楊 星

(中國(guó)石化西南石油工程有限公司井下作業(yè)分公司)

洛帶氣田位于川西坳陷中段東南隅龍泉山北東向構(gòu)造帶西側(cè)，處于四川盆地核心經(jīng)濟(jì)帶。蓬萊鎮(zhèn)組(JP)氣藏是洛帶氣田的主力氣藏之一，已累計(jì)提交探明儲(chǔ)量近150×108m3。該氣藏自下而上分為4個(gè)層段(JP1-JP4)，共劃分了19個(gè)含氣砂層，其中在11套含氣砂層獲得工業(yè)氣流，為典型的多層系氣藏。

蓬萊鎮(zhèn)組氣藏總體為一套淺灰色粉-細(xì)砂長(zhǎng)石巖屑石英砂巖，埋深在450～1 350 m，孔隙度為8%～15%，滲透率為0.1～1 mD，地壓系數(shù)在0.9～1.1之間，地層溫度在25℃～45℃之間，屬低孔低滲低壓砂巖氣藏。同時(shí)，蓬萊鎮(zhèn)組氣藏以分流河道和河口壩沉積為主，儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，砂層多但單層薄(厚度主要分布在6～10 m)且平面展布范圍有限。

蓬萊鎮(zhèn)組氣藏的儲(chǔ)層特征造成氣井自然產(chǎn)能很難達(dá)到工業(yè)氣流的標(biāo)準(zhǔn)，壓前測(cè)試表明，氣井壓前平均單井無(wú)阻流量<0.1×104m3/d，必須依靠水力壓裂改造來(lái)提高氣井產(chǎn)量，才能進(jìn)行有效的勘探開(kāi)發(fā)。但因?yàn)闅獠貎?chǔ)層的低孔低滲低壓層薄等不利因素，加砂壓裂在前期一直未取得理想的效果。作者通過(guò)深入研究，發(fā)現(xiàn)制約壓裂效果的主要因素一是儲(chǔ)層低壓特征造成壓裂液返排率低，對(duì)儲(chǔ)層造成嚴(yán)重的水敏和水鎖傷害；另外一個(gè)是儲(chǔ)層單層薄，產(chǎn)量和控制儲(chǔ)量有限，很難獲得經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)效果。為此，通過(guò)幾年攻關(guān)，形成了適合該多層系低壓氣藏的壓裂工藝技術(shù)，在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中取得了顯著的效果，保障了氣藏的有效開(kāi)發(fā)。

一、壓裂難點(diǎn)及對(duì)策

1.儲(chǔ)層水敏和水鎖傷害程度強(qiáng)，需要優(yōu)化壓裂液性能

據(jù)掃描電鏡和X衍射分析，儲(chǔ)層中黏土礦物中存在有伊/蒙混層，伊利石和綠泥石，其中伊/蒙混層平均為50.1%，伊利石平均為31%，綠泥石平均15.7%。這樣的黏土礦物成分很容易因外來(lái)流體造成黏土礦物膨脹、脫離和運(yùn)移，堵塞孔喉，造成儲(chǔ)層滲透率的嚴(yán)重傷害。水敏試驗(yàn)表明，洛帶蓬萊鎮(zhèn)組氣藏水敏指數(shù)達(dá)0.6～0.7，為強(qiáng)水敏地層。

據(jù)壓汞實(shí)驗(yàn)和鑄體薄片資料統(tǒng)計(jì)，儲(chǔ)層平均孔隙直徑39.57 μm，平均喉道直徑為1.365 μm，其平均孔喉比為55.42，孔隙吼道組合以中孔-細(xì)吼和細(xì)孔-微吼為主，容易因外來(lái)液體的進(jìn)入而改變相滲透率，從而造成水鎖傷害，如圖1所示。

圖1 洛帶蓬萊鎮(zhèn)組氣藏氣水相對(duì)滲透率曲線

針對(duì)洛帶蓬萊鎮(zhèn)組這類強(qiáng)水敏、水鎖傷害嚴(yán)重的儲(chǔ)層，需要優(yōu)化壓裂液性能，提高與儲(chǔ)層的配伍性，降低傷害；同時(shí)也需要優(yōu)化施工參數(shù)和返排工藝，盡可能地減少進(jìn)入地層的液量，強(qiáng)化返排措施，減少壓裂液在地層中的滯留，從而降低對(duì)儲(chǔ)層的傷害，獲取最大程度的壓裂改造效果。

