李雷，徐兵威，何青，陳付虎，張永春，李國鋒

（中國石化華北分公司工程技術(shù)研究院，河南 鄭州 450006）

鄂爾多斯盆地大牛地氣田為儲量豐富的典型低孔、低滲、低壓氣田，儲層特點決定了采用水平井是獲得經(jīng)濟開發(fā)的必要手段［1-2］。通過前期壓裂改造先導(dǎo)試驗，大牛地氣田逐步形成了以多級管外封隔器分段壓裂工藝為主導(dǎo)的水平井分段壓裂技術(shù)，但該技術(shù)存在施工管串工具較多、節(jié)流摩阻較大、無法開啟特低滲儲層段等技術(shù)瓶頸［2-3］。因此，將水平井段內(nèi)裂縫轉(zhuǎn)向技術(shù)與裸眼封隔器完井技術(shù)有機結(jié)合，形成了水平井多簇分段壓裂工藝。該技術(shù)在保證合理單井產(chǎn)能最大化的基礎(chǔ)上，擴大了泄氣面積，同時降低了施工風(fēng)險及成本投入，形成了低滲致密砂巖儲層改造工藝新技術(shù)［3-5］。

1 工藝原理

水平井多簇分段壓裂工藝是在有限的井段內(nèi)增加水力裂縫的條數(shù)和密度，提高單位水平井段的改造效率，從而獲得比常規(guī)水平井分段改造大的單井有效改造體積［3-7］。

多簇分段壓裂施工過程中，一次或多次向段內(nèi)投送高強度水溶性多裂縫暫堵劑，按照壓裂液進入儲層裂縫時沿最小阻力方向流動方式，暫堵劑顆粒進入滲透儲層段時會逐步形成濾餅。一旦井筒壓力突破儲層段間的破裂壓力差值，壓裂液將轉(zhuǎn)向形成新的裂縫，最終在水平單段內(nèi)形成多簇裂縫，改變支撐劑鋪置方式［6-9］（見圖 1）。

壓裂施工結(jié)束后，產(chǎn)生橋堵的暫堵劑將溶于地層水或壓裂液，實現(xiàn)段內(nèi)先前封堵裂縫的開啟，增加水平井各段的改造體積［10-13］。

圖1 多簇分段壓裂封堵起裂示意

2 工藝特點

相比常規(guī)水平井多級管外封隔器分段壓裂工藝，多簇分段壓裂工藝主要存在以下優(yōu)勢：1）能在同一水平段內(nèi)壓出多條裂縫，利用一段工具可改造多個滲透率級別的儲層段；2）能減少水平井壓裂入井工具數(shù)量，減少施工風(fēng)險，降低作業(yè)生產(chǎn)成本；3）能有效增加水平段裂縫密度，加大段內(nèi)裂縫改造規(guī)模，提高水平井一次動用儲量，增加油氣井初期產(chǎn)量，利于長期穩(wěn)產(chǎn)，實現(xiàn)區(qū)域體積改造，大幅度提高氣井產(chǎn)量［14-16］；4）施工操作方法簡單，通過調(diào)整暫堵劑成分組成、顆粒大小、施工用量等參數(shù)，可以有效控制封堵時間、封堵壓力等參數(shù)。

3 暫堵劑性能評價

水平井多簇分段壓裂過程中，使用的水溶性暫堵劑起著關(guān)鍵作用，暫堵劑性能直接關(guān)系到壓裂施工的成敗和壓后效果。在高溫高壓條件下，將水溶性暫堵劑粉末通過交聯(lián)反應(yīng)及物理勢能激化等方式形成顆粒型多裂縫暫堵劑。現(xiàn)場施工時，顆粒型多裂縫暫堵劑進入裂縫后，在地層和壓裂液的高壓力差下獲得勢能，發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，制成具備高強度性能的濾餅，同時交聯(lián)后的封堵又提高了封堵效率。

