǎn)向。擬合破裂壓力梯度分別為 0.011，0.0134，0.0164 MPam，該井施工實現(xiàn)了多縫分段壓裂技術(shù)。

圖5 X井段內(nèi)多裂縫示意圖

根據(jù)地面微地震裂縫監(jiān)測解釋結(jié)果(圖6)，在壓裂段內(nèi)投入多裂縫堵劑，臨時封堵前次裂縫迫使流體轉(zhuǎn)向來達到壓開多條新裂縫。此水平井多縫分段壓裂技術(shù)對于大牛地氣田致密砂巖儲層完全適用，且壓后增產(chǎn)效果顯著。

圖6 X井裂縫監(jiān)測解釋結(jié)果

5 結(jié)語

(1)水平井多縫分段壓裂工藝能實現(xiàn)利用一段工具改造多個滲透率層段的目標，從而充分改造整個水平井段，提高增產(chǎn)效果。

(2)多縫分段壓裂能夠大幅度減少水平井分段工具下入數(shù)量，從而降低施工風險和節(jié)約生產(chǎn)成本。

(3)水溶性多裂縫暫堵劑可完全溶于壓裂液中，且封堵效果好，承壓能力高，實現(xiàn)水平井單段內(nèi)重新開啟新裂縫。

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