朱雯釗，苗 娟，陳思韻，雷 蕾，劉 菊

(1.中國(guó)石油西南油氣田分公司，四川 成都 610000；2.西南石油大學(xué)，四川 南充 637000；3.中國(guó)石油濟(jì)柴動(dòng)力有限公司，四川 成都 610000)

0 引 言

四川盆地高石梯-磨溪地區(qū)燈影組燈四段氣藏為碳酸鹽巖氣藏，儲(chǔ)量豐富[1-2]。開發(fā)前期以直井分層壓裂為主，試油產(chǎn)量為1×104～100×104m3/d[3]。主要原因?yàn)椴糠謪^(qū)塊儲(chǔ)層物性差，低孔低滲，楊氏模量、泊松比高，導(dǎo)致破裂壓力高和裂縫延伸困難，常規(guī)酸化壓裂工藝波及范圍較小，近井導(dǎo)流能力有限。為增加單井產(chǎn)量及延長(zhǎng)增產(chǎn)有效期，實(shí)施了大斜度井及水平井多級(jí)暫堵分段壓裂技術(shù)，取得顯著增產(chǎn)效果[4-11]。

深層大斜度井水平井分段壓裂工藝常用工藝包括裸眼封隔器分段壓裂、連續(xù)油管分段壓裂[12-14]、化學(xué)材料暫堵轉(zhuǎn)向分段壓裂技術(shù)。而目前裸眼封隔器與滑套的組合機(jī)械分段壓裂后的低產(chǎn)井仍需進(jìn)一步增加壓裂段數(shù)，提高全井段的壓裂程度[15]；增加封隔器的數(shù)量加大了施工風(fēng)險(xiǎn)，增大了作業(yè)成本。碳酸鹽巖裸眼水平井壓裂過(guò)程中利用纖維暫堵已有裂縫，迫使壓裂液轉(zhuǎn)向開啟新裂縫是增加壓裂段數(shù)的有效手段，該方法不增加封隔器數(shù)量，操作成本低[16]，可實(shí)現(xiàn)全井段充分壓裂。但目前常用的纖維暫堵分層分段壓裂工藝壓裂效果差異性較大，暫堵后施工壓力反應(yīng)不一，部分井暫堵纖維送至井底后施工壓力沒(méi)有明顯變化，未出現(xiàn)暫堵后壓裂液轉(zhuǎn)向新層段的特征[17]。因此，通過(guò)開展暫堵物理模擬實(shí)驗(yàn)，論證了實(shí)施纖維暫堵轉(zhuǎn)向的可行性，優(yōu)化了纖維類型及使用濃度，根據(jù)不同施工條件，實(shí)現(xiàn)了暫堵纖維的定量使用，克服了現(xiàn)有技術(shù)以現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)為主的不足，同時(shí)配合井下分層分段工具，實(shí)現(xiàn)了深層碳酸鹽巖大斜度井及水平井多級(jí)分段壓裂。

1 儲(chǔ)層特征

高石梯-磨溪潛伏構(gòu)造帶位于四川盆地樂(lè)山-龍女寺古隆起帶軸部東區(qū)的安岳-遂寧-漳南之間，主要發(fā)育南北向和東西向2組構(gòu)造線，斷裂不發(fā)育。近幾年對(duì)高石梯-磨溪地區(qū)的整體勘探取得了較好的效果，截至2021年底，探明含氣面積為805.26 km2；氣藏構(gòu)造平緩，地層傾角為3～5 °，閉合高度為161 m,具有局部多高點(diǎn)特征。但隨著勘探程度不斷加深，Ⅱ、Ⅲ類儲(chǔ)層占比越來(lái)越高。Ⅱ、Ⅲ類儲(chǔ)層特征為：主要分布于震旦系臺(tái)內(nèi)及勘探外圍區(qū)，平均孔隙度為2.5%～4.0%，平均滲透率小于0.05 mD；縱向上多層，單層平均厚度不足15 m，層間差異大，儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)；儲(chǔ)層孔洞縫發(fā)育程度低，主要以溶孔發(fā)育為主，溶洞基本不發(fā)育，連通性較差；楊氏模量(平均為56.3 GPa)及泊松比(平均為0.26)均較大，呈塑性特征，破裂壓力高；儲(chǔ)層壓裂易形成垂直縫，水平主應(yīng)力差值大，壓裂形成復(fù)雜縫難度大；儲(chǔ)層埋深普遍超過(guò)5 000 m，地層溫度為151.27～156.13 ℃，平均為153.23 ℃，地溫梯度為0.026 ℃/m，屬于高溫深層氣藏[9]。

2 纖維暫堵轉(zhuǎn)向工藝優(yōu)化

纖維暫堵轉(zhuǎn)向的效果受層段間應(yīng)力差及壓力升高幅度影響，當(dāng)儲(chǔ)層層段間應(yīng)力差已知時(shí)，能否實(shí)現(xiàn)暫堵轉(zhuǎn)向主要決定于井底壓力的升高幅度。纖維暫堵后人工裂縫壓力的變化計(jì)算公式為：

