陳 挺，趙 昊，劉 壘，姚展華，王志強(qiáng)

（1.中國石油渤海鉆探工程技術(shù)研究院，天津 300280；2.中國石油西南油氣田四川長寧天然氣開發(fā)有限責(zé)任公司，四川宜賓 644399；3.中國石油渤海鉆探井下技術(shù)服務(wù)分公司，天津 300280）

鄂爾多斯盆地蘇里格氣田屬于低壓低滲透低孔隙度的致密砂巖氣藏，主要產(chǎn)層為二疊系盒8 和山1 段。隨著開發(fā)的進(jìn)行，井位部署逐漸向主力砂體的邊緣地帶拓展，層內(nèi)非均質(zhì)性強(qiáng)、氣層薄且砂泥巖交互特征明顯的儲(chǔ)層所占比例增大。針對這部分無法采用封隔器進(jìn)行有效封隔、籠統(tǒng)壓裂改造不充分的井，采用不動(dòng)管柱水力噴砂射孔壓裂工藝和復(fù)雜縫網(wǎng)壓裂工藝進(jìn)行改造，同時(shí)為了配合這兩種需要大液量、大砂量的施工工藝，改進(jìn)了液體體系進(jìn)行連續(xù)混配施工。

1 不動(dòng)管柱水力噴砂射孔壓裂技術(shù)

高速射流產(chǎn)生的動(dòng)能在水力孔眼中轉(zhuǎn)化為靜壓能，當(dāng)孔內(nèi)滯止壓力超過地層破裂壓力時(shí)壓開地層，保持環(huán)空壓力低于已壓裂層段裂縫延伸壓力使得環(huán)空中流體只能進(jìn)入射流所在位置的人工裂縫，這就是水力噴射壓裂的自封隔作用。對于采用常規(guī)封隔器無法有效封隔的層段能夠進(jìn)行有效封隔[1]。

利用滑套式噴射器配套Φ73.0 mm 或Φ88.9 mm油管可實(shí)現(xiàn)不動(dòng)管柱噴射壓裂工藝。采用螺旋布孔方式布置噴嘴來減小水力孔眼對套管強(qiáng)度的影響[2]，噴嘴相位選擇60°，并盡可能減小該夾角使得水力孔眼軸線與最大水平主應(yīng)力方向一致[3，4]來降低破裂壓力。噴嘴結(jié)構(gòu)選擇8×Φ5.5 mm、6×Φ6.3 mm 和8×Φ5.5 mm 組合。考慮破巖最優(yōu)噴射壓力和噴嘴磨損，噴射速度為200～230 m/s。

初期施工時(shí)，管柱采用Φ88.9 mm N80 外加厚油管和Φ73.0 mm N80 外加厚油管的組合管柱進(jìn)行壓裂施工，噴嘴結(jié)構(gòu)選用8×Φ5.5 mm。為降低環(huán)空摩阻、保證壓裂施工時(shí)油管排量，Φ88.9 mm N80 外加厚油管長度盡可能增長。以蘇7X 井為例，Φ88.9 mm N80 外加厚油管長度為2 500 m，Φ73.0 mm N80 外加厚油管長度為900 m。水力噴砂射孔施工時(shí)，由于油套環(huán)空空間小，油管注入壓力過高，接近油管限壓68 MPa。為保證順利射孔，射孔階段磨料濃度由123 kg/m3降低至80 kg/m3，油管壓力隨之降低至56 MPa。打隔離液后，將磨料濃度提高至123 kg/m3繼續(xù)射孔。注入18.5 m3射孔液后油管壓力突降，表明地層起裂，后續(xù)層位射孔壓力正常并完成加砂。按照此管柱結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工的井均存在射孔階段壓力過高的問題（見圖1）。