2.地層壓力低，返排能量不足，需要強(qiáng)化返排工藝

洛帶蓬萊鎮(zhèn)組氣藏地壓系數(shù)0.9～1.1，為常壓低壓地層，地層埋深淺，能量不足，造成壓裂過(guò)程中返排率低，返排時(shí)間長(zhǎng)，大量液體滯留在地層。前期現(xiàn)場(chǎng)資料統(tǒng)計(jì)表明，洛帶蓬萊鎮(zhèn)組氣藏壓后平均返排率僅為34%，返排時(shí)間長(zhǎng)達(dá)72 h以上。氣井返排不好，容易因?yàn)樗粼斐蓛?chǔ)層傷害，因?yàn)樗i和相滲透率的變化，造成水鎖氣，從而影響氣井的產(chǎn)量。這就需要強(qiáng)化壓裂返排工藝，加快返排速度、提高返排率，從而保障壓裂效果。

3.氣層較薄，需開(kāi)展多層壓裂的攻關(guān)

統(tǒng)計(jì)表明，洛帶蓬萊鎮(zhèn)組氣藏氣層厚度在4～14 m之間，主要分布在6～10 m范圍，氣層厚度小，無(wú)法獲得高的產(chǎn)量；同時(shí)，單層生產(chǎn)，因?yàn)闅饩刂频膬?chǔ)量有限，很難具有商業(yè)開(kāi)發(fā)價(jià)值。洛帶蓬萊鎮(zhèn)組氣藏為多層系氣藏，一口井一般會(huì)鉆遇3～5個(gè)氣層，如果采用多層開(kāi)發(fā)，不僅會(huì)大幅度提高氣井產(chǎn)量，還會(huì)增加氣井的控制儲(chǔ)量，為商業(yè)開(kāi)發(fā)提供充足的資源保障。

綜上所述，從優(yōu)化壓裂液性能、強(qiáng)化壓后返排、優(yōu)化施工參數(shù)和開(kāi)展多層壓裂等方面進(jìn)行了壓裂工藝技術(shù)攻關(guān)，獲得了顯著的效果。

二、壓裂液優(yōu)化研究

壓裂液優(yōu)化主要從降低壓裂液傷害、提高壓裂液和儲(chǔ)層的配伍性、增強(qiáng)壓裂液返排性能等方面進(jìn)行研究。

洛帶蓬萊鎮(zhèn)組氣藏壓裂液最初借鑒其他區(qū)塊的壓裂液體系，盡管能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)施工的要求，但由于缺乏針對(duì)性，在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中表現(xiàn)出以下不足：

(1)壓裂液殘?jiān)扛?，評(píng)價(jià)達(dá)429 mg/L，殘?jiān)蜑V餅對(duì)地層和裂縫產(chǎn)生了很大的傷害。

(2)壓裂液和地層配伍性不好，巖心傷害率平均達(dá)到了34%。

(3)因?yàn)榈貙勇裆顪\，溫度低，一般在在25℃～45℃之間，低溫破膠難度大，壓裂液破膠性能不好，嚴(yán)重影響壓裂改造效果。

為此，從以下幾個(gè)方面入手對(duì)壓裂液進(jìn)行了優(yōu)化：

(1)在保障施工的前提下，降低稠化劑含量，分別調(diào)試出了稠化劑濃度為0.2%和0.25%的壓裂液配方，壓裂液殘?jiān)績(jī)H為273 mg/L，比以前的配方降低了30%～40%。壓裂液流變曲線如圖2所示。

圖2 0.2%胍膠壓裂液體系流變曲線

(2)研發(fā)了優(yōu)質(zhì)的黏穩(wěn)劑、助排劑和多功能添加劑，使壓裂液的配伍性大幅度提高；同時(shí)，性能優(yōu)良的助排劑確保了壓裂液的助排性能，壓裂液的表面張力僅為23 mN/m。另外，低壓氣藏需要采用液氮增能提高返排性能，而壓裂液能否和氮?dú)庑纬韶S富而穩(wěn)定的泡沫，也決定了液氮增能助排的效果。為此，研發(fā)了多功能添加劑，該添加劑可以改變壓裂液和地層的潤(rùn)濕性能和接觸角，從而更加有利于返排。同時(shí)，該添加劑具有很好的起泡和穩(wěn)泡性能，能夠最大限度地發(fā)揮液氮的作用，提高返排效果，如表1所示。

