習(xí)傳學(xué)，高東偉，陳新安，王海濤

(1.中國(guó)石化重慶涪陵頁(yè)巖氣勘探開發(fā)有限公司，重慶 408014；2.中國(guó)石化石油工程技術(shù)研究院，北京 100101)

0 引 言

涪陵頁(yè)巖氣田隨勘探開發(fā)的深入，開發(fā)難度逐漸加大。焦石壩主體開發(fā)區(qū)西南區(qū)塊具有構(gòu)造復(fù)雜、曲率及裂縫分布復(fù)雜等特點(diǎn)，壓裂施工中存在壓裂液濾失嚴(yán)重、砂堵概率高、施工困難、壓裂后產(chǎn)量偏低的問(wèn)題[1]。因此，有必要采取針對(duì)性的壓裂優(yōu)化措施，降低施工難度，提高壓裂效果。焦石壩西南區(qū)塊選擇典型頁(yè)巖氣井開展了暫堵劑轉(zhuǎn)向壓裂、定面射孔[2-3]、優(yōu)化粉陶加入時(shí)機(jī)及用量等壓裂改造工藝試驗(yàn)，結(jié)合產(chǎn)氣剖面測(cè)試、微地震監(jiān)測(cè)[4-7]、分段放噴測(cè)試等方法進(jìn)行效果驗(yàn)證，評(píng)價(jià)其在頁(yè)巖氣田壓裂的適應(yīng)性，對(duì)構(gòu)造復(fù)雜、曲率及裂縫發(fā)育條件下的頁(yè)巖氣田壓裂工藝進(jìn)行了積極探索，并獲得一些認(rèn)識(shí)，以期為同類井的壓裂改造提供借鑒。

1 地質(zhì)概況

涪陵頁(yè)巖氣田頁(yè)巖儲(chǔ)層泊松比低、楊氏模量高、脆性指數(shù)高、可壓性好，有利于實(shí)施體積壓裂改造[8-9]。西南區(qū)塊位于焦石壩區(qū)塊的西南側(cè)烏江斷背斜帶，處于烏江斷層、吊水巖1號(hào)斷層、石門1號(hào)斷層等多條斷層夾持區(qū)域，區(qū)域內(nèi)部斷裂發(fā)育復(fù)雜，斷距小于50 m的斷層超過(guò)40條。整體曲率發(fā)育，呈現(xiàn)條帶狀分布且走向交錯(cuò)，曲率平均值大于0.002 5。多口井在鉆井過(guò)程中水平段發(fā)生裂縫性濾失，說(shuō)明該區(qū)域天然裂縫較發(fā)育且比較復(fù)雜[10-11]，壓裂過(guò)程中壓裂液易沿天然裂縫濾失，導(dǎo)致裂縫砂堵，對(duì)壓裂改造帶來(lái)不利影響[12-13]。

2 試驗(yàn)思路

在對(duì)西南區(qū)塊已壓裂井分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合國(guó)內(nèi)外其他頁(yè)巖氣田壓裂成功經(jīng)驗(yàn)，以促使主裂縫延伸，增加裂縫改造復(fù)雜程度，降低施工難度，增加有效改造體積為目的，優(yōu)選具有典型地質(zhì)特征的井進(jìn)行壓裂工藝試驗(yàn)。主要試驗(yàn)思路為：焦頁(yè)A井及焦頁(yè)C井曲率值較大，條帶狀分布，呈多向性，分別進(jìn)行暫堵轉(zhuǎn)向壓裂及粉陶加入時(shí)機(jī)優(yōu)化試驗(yàn)；焦頁(yè)B井靠近斷層，曲率值大，進(jìn)行暫堵轉(zhuǎn)向壓裂、定面射孔及粉陶用量?jī)?yōu)化試驗(yàn)；焦頁(yè)D井井眼軌跡與最大主應(yīng)力夾角小，進(jìn)行段、簇間距優(yōu)化試驗(yàn)。

試驗(yàn)整體效果較好，尤其是定面射孔、粉陶用量及加入時(shí)機(jī)優(yōu)化及段、簇間距優(yōu)化等措施可有效降低施工難度，提高改造效果，增加產(chǎn)氣量。

3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)效果評(píng)價(jià)及認(rèn)識(shí)

