金萍，王獻(xiàn)，張尚明，王魯川，盧志敏

（新疆油田黑油山有限責(zé)任公司，新疆 克拉瑪依 834000）

0 引言

我國(guó)非常規(guī)油氣資源儲(chǔ)量在總油氣儲(chǔ)量中占據(jù)非常大的比重，近年來(lái)，針對(duì)非常規(guī)油氣資源的勘探與開(kāi)發(fā)受到越來(lái)越多的關(guān)注。致密油作為一種非常規(guī)油氣資源，其儲(chǔ)層通常具有低孔、低滲、非均質(zhì)性強(qiáng)及自然產(chǎn)能較低的特點(diǎn)，壓裂技術(shù)是此類(lèi)油藏最常用的增產(chǎn)措施[1-4]。由于常規(guī)加砂壓裂措施的支撐劑是連續(xù)均勻鋪置，容易受到支撐劑破碎、嵌入以及壓裂液殘?jiān)氯纫蛩氐挠绊?，?dǎo)致壓裂施工后的裂縫導(dǎo)流能力低于預(yù)期，而且壓裂后產(chǎn)能降低速度較快，影響壓裂增產(chǎn)的效率[5-7]。

高速通道壓裂技術(shù)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型壓裂增產(chǎn)措施。自2010年起，在美國(guó)、俄羅斯及加拿大等國(guó)家得到成功應(yīng)用，取得較好的壓裂增產(chǎn)效果[8-12]。高速通道壓裂技術(shù)采用脈沖式的泵注工藝，將壓裂液和支撐劑分段注入地層，實(shí)現(xiàn)了支撐劑在地層中非均勻鋪置的效果，可以形成具有較大滲流通道的柱塞支撐裂縫，大幅降低流體滲流阻力，使得裂縫具有較高的導(dǎo)流能力，有利于提高油氣采收率[13-15]。此外，與常規(guī)壓裂技術(shù)相比，高速通道壓裂技術(shù)還可以有效降低壓裂液和支撐劑的用量，降低壓裂施工的成本[16-21]。因此，本文以陸上某致密砂巖油藏的儲(chǔ)層段巖樣為研究對(duì)象，開(kāi)展了高速通道壓裂裂縫導(dǎo)流能力影響因素實(shí)驗(yàn)研究，主要考察了支撐劑鋪置方式、支撐劑類(lèi)型、支撐劑篩目、鋪砂濃度、纖維加量及壓裂液類(lèi)型對(duì)高速通道壓裂裂縫導(dǎo)流能力的影響，并在致密砂巖油藏現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了應(yīng)用，為提高此類(lèi)油藏壓裂增產(chǎn)效果提供一定的技術(shù)指導(dǎo)和借鑒。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料及儀器

材料：20/40，30/50，40/70 目陶粒支撐劑，20/40 目石英砂和覆膜砂支撐劑，平定縣天虹石油壓裂支撐劑有限公司；氯化鉀（KCl），濟(jì)南易鑫化工科技有限公司；可降解纖維，山東弘光工程材料有限公司；儲(chǔ)層段巖樣，取自目標(biāo)區(qū)塊現(xiàn)場(chǎng)；不同類(lèi)型壓裂液體系（胍膠壓裂液、清潔壓裂液及滑溜水壓裂液），取自致密砂巖油藏現(xiàn)場(chǎng)。

儀器：NYL-2000D型裂縫導(dǎo)流能力測(cè)試系統(tǒng)（主要包括API導(dǎo)流室、液壓機(jī)及壓力補(bǔ)償系統(tǒng)、線性位移傳感器、液體驅(qū)替系統(tǒng)、壓力傳感器、加熱及溫控系統(tǒng)、計(jì)量系統(tǒng)、數(shù)據(jù)自動(dòng)采集系統(tǒng)等），儀器實(shí)驗(yàn)溫度為室溫～180℃，閉合壓力為0～120 MPa，驅(qū)替流量為0～50 mL/min。

1.2 原理

裂縫通道的滲透率可以通過(guò)流體滲流時(shí)的流量來(lái)進(jìn)行反映。在施加一定閉合壓力的情況下，首先設(shè)計(jì)一定的流量讓流體通過(guò)支撐劑的充填層，然后記錄通過(guò)支撐劑充填層入口和出口的壓力值，最后通過(guò)達(dá)西公式確定裂縫導(dǎo)流能力。通過(guò)改變實(shí)驗(yàn)條件，評(píng)價(jià)不同因素對(duì)裂縫導(dǎo)流能力的影響。