3.1 成膠狀態(tài)封堵性能

暫堵劑形成濾餅后的膠體狀態(tài)直接關(guān)系到能否有效封堵張開裂縫或天然裂縫，達到實現(xiàn)段內(nèi)裂縫轉(zhuǎn)向的效果。電鏡掃描人造巖心封堵狀況見圖2。

圖2 暫堵劑封堵電鏡掃描

從圖2可明顯看出，所有孔隙都被暫堵劑黏附、堵塞，且在放大1 500倍時未見有未堵塞的孔隙，表明水溶性多裂縫暫堵劑具有良好的封堵能力。

3.2 暫堵劑溶解性能

暫堵劑能否溶于混合溶液介質(zhì)，能否實現(xiàn)壓裂后封堵裂縫及時返排產(chǎn)氣，降低儲層傷害，溶脹時間起關(guān)鍵作用。實驗測試水溶性多裂縫暫堵劑在不同溶液介質(zhì)中的溶脹時間，結(jié)果見圖3。

圖3 80℃下暫堵劑在不同溶液中的溶解

由圖3可以看出，暫堵劑3.3 h后完全溶于壓裂液，說明水溶性多裂縫暫堵劑在壓裂液中溶解性能較好，不會對儲層造成新的傷害。此外，由于溶解后的暫堵劑內(nèi)含F(xiàn)表面活性劑，具備助排性能，利于壓后殘液的返排。

3.3 抗壓強度性能

水溶性暫堵劑膠結(jié)后形成濾餅的強度是保證有效封堵已開啟裂縫，實現(xiàn)裂縫轉(zhuǎn)向，從而在水平段內(nèi)形成多條裂縫的關(guān)鍵。通過測定暫堵劑濾餅的突破壓力來評價暫堵劑的抗壓強度。

3.3.1 分散態(tài)濾餅突破壓力

通過計算濾失液體的排開體積來計量是否產(chǎn)生突破，實驗用A，B，C，D號巖心分別測試模擬壓實后的暫堵劑突破壓力（見表1），實驗樣品分別在80℃壓裂液中浸泡3～5 min后開始測試。

表1 分散態(tài)濾餅突破壓力測試結(jié)果

由表1可以看出，當(dāng)濾餅壓實厚度大于1.0 cm后，即使是分散狀態(tài)的顆粒型暫堵劑也可以通過交聯(lián)作用形成有效封堵；當(dāng)濾餅壓實厚度小于1.0 cm時，顆粒型暫堵劑難以形成封堵。

3.3.2 膠結(jié)態(tài)濾餅突破壓力

首先將顆粒型暫堵劑溶解，而后風(fēng)干制成0.9，0.5 cm厚度的濾餅，再采用E，F(xiàn)號巖心測試其突破壓力（見表 2）。

表2 膠結(jié)態(tài)濾餅突破壓力測試結(jié)果

從表2可以看出，在暫堵劑形成濾餅后突破壓力快速升高，當(dāng)厚度大于0.9 cm后就難以突破，表明該水溶性暫堵劑具備用量少、承壓能力高、封堵效果好的特征。

4 現(xiàn)場應(yīng)用

×井是大牛地氣田盒1氣層的1口開發(fā)水平井，垂深2 551 m，水平段長1 215 m，巖性主要為巖屑砂巖，物性相對較好。依據(jù)水平井多簇分段壓裂理論，設(shè)計7段17條縫壓裂施工，累計注入壓裂液5 834.1 m3，加入中密度高強度陶粒665.0 m3。該井采用多簇分段壓裂技術(shù)施工后，試氣油壓9.9 MPa，求產(chǎn)無阻流量達11.1×104m3/d。

分析單段內(nèi)3條裂縫的施工曲線（見圖4），前置液階段裂縫延伸壓力分別上升了2.9 MPa和2.6 MPa，施工壓力有明顯上升，并發(fā)生裂縫轉(zhuǎn)向。擬合破裂壓力梯度分別為 0.011 4，0.013 4，0.016 4 MPa/m，多簇分段壓裂技術(shù)在該井施工中得到成功應(yīng)用。