3.1 暫堵轉(zhuǎn)向壓裂工藝

(1) 焦頁(yè)A井前半井段壓裂施工采取“暫堵劑X+暫堵劑Y+暫堵劑X”的施工模式：暫堵劑X為縫內(nèi)暫堵劑，粒徑范圍為100～200目，與40～70目支撐劑混合使用，單次加量為70～90 kg，對(duì)地層裂縫進(jìn)行橋堵；暫堵劑Y為簇間暫堵劑，粒徑范圍為8～200目，主體粒徑為20～30目，由攜砂液攜帶入井，單次加量為45～60 kg，封堵炮眼。第1次暫堵劑X在壓裂液量達(dá)到550～700 m3時(shí)加入，暫堵劑Y在壓裂液量達(dá)到1 100 m3左右時(shí)加入，第2次暫堵劑X在壓裂液量達(dá)到1 500～1 700 m3時(shí)加入。后半井段實(shí)施常規(guī)壓裂模式，兩者壓裂規(guī)模接近，但后者加砂量較少，試氣效果較差。

分析認(rèn)為：對(duì)于目前壓裂規(guī)模(壓裂液量為1 800～2 000 m3)，暫堵劑加入次數(shù)不宜過(guò)多，多次加入暫堵劑，施工泵注程序復(fù)雜，增加了施工難度，降低了鋪砂濃度；頁(yè)巖氣壓裂縫網(wǎng)的形成是裂縫不斷延伸、不斷復(fù)雜化的過(guò)程，結(jié)合微地震結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在壓裂液量達(dá)到1 200～1 600 m3時(shí)，裂縫輪廓基本形成[14]，即應(yīng)在壓裂液量達(dá)到1 200 m3左右時(shí)加入暫堵劑(不同地層會(huì)有所差異)；多次加入暫堵劑導(dǎo)致暫堵劑加入過(guò)早(壓裂液量為550～700 m3)或暫堵劑加入間隔時(shí)間較短，期間注入壓裂液量較少(平均約為470 m3)，造成暫堵前裂縫延伸受限，地層改造不充分，暫堵轉(zhuǎn)向后地層改造體積有限，整體有效改造體積無(wú)明顯增加，甚至更小。

(2) 圖1為焦頁(yè)A井第11壓裂段壓裂施工曲線。由圖1可知，焦頁(yè)A井第11壓裂段在壓裂液量為800 m3、砂比為5.2%時(shí)施工泵壓顯著上升，壓裂液量為1 092 m3時(shí)加入暫堵劑X后發(fā)生砂堵。分析認(rèn)為，出現(xiàn)砂堵跡象表明地層改造裂縫縫寬不足，暫堵劑X易在近井地帶產(chǎn)生作用，加劇砂堵風(fēng)險(xiǎn)，期間注入壓裂液量為292 m3，砂比僅提高至4.0%，砂堵風(fēng)險(xiǎn)仍較大。因此，一旦有砂堵跡象出現(xiàn)，短時(shí)間內(nèi)不宜加入縫內(nèi)暫堵劑，應(yīng)待砂比提高、施工泵壓趨于穩(wěn)定后加入。

圖1焦頁(yè)A井第11段壓裂施工曲線

(3) 焦頁(yè)A井第2壓裂段加入暫堵劑Y后未加入鹽酸，造成施工泵壓達(dá)到設(shè)備最高工作限定壓力，施工中斷。分析認(rèn)為：暫堵劑Y對(duì)炮眼進(jìn)行了有效封堵，地層二次破裂壓力較首次破裂壓力更高，應(yīng)在加入暫堵劑Y后加入一定量鹽酸，降低破裂壓力。該井第3壓裂段壓裂時(shí)調(diào)整了工藝，加入暫堵劑Y后加入15 m3鹽酸，破裂壓力降低，地層發(fā)生有效破裂，后續(xù)壓裂段沿用此工藝，順利完成施工。

(4) 焦頁(yè)A井加入暫堵劑Y后，排量保持不變，施工泵壓升高20～30 MPa，表明已成功封堵壓開炮眼，封堵成功率為100%，同時(shí)，微地震監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示裂縫延伸有明顯轉(zhuǎn)向。表明加入暫堵劑Y后，可對(duì)已發(fā)生破裂的炮眼進(jìn)行有效封堵，在前期未破裂的炮眼處發(fā)生破裂，實(shí)現(xiàn)壓裂裂縫轉(zhuǎn)向，提高孔眼的有效率，達(dá)到均勻改造地層的效果[15-18]。

(5) 焦頁(yè)B井調(diào)整暫堵劑加入時(shí)機(jī)及次數(shù)，每段壓裂施工在壓裂液量達(dá)到800～900 m3時(shí)加入1次暫堵劑Z(暫堵劑Z為縫內(nèi)暫堵轉(zhuǎn)向劑，粒徑范圍為60～80目，用攜砂液攜帶，加入量為100～300 kg)，共有13個(gè)壓裂段應(yīng)用此工藝，最終該井前半井段壓裂試氣產(chǎn)量為5.9×104m3/d，超過(guò)西南區(qū)塊平均水平，取得一定效果。