圖1 蘇7X 井第一段施工曲線

為了解決噴砂射孔階段油管注入壓力過高的問題，對4 口井進(jìn)行了電纜傳輸射孔+不動(dòng)管柱水力噴砂射孔壓裂現(xiàn)場試驗(yàn)。管柱結(jié)構(gòu)采用Φ88.9 mm N80 外加厚油管和Φ73.0 mm N80 外加厚油管的組合管柱。第一層采用電纜傳輸射孔，射孔位置選擇氣層解釋層段位置；后續(xù)層位射孔采用不動(dòng)管柱水力噴砂射孔壓裂，噴嘴結(jié)構(gòu)采用8×Φ5.5 mm。蘇2X 井第二段施工曲線（見圖2），由圖2 可以看出第一層電纜傳輸射孔后，第二層的施工壓力低，施工過程順利。該井試氣無阻流量達(dá)到43.181 3×104m3/d，為該區(qū)塊全年最高。

圖2 蘇2X 井第二段施工曲線

為進(jìn)一步優(yōu)化施工工藝，減小壓裂工具復(fù)雜程度，不動(dòng)管柱全部采用Φ73.0 mm N80 外加厚油管，優(yōu)化噴嘴結(jié)構(gòu)為6×Φ6.3 mm 和8×Φ5.5 mm 組合。以蘇9X井為例，由于采用小油管壓裂，射孔壓力低，壓裂過程中油管壓力保持在60 MPa 以下，該井無阻流量達(dá)到18.261 9×104m3/d，達(dá)到地質(zhì)預(yù)期。優(yōu)化后該工藝共應(yīng)用16 井次，效果良好，平均試氣無阻流量達(dá)到15.826 5×104m3/d（見圖3）。

圖3 蘇9X 井第一段施工曲線

2 復(fù)雜縫網(wǎng)壓裂技術(shù)

借鑒致密氣藏水平井體積壓裂工藝思路[5]，在直（斜）井采用復(fù)雜縫網(wǎng)壓裂工藝技術(shù)，利用大排量低黏度前置液造主縫、大排量交聯(lián)凍膠攜帶陶粒支撐主裂縫并在其基礎(chǔ)上生成次生裂縫，連通砂巖、泥巖，充分改造目的層所在砂體，增大儲(chǔ)層改造體積以獲得良好產(chǎn)能。蘇里格氣田致密砂巖儲(chǔ)層高角度裂縫發(fā)育[5]、砂巖脆性指數(shù)較高[6]、兩向應(yīng)力非均質(zhì)性系數(shù)較低[7，8]，這些條件有利于產(chǎn)生多方向的水力裂縫，進(jìn)一步形成復(fù)雜縫網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

選取分別位于2 個(gè)平臺(tái)的4 口直（斜）井做對比試驗(yàn)，其中S25X 井和S27X 井位于同一平臺(tái)，S18X 井和S19X 井位于同一平臺(tái)。S25X 井、S18X 井層厚分別為4.5 m 和5.1 m，孔隙度12.44%～14.01%，滲透率1.14×10-3μm2～1.39×10-3μm2，含氣飽和度55.26%～62.39%，目的層上部與下部有若干薄差氣層，且氣層與差氣層之間有厚度為0.5～1.5 m 不等的泥巖隔層。這2 口井前置液階段采用滑溜水造復(fù)雜裂縫，攜砂液階段采用交聯(lián)凍膠攜砂對主裂縫進(jìn)行延伸和支撐[9，10]。采用常規(guī)分層壓裂的2 口對比井的物性與試驗(yàn)井相當(dāng)。本次現(xiàn)場試驗(yàn)采用兩種方法監(jiān)測裂縫的生成與延伸。S18X 井和S19X 井采用聲傳導(dǎo)定位裂縫監(jiān)測技術(shù)，S25X 井和S27X 井采用被動(dòng)地震發(fā)射地震層析成像技術(shù)。

