姬君翯 張康 王永偉(川慶鉆探長(zhǎng)慶井下技術(shù)作業(yè)公司，陜西 西安 710018)

0 引言

長(zhǎng)慶油田氣藏具有低滲、低壓、部分區(qū)域水敏性中強(qiáng)等特征，特別是神木米脂區(qū)塊，依靠?jī)?chǔ)層自身能量返排的能力差，且速度慢，滯留地層的壓裂液對(duì)地層造成的傷害較大；該區(qū)塊由于地理原因備水能力差，嚴(yán)重制約了當(dāng)前規(guī)模化壓裂的生產(chǎn)進(jìn)度。結(jié)合當(dāng)前嚴(yán)峻的環(huán)保形勢(shì)，常規(guī)壓裂施工后的排液階段會(huì)產(chǎn)生大量返排液，返排液處理拉運(yùn)耗時(shí)費(fèi)力，為氣田開(kāi)發(fā)增加了一項(xiàng)較大的成本支出，拖緩了生產(chǎn)進(jìn)度，產(chǎn)生了很大環(huán)保隱患。

因此，需另辟儲(chǔ)層改造新方法，采用新型的壓裂體系提高壓裂液的返排能力以及返排率低對(duì)儲(chǔ)層造成的傷害，提高氣藏壓裂改造效果。尋找新途徑減少壓裂施工入井液體比例，提高生產(chǎn)速度，降低返排液處理成本及風(fēng)險(xiǎn)。

根據(jù)國(guó)內(nèi)外應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)表明，氮?dú)馀菽瓑毫岩壕哂械蜑V失和高效返排等特點(diǎn)，能有效解決低壓、低滲油氣藏改造中壓裂液濾失和滯留地層帶來(lái)的傷害問(wèn)題，且由于其氣體比例較大，入井液量大幅減少，也為當(dāng)前清水儲(chǔ)備和返排液處理難題提供了一種解決辦法。

1 氮?dú)馀菽瓑毫训募夹g(shù)原理

壓裂施工過(guò)程中，通過(guò)液氮泵車(chē)使液氮經(jīng)過(guò)地面的泡沫發(fā)生器與含發(fā)泡劑的水基壓裂液混合，在井口形成一定質(zhì)量、均勻穩(wěn)定的泡沫壓裂液，利用液氮、基液混合形成的泡沫壓裂液懸浮和承托支撐劑，進(jìn)行加砂壓裂施工。

2 泡沫壓裂液分析

2.1 泡沫壓裂液起泡機(jī)理和組成

2.1.1 起泡機(jī)理

氣體通過(guò)泡沫發(fā)生器與液體結(jié)合后，液體局部膨脹，液膜包圍起泡而形成泡沫。當(dāng)氣泡表面上吸附的表面活性劑顆粒達(dá)到一定程度后，氣泡壁就形成一層堅(jiān)固的薄膜，使氣泡不易合并，從而使泡沫更加穩(wěn)定。

2.1.2 泡沫的組成

泡沫主要由氣相、液相、起泡劑、穩(wěn)泡劑四部分組成。

(1)氮?dú)馐嵌栊詺怏w，不易與流體和地層巖石發(fā)生反應(yīng)，且水溶性低，減少了因乳化、沉淀而導(dǎo)致堵塞的不利因素。所以生成泡沫的最佳氣相為氮?dú)狻?/p>

(2)泡沫的液相當(dāng)前主要采用水基和醇基兩種。水基泡沫配置方便、價(jià)格便宜，除強(qiáng)水敏地層，一般均可使用。醇基泡沫液相易于揮發(fā)，表面張力低，易燃，一般在含有石蠟、瀝青的油井中應(yīng)用。

(3)能便于起泡的物質(zhì)稱(chēng)為起泡劑。油田一般采用陰離子或非陰離子型表面活性劑做起泡劑。

(4)穩(wěn)泡劑主要在表面活性劑溶液中加入一定量的輔助制劑從而起到使泡沫更穩(wěn)定的作用。

2.2 泡沫壓裂液的優(yōu)勢(shì)及特點(diǎn)

2.2.1 攜砂能力強(qiáng)

泡沫壓裂液中氣泡對(duì)支撐劑有托浮作用，具有良好的攜砂能力。4～10 倍于氣泡大小的砂粒在氣泡中下降，必須將中途的氣泡推開(kāi)或者使其變形，而砂粒的重力難以克服這些阻力，所以其沉砂速度很慢，甚至趨于零。所以在壓裂施工中很容易將支撐劑帶到裂縫深處，在頂部和底部均勻鋪墊。