1.3 步驟

1）準(zhǔn)備導(dǎo)流室。在進(jìn)口端、出口端和每個(gè)測(cè)壓孔中均裝入不銹鋼濾網(wǎng)，每次實(shí)驗(yàn)后清洗、更換濾網(wǎng)，將裝有密封圈的底部活塞裝入導(dǎo)流室內(nèi)，并安裝平整。2）準(zhǔn)備導(dǎo)流板。使用目標(biāo)區(qū)塊儲(chǔ)層段巖樣，按照導(dǎo)流室的尺寸大小打磨成導(dǎo)流板，將導(dǎo)流板裝入導(dǎo)流室內(nèi)。3）準(zhǔn)備支撐劑柱塞。根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)需要，首先將支撐劑與一定量的鹽水混合后，使用壓模工具壓制成不同直徑的圓柱形支撐劑柱塞（柱塞個(gè)數(shù)為4，6，8時(shí)，直徑分別為3.28，2.42，1.61 cm，柱塞間距均為 0.5 cm 左右）；然后將柱塞放置于導(dǎo)流室中，將另1片導(dǎo)流板裝入導(dǎo)流室內(nèi)；最后裝入安裝好密封圈的上部活塞。4）將組裝好的導(dǎo)流室連接到裂縫導(dǎo)流能力測(cè)試系統(tǒng)，檢查密封性，施加一定的閉合壓力，設(shè)定一定的流量（3 mL/min），開(kāi)始導(dǎo)流能力測(cè)試實(shí)驗(yàn)（實(shí)驗(yàn)均在室溫下進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)測(cè)試流體均為2%KCl）。5）改變實(shí)驗(yàn)條件（支撐劑鋪置方式、支撐劑類(lèi)型、支撐劑篩目、鋪砂濃度、纖維加量及壓裂液類(lèi)型）。重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟，考察不同因素對(duì)裂縫導(dǎo)流能力的影響情況。

2 結(jié)果與討論

2.1 支撐劑鋪置方式

按照實(shí)驗(yàn)步驟，選擇20/40目陶粒支撐劑，鋪砂濃度為5 kg/m2，分析了支撐劑鋪置方式（連續(xù)鋪砂和不連續(xù)鋪砂）對(duì)高速通道壓裂裂縫導(dǎo)流能力的影響，不連續(xù)鋪砂的支撐劑柱塞個(gè)數(shù)分別為4，6，8。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 支撐劑鋪置方式對(duì)裂縫導(dǎo)流能力的影響

由圖1可知：在閉合壓力相同的情況下，將支撐劑壓制成柱塞進(jìn)行鋪砂時(shí)，裂縫導(dǎo)流能力始終高于連續(xù)鋪砂；柱塞個(gè)數(shù)越多，裂縫導(dǎo)流能力越高。這是由于與連續(xù)鋪砂相比，不連續(xù)鋪砂時(shí)柱塞之間的通道相對(duì)較大，流體通過(guò)時(shí)的流動(dòng)阻力大大降低，從而提高了裂縫導(dǎo)流能力；在相同的鋪砂濃度條件下，柱塞個(gè)數(shù)越多，柱塞的直徑就相對(duì)越小，所形成的支撐裂縫的通道就相對(duì)越大，流體在裂縫中可以通過(guò)的面積就越大，從而降低了滲流阻力，提高了裂縫導(dǎo)流能力。

此外，在閉合壓力的作用下，實(shí)驗(yàn)后的支撐劑柱塞受力擠壓會(huì)產(chǎn)生不同程度的變形現(xiàn)象，導(dǎo)致柱塞分散，支撐劑顆粒分散在裂縫的內(nèi)部，致使部分滲流通道被堵塞，所以當(dāng)閉合壓力越大時(shí)，裂縫導(dǎo)流能力就相對(duì)越低。因此，在現(xiàn)場(chǎng)施工條件允許的情況下，可以考慮支撐劑的鋪置方式為不連續(xù)鋪砂，并且盡可能多地增加柱塞個(gè)數(shù)，以最大限度來(lái)提高壓裂施工后的裂縫導(dǎo)流能力。

2.2 支撐劑類(lèi)型

選擇20/40目支撐劑，鋪砂濃度為5 kg/m2，鋪砂方式為不連續(xù)鋪砂，柱塞個(gè)數(shù)為6，分析了不同支撐劑類(lèi)型對(duì)高速通道壓裂裂縫導(dǎo)流能力的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 不同支撐劑類(lèi)型對(duì)裂縫導(dǎo)流能力的影響

