李奎東

（中國石化江漢油田分公司采油工藝研究院，湖北 武漢430035）

用電纜下入橋塞－射孔槍，一次性完成橋塞坐封及分簇射孔，是國內(nèi)外頁巖氣水平井分段壓裂的主要技術(shù)手段。橋塞泵入時，前一段已壓裂簇為進(jìn)液通道；而某段壓裂一旦出現(xiàn)超壓砂堵，則后一段會因泵送壓力高無進(jìn)液通道而無法下入橋塞和射孔槍。故該工藝在現(xiàn)場操作方面要確保兩點(diǎn):一是按照工藝方案完成加砂；二是盡可能不造成超壓砂堵，以利于后續(xù)壓裂段的施工。在實際操作中，因受地層非均質(zhì)性、泵注程序合理性以及現(xiàn)場決策等因素的影響，超壓砂堵難以完全避免。例如，某區(qū)塊已措施井超壓砂堵情況如下:壓裂總井?dāng)?shù)29，出現(xiàn)砂堵的井?dāng)?shù)9，比例為31%；壓裂總段數(shù)486，砂堵段數(shù)13，比例為2.7%。

橋塞分段壓裂發(fā)生超壓砂堵，因井下無管柱不會造成嚴(yán)重的工程事故，但處理不當(dāng)會影響作業(yè)進(jìn)度，甚至造成后續(xù)橋塞泵送遇卡。因此，結(jié)合頁巖氣水平井的地質(zhì)和工程特點(diǎn)，探索其解堵機(jī)理和方法，對指導(dǎo)后續(xù)施工、提高壓裂工程質(zhì)量具有重要意義。

1 解堵機(jī)理分析

常規(guī)儲層砂堵原因主要有:濾失、裂縫彎曲、多裂縫、液體性能不良、塑性地層、砂比不當(dāng)提升以及前置液用量過少等。頁巖砂堵原因類似，但有其特殊性，如低粘液體攜砂更容易導(dǎo)致沉砂。而從解堵的角度來看，需結(jié)合頁巖地質(zhì)特點(diǎn)（天然縫、層理縫發(fā)育）和工藝特點(diǎn)（簇式射孔）來進(jìn)行分析。

1）簇式射孔導(dǎo)致非均勻改造，不同簇的堵塞嚴(yán)重程度不同，這為疏通老縫、重新建立液流通道創(chuàng)造了條件。由于受簇間應(yīng)力差異、射孔完善程度以及巖性變化等因素的影響，分簇射孔壓裂產(chǎn)生砂堵時，不同簇的堵塞程度不同，這有利于老縫疏通，或者將未完全堵塞的老縫重新壓開（見圖1）。疏通老縫的關(guān)鍵在于將沉積于炮眼及其附近的支撐劑清除；疏通老縫的可行方法是采用低排量試擠以及壓力激動沖擊等。

圖1 頁巖壓裂分簇射孔砂堵示意圖

2）頁巖普遍發(fā)育天然裂縫和層理縫。巖石破裂壓力見式1，頁巖儲層中廣泛存在弱應(yīng)力面（天然裂縫／層理縫），其拉伸強(qiáng)度σf＝0，張開弱應(yīng)力面的壓力要低于基巖破開壓力。故通過提高壓力壓開新縫，也是解堵的有效方法。

式中，pb－為破裂壓力，MPa；σh－為最小水平主應(yīng)力，MPa；σH－為最大水平主應(yīng)力，MPa；σf－為巖石單向拉伸應(yīng)力強(qiáng)度，MPa；η＝0.5Φc（1－2v）／（1－v），v－為泊松比，0≤η≤0.5；p0－為流體壓力，MPa；Φc－為孔隙度，小數(shù)。

2 超壓砂堵類型及解堵方法

超壓砂堵分為穩(wěn)定堵塞和不穩(wěn)定堵塞（見圖2）。穩(wěn)定堵塞表現(xiàn)為“砂液均不可進(jìn)”的特點(diǎn)；不穩(wěn)定堵塞表現(xiàn)為“砂不可進(jìn)、液可以進(jìn)”或者“可建立低排量流通通道”的特點(diǎn)。同時，依據(jù)井筒中有無高粘度液體以及頂替是否完成，將砂堵分為八種類型（見表1）。從Ⅰ－Ⅷ，堵塞嚴(yán)重程度、井下狀況復(fù)雜性依次增加，其處理難度也相應(yīng)增大。