(1)

式中：Kf為人工裂縫滲透率，D；W為裂縫寬度，cm；D為巖心直徑，cm；Q為泵注排量，cm3/s；μ為流體表觀黏度，mPa·s；L為劈裂巖心長(zhǎng)度，cm；Δp為巖心進(jìn)出口兩端壓差，MPa。

由式(1)可知，為得到較高的壓差，需優(yōu)化的參數(shù)包括排量、流體表觀黏度、纖維種類及用量。其中，裂縫寬度與壓裂液黏度及排量相關(guān)，暫堵材料鋪置的長(zhǎng)度范圍與纖維種類及用量相關(guān)。但加入纖維暫堵劑后壓差的變化是綜合影響的結(jié)果，單一因素?zé)o法直接計(jì)算。因此，需要開展纖維轉(zhuǎn)向物理模擬研究，優(yōu)化暫堵轉(zhuǎn)向工藝參數(shù)。

2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

暫堵實(shí)驗(yàn)采用可降解纖維，其網(wǎng)狀橋架作用可輔助實(shí)現(xiàn)裂縫轉(zhuǎn)向，施工結(jié)束后關(guān)井一段時(shí)間，纖維可完全降解，不影響裂縫的壓裂效果[18-19]。人工裂縫監(jiān)測(cè)結(jié)合數(shù)值模擬表明，水力壓裂人工裂縫的寬度為3～8 mm。根據(jù)裂縫寬度優(yōu)選暫堵纖維的長(zhǎng)度分別為3、6、12 mm，現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)表明，組合纖維的暫堵效果優(yōu)于單一長(zhǎng)度纖維，因此，實(shí)驗(yàn)采用組合纖維，3種纖維的比例均為1/3。測(cè)試?yán)w維質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為1.5%、2.0%、2.5%，排量為80～250 mL/min。

利用川慶鉆探公司研制的ZD-1型暫堵模擬實(shí)驗(yàn)裝置，開展可降解纖維組合暫堵劑暫堵轉(zhuǎn)向物理模擬實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示，由泵注設(shè)備、壓力計(jì)、夾持器、活塞、流量計(jì)、燒杯等組成。夾持器中放置對(duì)稱的2塊巖心，巖心為采集天然露頭巖樣，加工為長(zhǎng)寬高為20 mm×10 mm×3 mm的巖心板，巖心孔隙度為5%，滲透率為0.1 mD。設(shè)置裂縫縫寬為8 mm；裝置整體承壓為20 MPa，最大泵注流量為300 mL/min；柱塞缸體容積為4 L；夾持器進(jìn)出液端管徑為10 mm，可加熱至150 ℃；通過(guò)流量計(jì)與壓力計(jì)讀取不同流量下對(duì)應(yīng)的壓力，對(duì)比暫堵效果。

圖1 ZD-1型暫堵模擬實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)步驟：①將2塊巖心放置夾持器中，巖心中間放置直徑為8 mm的巖石小顆粒，模擬8 mm人工裂縫寬度；②活塞缸體中加入4 L左右質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%胍膠壓裂液基液，基液中分別添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%、2.0%、2.5%的組合纖維；③初始排量為50 mL/min，逐步增至250 mL/min，記錄每個(gè)排量下壓力的變化，通過(guò)壓力變化分析纖維暫堵效果，確定最佳暫堵方案。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

不同組合纖維暫堵實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。由表1可知：暫堵纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%時(shí)，低排量下長(zhǎng)時(shí)間泵注后，施工壓力無(wú)明顯升高，或出現(xiàn)短暫升高后迅速下降現(xiàn)象，當(dāng)排量超過(guò)200 mL/min時(shí)，出現(xiàn)一定程度的暫堵能力，施工壓力升高后下降較快，說(shuō)明組合纖維在較低使用濃度下，暫堵效果較差，且對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工排量要求高。質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.0%時(shí)，低排量下封堵能力弱，縫口施工壓力升至8～12 MPa，隨著施工時(shí)間延長(zhǎng)，封堵位置易被突破；較高排量下封堵效果較好，壓力升至15 MPa，封堵穩(wěn)定性較好，不易被突破。質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.5%時(shí)，低排量及高排量下均表現(xiàn)出較好的封堵能力，縫口施工壓力升至15 MPa，封堵壓力穩(wěn)定性好。

由此可知，質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低時(shí)，纖維封堵能力弱，低排量下無(wú)法實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度封堵；質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.5%的組合纖維，流量為120～250 mL/min時(shí)，可對(duì)8 mm寬的裂縫產(chǎn)生良好的封堵效果，封堵壓力達(dá)到限壓15 MPa，且封堵過(guò)程中未出現(xiàn)突破，封堵穩(wěn)定。考慮實(shí)際施工井筒泵注組合暫堵纖維后，在壓裂液中存在分散運(yùn)移、濃度下降的情況，需適當(dāng)提高施工排量。