由圖2可知：在低閉合壓力條件下，石英砂作為支撐劑時(shí)，裂縫導(dǎo)流能力與覆膜砂和陶粒相差不大；而當(dāng)閉合壓力逐漸升高時(shí)，石英砂的裂縫導(dǎo)流能力下降幅度最大，覆膜砂次之，陶粒的下降幅度最小。這是由于當(dāng)閉合壓力較高時(shí)，石英砂的破碎率較大，支撐劑柱塞被破壞，堵塞滲流通道，使得大量支撐劑嵌入地層，導(dǎo)致裂縫寬度減小，降低了裂縫導(dǎo)流能力；而陶粒的硬度和強(qiáng)度相對(duì)較大，破碎率相對(duì)較小，對(duì)滲流通道的堵塞程度較小，裂縫導(dǎo)流能力的下降幅度也相對(duì)較小。建議在地層閉合壓力較低的情況下，可以選擇相對(duì)廉價(jià)的石英砂作為支撐劑，而當(dāng)?shù)貙娱]合壓力較高時(shí)，應(yīng)選擇陶粒作為支撐劑。

2.3 支撐劑篩目

選擇支撐劑類(lèi)型為陶粒，鋪砂濃度為5 kg/m2，鋪砂方式為不連續(xù)鋪砂，柱塞個(gè)數(shù)為6，分析了不同支撐劑篩目對(duì)高速通道壓裂裂縫導(dǎo)流能力的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 不同支撐劑篩目對(duì)裂縫導(dǎo)流能力的影響

由圖3可知：在不連續(xù)鋪砂狀態(tài)下，其他實(shí)驗(yàn)條件都相同時(shí)，支撐劑篩目對(duì)裂縫導(dǎo)流能力的影響相對(duì)較小；在閉合壓力相同時(shí)，支撐劑篩目越小，裂縫導(dǎo)流能力相對(duì)越高，但差值較小，20/40目陶粒支撐劑的裂縫導(dǎo)流能力略高于30/50目陶粒和40/70目陶粒。這是由于高速通道壓裂時(shí)，裂縫導(dǎo)流能力主要受通道面積的影響，支撐劑之間形成的孔隙對(duì)裂縫導(dǎo)流能力的影響比較小。因此，在高速通道壓裂現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中，支撐劑篩目大小對(duì)裂縫導(dǎo)流能力的影響基本可以忽略，可根據(jù)實(shí)際情況選擇支撐劑篩目。

2.4 鋪砂濃度

選擇支撐劑類(lèi)型為陶粒，支撐劑篩目為20/40目，鋪砂方式為不連續(xù)鋪砂，柱塞個(gè)數(shù)為6，分析了不同鋪砂濃度對(duì)高速通道壓裂裂縫導(dǎo)流能力的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 不同鋪砂濃度對(duì)裂縫導(dǎo)流能力的影響

由圖4可知：在閉合壓力相同的情況下，鋪砂濃度越高，裂縫導(dǎo)流能力越高；當(dāng)鋪砂濃度為10.0 kg/m2時(shí)，閉合壓力達(dá)到80 MPa的裂縫導(dǎo)流能力仍可以達(dá)到250 μm2·cm左右。這是由于支撐劑的鋪砂濃度越高，在柱塞個(gè)數(shù)一定的條件下，柱塞高度就越高，形成的支撐裂縫寬度就越大，使得裂縫具有較高的導(dǎo)流能力。因此，在高速通道壓裂現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中，應(yīng)盡可能提高支撐劑的鋪砂濃度，以獲得較高的裂縫導(dǎo)流能力。

2.5 纖維加量

選擇支撐劑類(lèi)型為陶粒，支撐劑篩目為20/40目，鋪砂濃度為5 kg/m2，鋪砂方式為不連續(xù)鋪砂，柱塞個(gè)數(shù)為6，分析了不同纖維加量對(duì)高速通道壓裂裂縫導(dǎo)流能力的影響。纖維類(lèi)型為可降解纖維，纖維的長(zhǎng)度為6 mm，直徑為15 μm。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖5。

圖5 不同纖維加量對(duì)裂縫導(dǎo)流能力的影響

由圖5可知：當(dāng)閉合壓力為10 MPa時(shí)，隨著支撐劑中纖維加量的增大，裂縫導(dǎo)流能力越高；而隨著閉合壓力不斷升高，出現(xiàn)了纖維加量最大（0.7%）時(shí)的裂縫導(dǎo)流能力反而小于纖維加量較?。?.5%）時(shí)的情況。這說(shuō)明支撐劑中的纖維加量并不是越大越好，而是存在一個(gè)最佳的纖維加量，使得裂縫導(dǎo)流能力達(dá)到最高。由于纖維加量能夠有效增加支撐劑柱塞的穩(wěn)定性，一定程度上防止柱塞分散，從而可以提高裂縫導(dǎo)流能力；另一方面，支撐劑柱塞在高閉合壓力條件下，不可避免的受力變形，致使部分纖維游離分散在裂縫內(nèi)部，阻礙了流體流動(dòng)，造成裂縫導(dǎo)流能力下降。因此，為了最大限度提高高速通道壓裂裂縫導(dǎo)流能力，應(yīng)選擇合適的纖維加量。