表1 不同濃度多功能添加劑起泡實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比表

(3)針對(duì)洛帶蓬萊鎮(zhèn)組氣藏地層溫度低的困難，研發(fā)能夠低溫破膠的添加劑，通過(guò)壓裂和返排過(guò)程地層溫度的模擬，如圖3所示。優(yōu)化加量和破膠程序，能夠精確控制壓裂液在30～240 min的徹底破膠，既保證壓裂施工的順利進(jìn)行，也保證了壓裂液破膠徹底和及時(shí)返排，最大程度保障壓裂效果。

圖3 壓裂過(guò)程地層溫度模擬圖

通過(guò)以上的優(yōu)化，形成了適合洛帶蓬萊鎮(zhèn)組氣藏的壓裂液體系，能夠滿足壓裂施工的順利進(jìn)行，同時(shí)也具有低殘?jiān)?、低傷害、利返排、高起泡穩(wěn)泡的優(yōu)點(diǎn)。巖心實(shí)驗(yàn)傷害率僅為20.7%，壓裂液能力優(yōu)異，如表2所示。

表2 壓裂液巖心傷害實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

三、施工參數(shù)優(yōu)化

針對(duì)洛帶蓬萊鎮(zhèn)組氣藏層薄、低壓的不理因素，主要從排量、前置液和砂比三個(gè)方面進(jìn)行了優(yōu)化。

1.施工排量

從氣藏的縱向地應(yīng)力剖面和破裂壓力剖面來(lái)看，相鄰的頂?shù)椎貙优c儲(chǔ)層應(yīng)力和破裂壓力是比較接近，一般在0.5～1.5 MPa，而且因?yàn)樯绑w較薄，若采用較高排量，很容易造成裂縫在縫高上的過(guò)度延伸，減少裂縫半長(zhǎng)，降低改造效果。如表3所示。砂比優(yōu)化不僅要考慮對(duì)縫高的控制，也需要考慮保障安全施工，通過(guò)大量的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和模擬評(píng)價(jià)，現(xiàn)場(chǎng)施工排量一般控制在1.8～2.0 m3/min，這樣既可以防止裂縫上竄下跳，又可以最大限度保證裂縫沿縫長(zhǎng)方向延伸有效，提高了增產(chǎn)效果。

表3 洛帶氣田壓裂施工排量與縫高對(duì)比表

2.前置液

前置液主要用來(lái)造縫，保障后面的支撐劑順利加入，常規(guī)設(shè)計(jì)時(shí)考慮到施工安全，一般情況下偏大一些，如川西其他區(qū)塊前置液用量一般為支撐劑量的1.5～2.0倍(體積比)。通過(guò)大量的模擬和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，洛帶蓬萊鎮(zhèn)組氣藏前置液量采用支撐劑量的0.8～1.0倍比較合適，這樣減少了進(jìn)入地層的液量，減輕了返排負(fù)擔(dān)，有利于取得好的壓裂效果。

3.砂比

提高砂比，可以增加裂縫導(dǎo)流能力，減少壓裂液用量，在保證壓裂縫對(duì)儲(chǔ)層有效控制的基礎(chǔ)上，將砂比從以前的平均25%，提高的31%，既減少了入地液量，也提高了裂縫導(dǎo)流能力，能夠保障好的增產(chǎn)效果。

四、高效返排工藝

洛帶氣田蓬萊鎮(zhèn)組氣藏，因?yàn)榈貙拥蛪汉退粜詮?qiáng)的原因，需要抓好壓裂液的返排，要做到快速和徹底兩個(gè)方面，盡最大可能減少壓裂液在地層中的滯留時(shí)間和滯留量，為此，從液氮增能助排、纖維防砂和優(yōu)化返排制度三個(gè)方面進(jìn)行了優(yōu)化。

1.液氮增能助排

洛帶蓬萊鎮(zhèn)組氣藏因?yàn)閴毫Φ?，返排能量不足，所以造成返排時(shí)間長(zhǎng)、返排率低的不足。因此，在該氣藏采用了液氮增能助排工藝。前面壓裂液優(yōu)化的時(shí)候就已經(jīng)考慮到了液體的起泡穩(wěn)泡性能，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施主要從液氮加量、注入程序兩個(gè)方面優(yōu)化。