2.2.2 濾失小，儲(chǔ)層傷害低，對(duì)造縫有利

泡沫壓裂液體系中的氮?dú)膺M(jìn)入地層后，氣泡會(huì)優(yōu)先填充地層中的孔隙與喉道從而降低壓裂液中水相的濾失，而且泡沫壓裂液中氣體的占比較高，液體含量低，從而使濾失水量減小，儲(chǔ)層傷害低、有利于壓裂造縫。

2.2.3 返排速度和返排率高，降低排液周期

壓裂施工結(jié)束后，在放噴排液過(guò)程中，地層中的泡沫壓裂液氣化引起氮?dú)怏w積膨脹，攜帶著液體從井口返出，從而使壓裂殘液很快排出地層。且由于氮?dú)馀菽瓑毫岩合鄬?duì)于傳統(tǒng)壓裂液靜液柱壓力低，只需要借助地層能量和氣體膨脹壓力便可將井筒液體頂出。因此，氮?dú)馀菽瓑毫训姆蹬拍芰?、速度和返排率都較高，且能降低排液周期，使氣井盡快投入生產(chǎn)。

2.2.4 減少生產(chǎn)用水及返排液量，降本增效

氮?dú)馀菽瓑毫阎械獨(dú)饧s占65%～85%，因此所需用水量只有同規(guī)模常規(guī)壓裂液的15%～35%，能有效化解長(zhǎng)慶區(qū)域山地地區(qū)備水難，生產(chǎn)用水成本高的問(wèn)題。且由于返排液的拉運(yùn)處理費(fèi)用高、時(shí)間長(zhǎng)、返排液處理廠缺乏等難題，氮?dú)馀菽瓑毫训姆磁艍毫岩毫枯^常規(guī)壓裂大幅減少，也能降低單井投資，提高生產(chǎn)效率。

2.3 氮?dú)馀菽瓑毫训娜秉c(diǎn)和不足

與常規(guī)壓裂相比，泡沫壓裂有以下不足：

(1)因工藝技術(shù)的特點(diǎn)，氮?dú)馀菽瓑毫训氖┕ひ?guī)模、排量、砂量等方面與傳統(tǒng)壓裂相比有部分差距。

(2)氮?dú)馀菽瓑毫训臍庀嗑哂信蛎浀哪芰?，而常?guī)壓裂體系只有液體推動(dòng)的勢(shì)能，因而施工風(fēng)險(xiǎn)較高。

(3)泡沫壓裂施工時(shí)的摩阻較常規(guī)壓裂高20%～50%，且由于井筒內(nèi)氣相比例較高，液柱壓力低，必將增加地面泵注壓力，從而制約施工排量，降低施工規(guī)模，加大施工風(fēng)險(xiǎn)。

(4)地面砂比較高，對(duì)混砂車(chē)、液體要求高，且需要增加額外的液氮和液氮泵車(chē)，增加了部分成本。

3 氮?dú)馀菽瓑毫言诿?23井的應(yīng)用分析

3.1 米123井基本施工數(shù)據(jù)

該井為盆地東部天然氣勘探項(xiàng)目組(新區(qū))的一口探井，測(cè)井從石盒子組到馬五地層，儲(chǔ)層39.0m/16 層，其中氣層12.6m/3 層，差氣層4.8m/3 層，位于石盒子組和本溪組。

根據(jù)針對(duì)石盒子組儲(chǔ)層巖性特性的研究，該區(qū)域石盒子組整體儲(chǔ)層表現(xiàn)為中等水敏。為完成壓裂改造的同時(shí)減少入井水量，本井使用氮?dú)馀菽瓑毫岩簩?duì)該井盒8下：2180.5～2186.5(6.0m)、2174.5～2176.0(1.5m)進(jìn)行壓裂改造。

氮?dú)馀菽瓑毫咽┕び蓛山M設(shè)備進(jìn)行，一組負(fù)責(zé)泵注壓裂液和支撐劑，另一組負(fù)責(zé)泵注氮?dú)?，在井口前端的泡沫發(fā)生器匯合，通過(guò)壓裂井口進(jìn)入井筒。