復(fù)雜縫網(wǎng)壓裂井采用Φ60.3 mm 油管環(huán)空注入，排量8.0 m3/min。常規(guī)分層壓裂井采用Φ73.0 mm 油管注入、K344-114 單封隔器兩層分壓工藝，采用3.0 m3/min排量施工。復(fù)雜縫網(wǎng)壓裂前置液階段滑溜水添加0.1%降阻劑，減阻率為76.5%；攜砂液交聯(lián)凍膠添加0.3%羥丙基胍膠。常規(guī)分層壓裂井的基液羥丙基胍膠濃度為0.45%。支撐劑選用中密度高強(qiáng)度陶粒，粒徑0.425～0.85 mm，體積密度1.75 g/cm3。

S25X 井加砂120.0 m3，入井液量1 015.5 m3，排量8.0 m3/min，平均砂比18.3%，最高砂比31.2%；S18X 井加砂120.0 m3，入井液量962.6 m3，排量8.0 m3/min，平均砂比17.7%，最高砂比29.0%。施工中，前置液階段套管壓力保持平穩(wěn)，高黏度攜砂液階段套管壓力緩慢上升，完成設(shè)計(jì)加砂量。

試驗(yàn)井與對比井的生產(chǎn)情況（見表1）。以S18X 井和S19X 井為例，前者的氣層厚度與砂體厚度均小于后者，經(jīng)過體積壓裂改造后，無阻流量是后者的1.57倍，說明經(jīng)過體積壓裂的儲(chǔ)層，形成的復(fù)雜縫網(wǎng)泄流體積更大，為甲烷從儲(chǔ)層基質(zhì)流向井筒提供了更為通暢的高滲透率通道。在試驗(yàn)井成功的基礎(chǔ)上，后續(xù)進(jìn)行了5 口直井的體積壓裂現(xiàn)場試驗(yàn)，無阻流量達(dá)到12.8～23.4 m3/d，增產(chǎn)比例達(dá)到57.6%～130.2%，顯示出該工藝在蘇里格致密砂巖氣層良好的適應(yīng)性。

表1 生產(chǎn)情況對比

聲傳導(dǎo)定位裂縫監(jiān)測結(jié)果（見圖4）。S18X 井監(jiān)測到四條裂縫，北東60°和南北方向2 條裂縫最長，總造縫長度1 810 m。壓裂液延裂縫向外波及寬度30～100 m。壓裂液波及面積約90 000 m2。

圖4 聲傳導(dǎo)定位裂縫監(jiān)測結(jié)果

S19X井第一層壓開四條裂縫，近東西向縫最長，約300 m，該段共造縫總長約680 m。第二層壓開四條裂縫：東西向裂縫最長，約250 m，該段造縫總長約630 m。對比裂縫監(jiān)測結(jié)果，采用體積壓裂工藝的縫長大于常規(guī)分層壓裂的縫長，且大排量、大液量的大規(guī)模施工方式在主裂縫的基礎(chǔ)上延伸更多的次生裂縫，更為充分地改造儲(chǔ)層，建立了滲透率更高、波及體積更大的人工裂縫網(wǎng)絡(luò)。

微破裂能量掃描四維影像壓裂裂縫監(jiān)測結(jié)果（見表2）。S25X 井的裂縫表體積遠(yuǎn)大于對比井的裂縫表體積，進(jìn)一步驗(yàn)證了聲傳導(dǎo)定位裂縫監(jiān)測結(jié)果。

表2 微破裂能量掃描裂縫監(jiān)測成果

3 連續(xù)混配技術(shù)

不動(dòng)管柱水力噴砂射孔壓裂工藝與復(fù)雜裂縫壓裂工藝均需要大量壓裂液進(jìn)行施工，且目前同一平臺(tái)上有多個(gè)施工井位。按照傳統(tǒng)的先配液后施工方式，多口井的施工需要配備數(shù)量眾多的鐵罐。兩口井之間施工時(shí)間間隔較長，造成整個(gè)平臺(tái)施工周期長。