該井加入暫堵劑后施工泵壓上升明顯的壓裂段共6段，泵壓上升1～3 MPa，暫堵劑在縫內(nèi)發(fā)揮暫堵作用，迫使流體流向轉(zhuǎn)變，開啟新的裂縫，其余壓裂段施工泵壓上升不明顯。主要原因?yàn)椋孩偾捌谠炜p充分，暫堵劑到位后液體有足夠的泄壓通道；②暫堵劑用量偏少，封堵程度不夠；③暫堵劑在遠(yuǎn)端作用，施工泵壓上升不明顯；④攜帶暫堵劑的攜砂液為低黏滑溜水，暫堵劑集中程度不夠，影響暫堵劑作用效果。

3.2 定面射孔

強(qiáng)曲率段儲(chǔ)層天然裂縫發(fā)育可能性大，壓裂液濾失嚴(yán)重，加砂困難，砂堵概率高，現(xiàn)場(chǎng)針對(duì)強(qiáng)曲率段采用定面射孔工藝。焦頁(yè)B井第2～4壓裂段為強(qiáng)曲率段，其余段為中—中弱曲率段。第2～4壓裂段采用定面射孔工藝，平均加砂量為52.00 m3/段，平均產(chǎn)氣貢獻(xiàn)率為8.08%，其他段采用常規(guī)射孔工藝，平均加砂量為40.65 m3/段，平均產(chǎn)氣貢獻(xiàn)率為6.30%。表明定面射孔工藝對(duì)于強(qiáng)曲率段的改造具有較好效果，同一橫截面集中進(jìn)液，擴(kuò)大裂縫寬度，且有效控制水力壓裂裂縫沿井筒徑向延伸擴(kuò)展，降低了砂堵風(fēng)險(xiǎn)，提高了壓裂改造效果[19-20]。

3.3 粉陶用量及加入時(shí)機(jī)優(yōu)化

(1) 焦頁(yè)B井第22～25壓裂段均穿行于③號(hào)小層，進(jìn)行粉陶用量?jī)?yōu)化試驗(yàn)。第22、23段粉陶用量分別為29.5 m3和30.2 m3，總加砂量分別為56.8 m3和60.3 m3，第24、25段粉陶用量分別為11.1 m3和14.1 m3，總加砂量分別為52.6 m3和51.3 m3。圖2為焦頁(yè)B井第22～25段壓裂施工曲線。由圖2可知，第22、23段壓裂施工曲線更平滑，施工更順利，最終加砂量較高。表明增加粉陶用量可降低整體施工難度，其可對(duì)近井迂曲狀裂縫進(jìn)行打磨，降低壓力消耗，同時(shí)封堵微裂縫，增加井底有效作用壓力[12]，增加裂縫寬度，促使主裂縫的延伸。

(2) 焦頁(yè)C井的鄰井壓裂施工困難，結(jié)合鄰井施工經(jīng)驗(yàn)，對(duì)該井的施工工藝進(jìn)行調(diào)整：第1段粉陶加入時(shí)機(jī)由壓裂液量為250 m3時(shí)加入變?yōu)閴毫岩毫繛?70 m3時(shí)加入，對(duì)微裂縫提前封堵，且前期階梯控排量，排量為8～12 m3/min，降低初期裂縫發(fā)散程度，促進(jìn)主裂縫的延伸；第1段粉陶段塞加入后轉(zhuǎn)注膠液170 m3，再利用滑溜水?dāng)y帶5段粉陶段塞，之后轉(zhuǎn)注膠液80 m3，增大裂縫縫寬；中途采取轉(zhuǎn)加粉陶變粒徑施工工藝(常規(guī)工藝均為40～70目支撐劑)，進(jìn)行封堵降濾處理，降低砂堵風(fēng)險(xiǎn)。圖3為焦頁(yè)C井和鄰井壓裂施工曲線。由圖3可知，焦頁(yè)C井施工整體施工泵壓較低且可控，砂堵風(fēng)險(xiǎn)低，采用該工藝的壓裂段均未出現(xiàn)明顯砂堵，而鄰井因砂比敏感(砂比小幅提升引起壓力大幅上漲)導(dǎo)致施工困難的概率大于50%。對(duì)比表明，前期加粉陶封堵、階梯控排量、膠液擴(kuò)縫，結(jié)合中途轉(zhuǎn)粉陶變粒徑工藝可有效降低裂縫發(fā)育區(qū)壓裂施工加砂難度，提高改造效果。