液氮用量?jī)?yōu)化的一個(gè)原則就是液體段在地層中暴露時(shí)間越長(zhǎng)、濾失量越大，則應(yīng)該更多的增加液氮用量，這就是恒定內(nèi)相增能液氮助排設(shè)計(jì)的主要思路。恒定內(nèi)相設(shè)計(jì)使內(nèi)相(氣體+支撐劑)和外相(壓裂液)保持平衡，以保證壓裂液的黏度恒定，施工時(shí)在支撐劑濃度增加的時(shí)候，保持壓裂液基液排量穩(wěn)定，相應(yīng)降低液氮的排量。恒定內(nèi)相方法的優(yōu)點(diǎn)是既可以提高砂液比，又可避免施工壓力過(guò)高。同時(shí)，考慮增大前置部分壓裂液的混氣量，降低前置部分壓裂液濾失提高返排，采用從前置階段到攜砂階段按照線性或階梯遞減方式混注液氮。

通過(guò)優(yōu)化模擬和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，優(yōu)化選擇泡沫質(zhì)量最大在35%左右，然后按照階梯降低，最小在10%左右。在現(xiàn)場(chǎng)液氮注入過(guò)程中，因?yàn)闇\井一般采用速交聯(lián)體系，考慮氮?dú)夂蛪毫岩旱母玫幕旌?，要適當(dāng)延長(zhǎng)壓裂液的交聯(lián)時(shí)間，這樣就能夠保證壓裂液和氮?dú)饽軌虺浞只旌?，形成豐富均勻穩(wěn)定的泡沫，把以前壓裂液的交聯(lián)時(shí)間30 s適當(dāng)延長(zhǎng)到45 s。

2.纖維防砂工藝

加快返排會(huì)遇到另外一個(gè)難題，洛帶蓬萊鎮(zhèn)組氣藏埋深淺，地層應(yīng)力低，對(duì)支撐劑的夾持能力不夠，如果加大返排速率，就會(huì)造成大量出砂，嚴(yán)重影響改造效果和生產(chǎn)安全。因此，引入了纖維防砂工藝。

纖維防砂工藝就是將纖維與支撐劑混合，形成穩(wěn)定的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(如圖4所示)，從而將支撐劑穩(wěn)固在原始位置，大大提高支撐劑充填層穩(wěn)定性，達(dá)到預(yù)防支撐劑回流的目的。如表4所示，加入纖維后，支撐劑的臨界出砂流速大大提高，采用0.3%～0.5%的濃度基本就可以滿足快速返排防砂的作用。

(3)加固整治減少了防洪的人力、物力投入。通過(guò)實(shí)施平退圩垸工程措施，雙退圩堤縮短堤線約347.9km，大大減輕了防洪壓力，節(jié)省了防汛搶險(xiǎn)和水毀工程修復(fù)經(jīng)費(fèi)及精力；圩垸內(nèi)的居民搬遷后，不再遭受洪水侵襲，237座單退圩垸內(nèi)的居民只存在機(jī)遇性的種養(yǎng)損失。從而避免人民生命傷亡和災(zāi)民流離失所，減輕居民的經(jīng)濟(jì)損失，減輕社會(huì)和政府的救災(zāi)負(fù)擔(dān)，人民安居樂(lè)業(yè)。

圖4 纖維和支撐劑形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)示意圖

臨界流速/(mL·min-1)纖維濃度0MPa0．1MPa0．3MPa0．5MPa0．7MPa1．0MPa0．22%7%38%61%75%89%15%26%114%187%>200%>200%

3.返排制度優(yōu)化

除過(guò)上面所述的在壓裂液、液氮助排和纖維防砂等方面的優(yōu)化外，返排制度的優(yōu)化也非常重要。為了盡量減少壓裂液在地層中滯留時(shí)間，充分利用地層能量，往往采取裂縫強(qiáng)制閉合技術(shù)。裂縫強(qiáng)制閉合技術(shù)就是在壓裂后裂縫還沒(méi)有完全閉合，就采用一定的排量控制排液，在控制支撐劑回流的基礎(chǔ)上，加速壓裂縫的閉合，從而使支撐劑還未沉降或沉降不多時(shí)就被裂縫壁夾住，最大限度地保證支撐劑在裂縫中的有效鋪置，確保壓裂效果。

為此，針對(duì)洛帶蓬萊鎮(zhèn)組氣藏，在確定裂縫閉合壓力和加入裂縫的臨界流速的基礎(chǔ)上，根據(jù)井口壓力優(yōu)化油嘴大小，控制返排速率?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)施表明，壓裂液的的24 h返排率比以前提高了19%，最終返排率提高了28%，達(dá)到了73%，取得了快速?gòu)氐椎姆蹬判Ч?/p>