泡沫發(fā)生器下游連接井口，上游連接壓裂車(chē)主管線，匯入含起泡劑的壓裂液和支撐劑，兩側(cè)連接液氮管線利用對(duì)沖作用和兩側(cè)的起泡簧片打散液氮?dú)饬鳎勾蛏⒌牡獨(dú)饬骱蛪毫岩撼浞只旌?，形成氮?dú)馀菽?，使氮?dú)夂蛪毫岩撼浞只旌稀?/p>

3.2 現(xiàn)場(chǎng)施工情況

該井盒8 段于2018年9月22日進(jìn)行了第一次壓裂改造，施工泵注壓裂液103.4m3，液氮89m3，完成加砂19.3m3，平均砂比33%。施工末期含沙濃度為450kg/m3的攜砂液進(jìn)入地層時(shí)，地層壓力驟升超壓，呈現(xiàn)由于地層縫度不足，導(dǎo)致砂堵的跡象。

本次壓后放噴4h點(diǎn)火成功，火焰1～2m，此時(shí)返排率44.4%。結(jié)合井口壓力恢復(fù)較快的情況來(lái)看，實(shí)現(xiàn)了利用泡沫降低入地液量，降低儲(chǔ)層傷害，提高裂縫壓后清理，增加地層能量的目的。但與本區(qū)域鄰井相比，本次初次壓裂整體規(guī)模和加砂量偏小。結(jié)合第一次施工壓力(39.8～33.8MPa)來(lái)看，具備進(jìn)一步擴(kuò)大規(guī)模的改造條件。

二次壓裂為加強(qiáng)造縫、攜砂，將使用交聯(lián)氮?dú)馀菽瓟y砂，增加改造規(guī)模，加大加砂量并在前置液階段使用交聯(lián)膠清理近井地帶。

二次改造泵注液量103.4m3，液氮89m3，成功加砂30.3m3，經(jīng)過(guò)4 天放噴排液即排盡井筒殘液，最終經(jīng)過(guò)測(cè)試獲得日產(chǎn)氣量20698m3。

3.3 氮?dú)馀菽瓑毫言诿?23井應(yīng)用結(jié)果分析

(1)與常規(guī)壓裂相比該井入地液體大幅減少，僅為常規(guī)壓裂的(30%～40%)，加砂30.3m3，入井液量?jī)H為103.4m3。

(2)該井全井未采用交聯(lián)液，殘膠傷害低，且泡沫液體高粘度，不易濾失進(jìn)地層，儲(chǔ)層傷害小。

(3)提高生產(chǎn)效率，返排速率高，氮?dú)庠黾拥貙觾?chǔ)能，僅4 天就完成了排液周期。

(4)需要返出液量小，排出液體僅為89.4m3，節(jié)省了返排液處理成本，降低了環(huán)保壓力。

(5)改造效果好，獲得的試氣成果與鄰井對(duì)比均具有較高產(chǎn)量。鄰井試氣成果及效果評(píng)價(jià)如表1 所示。

表1 鄰井試氣成果及效果評(píng)價(jià)

4 結(jié)語(yǔ)

氮?dú)馀菽瓑毫压に囕^常規(guī)壓裂具有很多優(yōu)勢(shì)，主要體現(xiàn)在以下幾方面：

(1)提高生產(chǎn)效率。長(zhǎng)慶油田氣藏部分地區(qū)常規(guī)壓裂面臨備水速度慢、返排液處理難、排液速度慢等問(wèn)題。氮?dú)馀菽瓑毫讶刖毫可?、返排速率高、反排液量少等?yōu)點(diǎn)能有效解決當(dāng)前的生產(chǎn)矛盾，特別適合長(zhǎng)慶氣藏開(kāi)發(fā)應(yīng)用。

(2)改造效果好。氮?dú)馀菽瓑毫厌槍?duì)水敏地層改造能起到很好的抑制水敏作用，全程無(wú)交聯(lián)的液體體系對(duì)儲(chǔ)層傷害更小，且濾失小的特點(diǎn)能提高造縫能力，有效對(duì)地層完成造縫加砂，滿(mǎn)足改造要求。

(3)工藝實(shí)施應(yīng)用簡(jiǎn)單。通過(guò)米123 井的應(yīng)用，在當(dāng)前常規(guī)壓裂設(shè)備的基礎(chǔ)上，氮?dú)馀菽瓑毫咽┕o(wú)需進(jìn)行設(shè)備改造，僅需增加液氮數(shù)量便可滿(mǎn)足施工要求。

鑒此，建議進(jìn)一步加大該項(xiàng)工藝施工規(guī)模，探索普及應(yīng)用的可行性。