圖2 支撐劑的穩(wěn)定堵塞與不穩(wěn)定堵塞

表1 頁巖壓裂超壓砂堵分類

依據(jù)機(jī)理分析，解堵技術(shù)手段主要有4種。①低排量試擠:一是觀察壓力變化，判斷堵塞類型，驗證試擠解堵的可能性；二是將井筒中存在的高粘液體或少量沉砂頂入地層，為后續(xù)處理創(chuàng)造條件。②擠酸:溶蝕近井帶酸溶礦物，達(dá)到降低壓力、提高試擠排量的目的。該方法是一種輔助性解堵手段，對于形成穩(wěn)定堵塞的砂堵通常無效。③提高限壓，壓開新縫:提高泵車限壓，盡可能提高排量，泵注減阻水，利用瞬間形成的高壓壓開新縫，建立液流通道。④放噴:大排量放噴，通過形成較大的壓力激動，改變井下應(yīng)力狀態(tài)，沖擊炮眼附近堆積的支撐劑，疏通裂縫，建立液流通道。

對于以上手段均無效的砂堵情況，可判定為解堵失敗，后續(xù)只能采取連續(xù)油管沖砂。該方法周期長、工序復(fù)雜，嚴(yán)重影響作業(yè)進(jìn)度，是解決砂堵的最后救濟(jì)手段。

解堵通常綜合應(yīng)用以上技術(shù)手段進(jìn)行，但成功與否取決于堵塞嚴(yán)重程度，解堵流程（見圖3）。對于類型Ⅰ，采取低排量試擠將炮眼附近沉降的支撐劑沖開，即可解除地層堵塞；而對于類型 Ⅷ，因形成穩(wěn)定堵塞，各解堵手段均無效，則只能下入連續(xù)油管沖砂。

圖3 解堵流程

3 現(xiàn)場應(yīng)用

現(xiàn)場綜合應(yīng)用上述解堵技術(shù)，取得了較好效果。統(tǒng)計近期施工情況，解堵成功率69.2%，典型井有4口。

3.1 試擠清除炮眼沉降支撐劑－1#井

粉陶加砂階段砂進(jìn)地層后壓力反應(yīng)較大，第3個粉陶段塞進(jìn)入地層后，壓力迅速爬升至93MPa，隨即逐漸提高排量，試擠，發(fā)現(xiàn)地層存在進(jìn)液通道，判斷為I型砂堵。同時考慮砂堵時砂比較低，決定再次試擠，排量最高提至14m3／min，成功解堵（見圖4）。

圖4 1#井壓裂施工及解堵曲線

3.2 放噴疏通老縫－12#井

30／50目砂17% 砂比進(jìn)地層后砂堵。多次試擠無效，但可以建立0.5m3／min的穩(wěn)定排量，判斷為 Ⅳ型砂堵。在試擠無法解堵的情況下，大壓差放噴，放噴后排量依次提升，壓力逐漸降低，疏通老縫成功（見圖5）。

圖5 12#井壓裂施工及解堵曲線

3.3 提高限壓壓開新縫－10#井

砂堵后立刻啟泵試擠，可建立0.5m3／min穩(wěn)定排量，判斷為Ⅲ型砂堵。擠酸無效，隨即采取壓開新縫的思路，提高限壓至95MPa，進(jìn)行試擠，壓力大幅下降，排量最高提升至12m3／min，成功解堵（見圖6）。

圖6 10#井壓裂施工及解堵曲線

3.4 穩(wěn)定堵塞－11#井

超壓停泵后立即啟泵試擠，壓力急速爬升至90MPa以上，同時無法建立有效排量，判斷為 Ⅷ 型砂堵。隨即開井放噴、擠酸，再次試擠仍無法建立排量，表明炮眼附近形成穩(wěn)定堵塞，無論是疏通老縫還是壓開新縫的方法

均無法解除，只能下入連續(xù)油管沖砂（見圖7）。

圖7 11#井壓裂施工及解堵曲線

4 結(jié)論

在頁巖氣井橋塞分段壓裂施工中，很難完全避免超壓砂堵。判明砂堵類型，采取合理技術(shù)手段解堵，避免采用周期長、成本高和工序復(fù)雜的連續(xù)油管沖砂作業(yè)，是縮短壓裂周期、提高施工質(zhì)量的重要前提。

1）結(jié)合頁巖氣儲層地質(zhì)、工藝特點(diǎn)，分析解堵機(jī)理，提出了疏通老縫和壓開新縫兩種解堵方法。

2）砂堵依據(jù)嚴(yán)重程度及井筒狀況分為8種類型。試擠、提高限壓、放噴、擠酸都是行之有效的解堵技術(shù)手段。

3）現(xiàn)場應(yīng)用證明了解堵機(jī)理及方法的正確性和有效性。壓裂發(fā)生砂堵時應(yīng)及時判明類型，采取合理的技術(shù)方法，這是解堵成功的基礎(chǔ)和前提。

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