表1 不同組合纖維暫堵實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3 應(yīng)用實(shí)例

西南油氣田高石梯-磨溪區(qū)塊碳酸鹽巖油氣資源儲(chǔ)量豐富，儲(chǔ)層埋藏深，基質(zhì)致密，天然裂縫非均質(zhì)性強(qiáng)，裸眼封隔器與纖維暫堵相結(jié)合實(shí)施大斜度井全井段壓裂，顯著提高了單井產(chǎn)量，得到大量應(yīng)用，已在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施超過(guò)80口井。其中，高石00A-X1井為高石梯-磨溪區(qū)塊的一口斜井，完鉆層位為燈四段，井深為6 098.00 m(垂深為5 165.29 m)。采用裸眼完井，裸眼段為5 253.00～6 098.00 m。該井共解釋氣層7層，儲(chǔ)層總厚度為351.6 m，其中II類儲(chǔ)層厚度為3.8 m，平均孔隙度為7.2%；III類儲(chǔ)層厚度為347.9 m，平均孔隙度為3.0%。依據(jù)大斜度井及水平井分層分段方法，采用裸眼封隔器將壓裂段分為5 253.00～5 415.00 m、5 415.00 ～ 5 590.00 m、5 590.00～5 760.00 m、5 760.00～5 950.00 m、5 950.00～6 098.00 m 5段，每段跨度均較大，段內(nèi)采用酸化壓裂。人工裂縫一般在儲(chǔ)層低應(yīng)力段起裂，在無(wú)其他因素干擾情況下，每段內(nèi)僅有1條人工裂縫，不利于擴(kuò)大壓裂體積。因此，根據(jù)該井實(shí)際情況和試油工藝的可操作性，采用裸眼封隔器分段+段內(nèi)纖維暫堵轉(zhuǎn)向細(xì)分小段，每段內(nèi)設(shè)計(jì)1次纖維暫堵轉(zhuǎn)向，可增加1～2條人工裂縫，實(shí)際壓裂體積可增加一倍，能顯著提高壓裂效果，實(shí)現(xiàn)大斜度段全部壓裂的目的。實(shí)際施工時(shí)向井筒擠入的總液量為1 795 m3，向地層擠入的總液量為1 614 m3，組合暫堵纖維質(zhì)量為330 kg，施工排量為7.0～8.0 m3/min，施工泵壓為60～80 MPa(圖2)。

圖2 高石00A-X1井燈四段酸化壓裂施工曲線

由暫堵轉(zhuǎn)向物模實(shí)驗(yàn)可知，在完井管柱內(nèi)徑為88.9 mm、暫堵纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.5%的情況下，施工排量應(yīng)達(dá)到6.0 m3/min以上才能實(shí)現(xiàn)暫堵轉(zhuǎn)向。實(shí)際施工時(shí)，暫堵轉(zhuǎn)向階段施工排量為7.0～8.0 m3/min，第1、2、4段暫堵纖維到達(dá)井底后，排量不變，施工壓力明顯上升，判斷暫堵轉(zhuǎn)向成功，達(dá)到產(chǎn)生新裂縫的目的。該井壓裂后測(cè)試日產(chǎn)氣量為112.7×104m3/d，取得了顯著的增產(chǎn)壓裂效果。截至2021年年底，高石梯-磨溪構(gòu)造燈影組大斜度井及水平井分層分段酸壓工藝現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)31井次，其中，裸眼封隔器分段+纖維暫堵轉(zhuǎn)向分段壓裂大斜度井及水平井13口，平均測(cè)試日產(chǎn)氣量為74.1×104m3/d，較未采用暫堵轉(zhuǎn)向壓裂井的日產(chǎn)氣量高43%，證實(shí)了該多級(jí)分段壓裂技術(shù)具有較好的應(yīng)用潛力。

4 結(jié) 論

(1) 纖維暫堵物理模擬實(shí)驗(yàn)表明，在已開啟的人工裂縫中泵注長(zhǎng)度為3～12 mm，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.5%的纖維暫堵劑時(shí)，可實(shí)現(xiàn)封堵轉(zhuǎn)向的目的，證實(shí)纖維暫堵轉(zhuǎn)向分段壓裂具有可行性。

(2) 采用裸眼封隔器分段與段內(nèi)纖維暫堵轉(zhuǎn)向相結(jié)合的大斜度井及水平井多級(jí)分段壓裂技術(shù)，可有效提高全井段壓裂程度，在高石梯-磨溪區(qū)塊Ⅱ、Ⅲ類儲(chǔ)層壓裂中取得較好的應(yīng)用效果，與未采用纖維暫堵的同類壓裂井相比，壓裂井日產(chǎn)量可提高43%。