2.6 壓裂液類(lèi)型

選擇支撐劑類(lèi)型為陶粒，支撐劑篩目為20/40目，鋪砂濃度為5 kg/m2，纖維加量為0.5%，鋪砂方式為不連續(xù)鋪砂，柱塞個(gè)數(shù)為6，將組裝好的導(dǎo)流室使用不同類(lèi)型的壓裂液飽和，測(cè)定不同閉合壓力條件下裂縫導(dǎo)流能力的變化，分析了不同壓裂液類(lèi)型對(duì)裂縫導(dǎo)流能力的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖6。

圖6 不同壓裂液類(lèi)型對(duì)裂縫導(dǎo)流能力的影響

由圖6可知，不同壓裂液對(duì)裂縫導(dǎo)流能力的影響相對(duì)較小，當(dāng)閉合壓力大于30 MPa時(shí)，使用這3種壓裂液飽和的裂縫導(dǎo)流能力與使用2%氯化鉀飽和的相差不大。這是由于高速通道壓裂時(shí)，裂縫網(wǎng)絡(luò)比較發(fā)育，壓裂液主要從柱塞之間的大孔隙中通過(guò)，不會(huì)對(duì)裂縫產(chǎn)生較大傷害。但是，由于高速通道壓裂需要在較高的鋪砂濃度下才能獲得較高的裂縫導(dǎo)流能力，致密砂巖油藏高速通道壓裂又需要相對(duì)較高的施工排量，因此在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工過(guò)程中，建議選擇具有較強(qiáng)攜砂能力、可以滿(mǎn)足較大施工排量需要的清潔壓裂液體系進(jìn)行壓裂施工。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

陸上某油田屬于典型的致密砂巖油藏，前期采用常規(guī)壓裂施工效果不好，壓裂后普遍存在返排率低、地層傷害程度高以及裂縫導(dǎo)流能力較低等問(wèn)題，并且油井投產(chǎn)后產(chǎn)量下降速度較快。因此，為了提高致密砂巖油藏壓裂增產(chǎn)的施工效率，在該油田某致密砂巖油藏S區(qū)塊實(shí)施了高速通道壓裂，共施工10井次，成功率達(dá)100%。

表1為高速通道壓裂與常規(guī)壓裂施工參數(shù)及壓裂增產(chǎn)效果對(duì)比。其中，高速通道壓裂與常規(guī)壓裂施工的支撐劑選擇20/40目陶粒，纖維加量為0.5%，壓裂液類(lèi)型為清潔壓裂液。此外，實(shí)施高速通道壓裂3口井的攜砂液脈沖時(shí)間間隔為1.5～2.0 min，中頂液脈沖時(shí)間為10.5～16.5 s。

表1 高速通道壓裂與常規(guī)壓裂施工參數(shù)及壓裂增產(chǎn)效果對(duì)比

由表1可以看出，實(shí)施高速通道壓裂的3口井初期日產(chǎn)油量與常規(guī)壓裂的3口井相差不大，但隨著開(kāi)采時(shí)間延長(zhǎng)，S-5井、S-6井和S-7井的累計(jì)產(chǎn)油量明顯高于S-1井、S-2井和S-3井。這說(shuō)明實(shí)施高速通道壓裂能夠長(zhǎng)期保持較高的裂縫導(dǎo)流能力，降低原油流動(dòng)阻力，提高油井產(chǎn)能，達(dá)到良好的壓裂增產(chǎn)效果，具有較好的推廣應(yīng)用前景。

4 結(jié)論

1）支撐劑鋪置方式對(duì)裂縫導(dǎo)流能力的影響較大，不連續(xù)鋪砂的裂縫導(dǎo)流能力明顯高于連續(xù)鋪砂，柱塞個(gè)數(shù)越多，裂縫導(dǎo)流能力越高。陶粒作為支撐劑時(shí)，裂縫導(dǎo)流能力優(yōu)于石英砂和覆膜砂。鋪砂濃度越高，裂縫導(dǎo)流能力也越高。纖維的加入能夠有效提高裂縫導(dǎo)流能力，推薦最優(yōu)纖維加量為0.5%。支撐劑篩目及不同壓裂液類(lèi)型對(duì)裂縫導(dǎo)流能力的影響相對(duì)較小。

2）致密砂巖油藏的油井實(shí)施高速通道壓裂后，初期日產(chǎn)油量與實(shí)施常規(guī)壓裂的油井相差不大。但是長(zhǎng)期來(lái)看，實(shí)施高速通道壓裂的油井累計(jì)產(chǎn)油量明顯高于實(shí)施常規(guī)壓裂的油井，說(shuō)明實(shí)施高速通道壓裂取得了良好的增產(chǎn)效果，能夠提高致密砂巖油藏壓裂增產(chǎn)的施工效率。