圖2 焦頁(yè)B井第22～25段壓裂施工曲線

圖3 焦頁(yè)C井和鄰井壓裂施工曲線

3.4 段、簇間距優(yōu)化

焦頁(yè)D井井眼軌跡與最大主應(yīng)力方向夾角僅為21 °，壓裂改造裂縫易沿最大主應(yīng)力方向延伸，形成斜交縫，裂縫在井筒徑向方向延伸嚴(yán)重受限，在井筒軸向方向易前后溝通，影響改造效果。該井前半井段平均壓裂段長(zhǎng)為69.7 m，段間距為37.6 m，簇間距為23.7 m，后半井段平均壓裂段長(zhǎng)為60.1 m，段間距為31.3 m，簇間距為19.0 m，前半井段測(cè)試產(chǎn)氣量為2.0×104m3/d，后半井段測(cè)試產(chǎn)氣量為0.6×104m3/d，前半井段試氣效果明顯優(yōu)于后半井段。表明對(duì)于井眼軌跡與最大主應(yīng)力夾角較小的壓裂段，適當(dāng)放大段、簇間距，可提升改造效果。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

江東區(qū)塊某平臺(tái)3口井，前期1口井(E1井)平均加砂量為41.3 m3，測(cè)試壓力為15.54 MPa，測(cè)試產(chǎn)氣量為14.9×104m3/d，試氣施工難度大，試氣效果一般。后期2口井(E2、E3)在西南區(qū)塊工藝試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，優(yōu)化工藝，采取中途粉陶變粒徑施工思路，施工難度降低，鋪砂濃度明顯提升，平均測(cè)試產(chǎn)氣量為21.2×104m3/d，提高43%，增產(chǎn)效果明顯(表1)，表明轉(zhuǎn)粉陶變粒徑工藝降低了施工風(fēng)險(xiǎn)，提升了改造效果。

目前該工藝成為涪陵氣田二期主體壓裂工藝，20余口井的平均試氣產(chǎn)量達(dá)到20.0×104m3/d以上，取得較好效果。

表1 江東區(qū)塊某平臺(tái)3口井測(cè)試數(shù)據(jù)

5 結(jié) 論

(1) 針對(duì)涪陵焦石壩西南區(qū)塊壓裂改造困難的問(wèn)題，暫堵轉(zhuǎn)向壓裂、定面射孔、優(yōu)化粉陶用量和加入時(shí)機(jī)及優(yōu)化段、簇間距等措施試驗(yàn)?zāi)康拿鞔_，效果較好，可為類似井的壓裂改造提供依據(jù)和參考。

(2) 對(duì)于目前涪陵頁(yè)巖氣田主體壓裂工藝，暫堵劑加入次數(shù)不宜過(guò)多，建議控制在1～2次為宜；簇間暫堵劑加入后需加入一定量的鹽酸降低施工泵壓，簇間暫堵劑加入后施工泵壓響應(yīng)明顯，起到明顯轉(zhuǎn)向效果；在出現(xiàn)砂堵跡象后短時(shí)間內(nèi)不宜加入縫內(nèi)暫堵劑，應(yīng)待砂比提高、施工泵壓趨于穩(wěn)定后加入；暫堵劑試驗(yàn)為頁(yè)巖氣井壓裂改造提供了一種新的思路，建議根據(jù)地質(zhì)特征進(jìn)行選井，結(jié)合微地震監(jiān)測(cè)技術(shù)，進(jìn)一步優(yōu)化不同地層暫堵劑類型、加入時(shí)機(jī)、加入量等參數(shù)，提升暫堵轉(zhuǎn)向效果。

(3) 定面射孔方式在強(qiáng)曲率段效果較好，可適當(dāng)采用。

(4) 增加前期粉陶用量一定程度上可降低施工難度，提高綜合砂液比，提高改造效果；對(duì)于裂縫發(fā)育地區(qū)的頁(yè)巖氣井壓裂，適當(dāng)提前加入粉陶，并結(jié)合階梯控排量、膠液擴(kuò)縫、中途變粒徑等工藝，可降低壓裂液濾失，降低施工風(fēng)險(xiǎn)，提升改造效果。

(5) 對(duì)于井眼軌跡與最大主應(yīng)力夾角較小的壓裂段，應(yīng)適當(dāng)放大段、簇間距，減小前后壓裂段溝通的可能性，提高沿井筒方向上壓裂改造效果。

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