為了提高大液量壓裂施工效率、減小因配液時(shí)間長造成的壓裂液降解以及降低施工成本，研究了連續(xù)混配壓裂工藝，優(yōu)化了壓裂液體系中的固體添加劑[11]，將常規(guī)配方中防膨劑和氯化鉀替換為高效防膨劑[12]，質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低至0.3%，能夠滿足抑制黏土膨脹和顆粒運(yùn)移的要求，防膨率可達(dá)89%；將pH 調(diào)節(jié)劑替換為液態(tài)堿，能夠滿足壓裂液pH 調(diào)節(jié)和保證壓裂液耐溫性能的要求。

施工工藝方面，現(xiàn)場配備容積50 m3的壓裂液緩沖罐6～10 個(gè)，用軟體罐備壓裂用清水。采用連續(xù)混配設(shè)備配制壓裂液至緩沖罐中，再由其供液進(jìn)行壓裂施工。胍膠壓裂液和滑溜水壓裂液連續(xù)混配時(shí)，胍膠和減阻劑加入量分別按照0.45%和0.1%由連續(xù)混配車吸入。發(fā)泡劑、助排劑、高效防膨劑按照一定比例加入到20 m3水罐車中，再由連續(xù)混配車吸入。

配制胍膠壓裂液時(shí)，液態(tài)堿和交聯(lián)劑在混砂車上加入。液態(tài)堿加入水罐車或4 m3罐中，加水稀釋至液態(tài)堿完全溶解，用流量計(jì)泵加入混砂罐中。根據(jù)取樣口的壓裂液pH 值確定液態(tài)堿的加入量，控制壓裂液pH值在10～11。交聯(lián)劑由混砂車上液添系統(tǒng)加入，根據(jù)壓裂泵車排量調(diào)整加入量，控制交聯(lián)時(shí)間在40～60 s。

采用連續(xù)混配作業(yè)方式能夠有效減少設(shè)備動(dòng)遷、降低壓裂液損耗、提高作業(yè)效率。作業(yè)隊(duì)提前做好多口井的井筒準(zhǔn)備工作后，可一次性完成兩口井以上的壓裂施工，且施工結(jié)束后緩沖罐內(nèi)不留液體或僅殘留少量壓裂液，降低成本的同時(shí)減輕了環(huán)保壓力?，F(xiàn)場配制的壓裂液性能穩(wěn)定，六速旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)測得的基液黏度與流變儀在90 ℃、170 s-1條件下測得的交聯(lián)凍膠液黏度達(dá)到常規(guī)配制方法的性能（見表3）。

表3 不同配制方式壓裂液的黏度

4 結(jié)論

（1）不動(dòng)管柱水力噴砂射孔壓裂技術(shù)能夠有效解決砂泥互層儲(chǔ)層無法有效封隔的問題。優(yōu)化后的管柱結(jié)構(gòu)為Φ73.0 mm N80 外加厚油管帶滑套噴射器，噴嘴組合為6×Φ6.3 mm 和8×Φ5.5 mm，能夠有效降低射孔壓力，保障施工順利進(jìn)行。

（2）復(fù)雜縫網(wǎng)壓裂工藝能夠充分改造砂泥互層特征明顯的致密儲(chǔ)層。采用Φ60.3 mm 油管環(huán)空注入方式能夠提高注入排量，變黏度壓裂液體系能夠有效制造復(fù)雜縫網(wǎng)結(jié)構(gòu)。裂縫監(jiān)測結(jié)果證明采用該工藝得到縫網(wǎng)的復(fù)雜程度遠(yuǎn)大于常規(guī)壓裂。

（3）連續(xù)混配工藝減小了用液量、提高了施工效率，有力保證了需要大液量、大砂量的不動(dòng)管柱水力噴砂射孔壓裂工藝和復(fù)雜縫網(wǎng)壓裂工藝的順利施工。