圖4 ×井單段內(nèi)施工裂縫轉(zhuǎn)向示意

根據(jù)地面微地震裂縫監(jiān)測結(jié)果，在壓裂施工過程中投入段內(nèi)多裂縫暫堵劑，通過封堵先前形成的裂縫，迫使壓裂液轉(zhuǎn)向?qū)崿F(xiàn)壓開多條新裂縫的目的。水平井多簇分段壓裂工藝，完全適用大牛地氣田致密砂巖儲層，且壓后增產(chǎn)效果顯著。

5 結(jié)論

1）水平井多簇分段壓裂工藝能實現(xiàn)利用一段工具改造多個滲透率層段的目標(biāo)，從而充分改造整個水平井段，提高增產(chǎn)效果。

2）多簇分段壓裂技術(shù)能夠減少水平井壓裂入井工具數(shù)量，減少施工風(fēng)險，降低作業(yè)生產(chǎn)成本。

3）水溶性多裂縫暫堵劑可完全溶于壓裂液，且封堵效果好，承壓能力高，可實現(xiàn)水平井單段內(nèi)重新開啟新裂縫。

［1］陳作，何青，王寶峰，等.大牛地氣田長水平段水平井分段壓裂優(yōu)化設(shè)計技術(shù)［J］.石油鉆探技術(shù)，2013，41（6）：82-85.

［2］邢景寶.大牛地氣田水平井分段壓裂技術(shù)研究與應(yīng)用［J］.鉆采工藝，2011，34（2）：25-28.

［3］Jasti J K，Penmatcha V R，Babu D K.Use of analytical solutions to improve simulator accuracy［J］.SPE Journal，1999，4（1）：47-56.

［4］Wan J，Aziz K.Semi-analytical well model of horizontal wells with multiple hydraulic fractures［J］.SPE Journal，2002，7（4）：437-445.

［5］ElRafie E A，Wattenbarger R A.Comprehensive evaluation of horizontal wells with transverse hydraulic fractures in a layered multi-phase reservoir［R］.SPE 35211，1996.

［6］?？酥Z米德斯M J，諾爾蒂K G.油藏增產(chǎn)措施［M］.康德泉，周春虎，譯.北京：石油工業(yè)出版社，1991：473-476.

［7］雷群，胥云，蔣廷學(xué)，等.用于提高低—特低滲透油氣藏改造效果的縫網(wǎng)壓裂技術(shù)［J］.石油學(xué)報，2009，30（2）：237-241．

［8］陳守雨，杜林麟，賈碧霞，等.多井同步體積壓裂技術(shù)研究［J］.石油鉆采工藝，2011，33（6）：59-65.

［9］劉洪，胡永全，趙金洲，等.重復(fù)壓裂氣井誘導(dǎo)應(yīng)力場模擬研究［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2004，23（23）：4022-4027.

［10］周代余，郭建春，趙金州，等.裸眼完井下的大位移井裂縫起裂研究［J］.西南石油學(xué)院學(xué)報，2002，24（6）：32-35.

［11］朱世琰，李海濤，陽明君，等.低滲透油藏分段壓裂水平井布縫方式優(yōu)化［J］.斷塊油氣田，2013，20（3）：373-376.

［12］Sollman M Y，Hunt J L，El Rabaa A M.Fracturing aspects of horizontal wells［J］.Journal of Petroleum Technology，1990，42（8）：966-973.

［13］鐘森.SF氣田水平井分段壓裂關(guān)鍵參數(shù)優(yōu)化設(shè)計［J］.斷塊油氣田，2013，20（4）：525-529，534.

［14］勞斌斌，劉月田，屈亞光，等.水力壓裂影響因素的分析與優(yōu)化［J］.斷塊油氣田，2010，17（2）：225-228.

［15］高海紅，程林松，曲占慶.壓裂水平井裂縫參數(shù)優(yōu)化研究［J］.西安石油大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2006，21（2）：29-32.

［16］曾凡輝，郭建春，陳紅軍，等.X10-3水平井分段壓裂優(yōu)化技術(shù)研究［J］.斷塊油氣田，2010，17（1）：116-118.