五、分層壓裂工藝

洛帶氣田蓬萊鎮(zhèn)組氣藏砂體薄，單層開(kāi)發(fā)產(chǎn)量低，控制儲(chǔ)量少，無(wú)法實(shí)現(xiàn)效益開(kāi)發(fā)。但蓬萊鎮(zhèn)組為多層系氣藏，一口井一般都能鉆遇3～5個(gè)氣層，多層一起開(kāi)發(fā)，可以有效提高氣井產(chǎn)量，實(shí)現(xiàn)有效開(kāi)發(fā)。

為此，以地應(yīng)力地應(yīng)力剖面研究為基礎(chǔ)，針對(duì)不同的地層組合、井筒條件和應(yīng)力情況，形成了以Y241和Y344工具為主的不動(dòng)管柱分層壓裂工藝，可實(shí)現(xiàn)2～5層連續(xù)施工分層壓裂，壓裂完成后，一起從油管排液，最后進(jìn)行合層采氣。在洛帶氣田發(fā)揮了重要作用，該不動(dòng)管柱工藝采用封隔器和滑套組合，其施工工序是：從油管注入進(jìn)行分層壓裂，壓后從油管進(jìn)行合采。

分層壓裂工藝突破后，到目前為止，分層壓裂井平均單井一次壓2.7層，施工成功率達(dá)到98%，氣井平均產(chǎn)量較前期單層壓裂增加了150%(綜合了其他方面的增產(chǎn)效果)，取得了顯著的增產(chǎn)作用，促進(jìn)了氣藏的高效開(kāi)發(fā)。

六、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

從2009年以來(lái)，共進(jìn)行了27井次51層次的壓裂施工，施工成功率達(dá)到98%，增產(chǎn)有效率達(dá)到93%，壓裂效果由壓前的無(wú)氣或產(chǎn)微量氣增加到平均單井測(cè)試產(chǎn)量1.9×104m3/d，取得了很好的改造效果。

另外，氣井壓后返排速度明顯加快，壓裂液的24 h返排率比以前提高了19%，最終返排率提高了28%，達(dá)到了73%，取得了快速?gòu)氐椎姆蹬判ЧＴ诩涌旆蹬诺耐瑫r(shí)，氣井基本上不出砂，說(shuō)明纖維防砂效果良好。

針對(duì)洛帶氣田蓬萊鎮(zhèn)組這類多層系低壓薄層氣藏，通過(guò)多年的攻關(guān)，形成了以“低傷害壓裂液、優(yōu)化施工參數(shù)、分壓合采、液氮增能助排、纖維防砂”等為核心集成壓裂工藝技術(shù)，有效提高了氣井產(chǎn)量，動(dòng)用了低品位儲(chǔ)量，挖掘出了小氣田的巨大潛力，為國(guó)內(nèi)外類似氣藏的壓裂開(kāi)發(fā)提供了有益借鑒。

七、結(jié)論及建議

(1)洛帶氣田蓬萊鎮(zhèn)組氣藏儲(chǔ)層敏感性強(qiáng)、壓力低、層多但單層薄，采用常規(guī)壓裂工藝儲(chǔ)層傷害大、壓裂液返排率低，壓裂效果不好。

(2)通過(guò)降低壓裂液殘?jiān)?、提高壓裂液和?chǔ)層的配伍性、增強(qiáng)壓裂液返排性能等方面的優(yōu)化，調(diào)試出的壓裂液配方與儲(chǔ)層配伍性好、殘?jiān)汀π?，并具有?qiáng)返排性能，有力保障了壓裂效果。

(3)以“小排量、低前置、高砂比”為特點(diǎn)的壓裂工藝施工參數(shù)，在洛帶蓬萊鎮(zhèn)組氣藏具有很好的適用性。

(4)針對(duì)洛帶氣田蓬萊鎮(zhèn)組氣藏低壓的特征，攻關(guān)形成的以“液氮增能、纖維防砂、優(yōu)化返排制度”為核心的高效返排工藝，提高了返排速度和最終返排率，并控制了支撐劑回流，為取得好的壓裂效果提供了保障。

(5)攻關(guān)形成的以“低傷害強(qiáng)返排壓裂液、優(yōu)化施工參數(shù)、高效返排、多層壓裂”為核心的壓裂工藝技術(shù)，在洛帶氣田蓬萊鎮(zhèn)組氣藏具有很好的適用性，現(xiàn)場(chǎng)取得了顯著的改造效果，也為國(guó)內(nèi)外類似氣藏的壓裂開(kāi)發(fā)提供了有益借鑒。

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