賈光亮,李曄旻,鄭道明

(中國石化華北石油工程有限公司，河南 鄭州 450000)

纖維脈沖加砂壓裂是在壓裂施工過程中，采用脈沖式泵入的方式，實現(xiàn)純液體和纖維、支撐劑間歇交替泵入，進行反復(fù)作業(yè)[1]。纖維通過與支撐劑間的相互作用在裂縫內(nèi)形成復(fù)雜的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，將支撐劑固定，防止支撐劑的運移，達到預(yù)防支撐劑回流而儲層流體可以自由通過的目的，纖維防止支撐劑回流主要通過尾追方式按照一定的比例加入[2-5]。纖維優(yōu)化支撐劑鋪置剖面作用主要體現(xiàn)纖維與微粒相互作用，阻止支撐劑快速下沉。隨著在壓裂過程中纖維與支撐劑顆粒相互作用逐步形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了有效降低壓裂液粘度對顆粒沉降速度的影響[6]，從而使得裂縫剖面更均勻，更有利于實現(xiàn)壓后支撐裂縫的高導(dǎo)流能力。

大牛地氣田位于鄂爾多斯盆地東北部，屬于低孔低滲致密砂巖氣藏，前期研究表明：該區(qū)儲層深度壓裂改造是其勘探、開發(fā)的主要措施，是解除氣井近井污染、獲得氣井產(chǎn)能的重要技術(shù)手段[7]，因此，為了獲取溝通氣井氣藏到井筒的高速導(dǎo)流通道，實現(xiàn)儲層壓后較高的導(dǎo)流能力，提高氣井儲層改造效果，在大牛地氣田致密砂巖特征得到進一步認識的基礎(chǔ)上，研究探索了一套纖維脈沖加砂壓裂工藝技術(shù)體系[8-10]，并在大牛地氣田進行了先導(dǎo)試驗，增產(chǎn)效果明顯。

1 室內(nèi)實驗

1.1 纖維懸砂性能研究

通過對比0.25 %粉比的瓜膠配置的凍膠 + 纖維和不加纖維的空白樣在1、3、5、24小時的攜砂能力發(fā)現(xiàn)：加入纖維后，支撐劑在凍膠體系中沉降速度大幅度降低，提升了壓裂液的攜砂能力(見圖1)。

圖1 纖維凍膠攜砂能力

可視化纖維攜砂能力實驗表明，壓裂液在加入纖維后，較多的支撐劑被攜砂液攜帶到裂縫深部，而不是在裂縫縫口附近沉降，說明加入纖維后，裂縫的支撐縫長明顯延長，且通過可視化裝置對比不同纖維加量(0～0.5%～1.0%)條件下支撐劑的鋪置剖面情況，表明：不同纖維加量情況下，支撐劑的鋪置剖面不盡相同，隨著纖維加量的加大，支撐劑的鋪置剖面更趨于均勻、合理(見表1和圖2)。

表1 可視化纖維輔助攜砂實驗

1.2 纖維的可降解性

為了達到既滿足壓裂施工的需要，實現(xiàn)壓后支撐裂縫的高導(dǎo)流能力，又能有效預(yù)防施工管道及井底殘留的纖維在返排時堵塞放噴油嘴，壓裂過程中使用的纖維必須具有較好的可降解性。

為了實現(xiàn)纖維的高效降解，研發(fā)了一種不溶于水的無色透明專用纖維降解活性劑(HB-JJJ)，其對金屬不具腐蝕性，加入一定比例(0.5%)的該活性劑后，可以在30 min內(nèi)使攜砂纖維全部降解。

2 工藝優(yōu)化

2.1 纖維使用濃度

為了考察纖維的攜砂性能，測定一定時間段內(nèi)不同纖維濃度下一定濃度的支撐劑的沉降幅度；為了考察纖維對支撐劑的固定性能，在不同的加載應(yīng)力下，測定支撐劑組成的砂團高度隨加入的纖維濃度變化情況。

2.1.1 支撐劑沉降速度測定

實驗使用0.40%胍膠壓裂液，20%砂濃度，分別采用0、1‰、2‰、3‰、4‰、5‰、6‰、7‰纖維濃度，測定支撐劑沉降速度。沉降速度隨纖維濃度變化關(guān)系如圖3，隨著纖維濃度的增加在相同時間內(nèi)沉降幅度減少，證實了纖維能夠增加壓裂的攜砂能力；圖中顯示：在纖維濃度超過3‰以后，沉降幅度隨沉降時間變化逐漸減慢，因此，優(yōu)化纖維濃度為3‰～4‰之間，能夠達到既經(jīng)濟又高效的目的。

圖3 沉降幅度隨纖維濃度及時間變化關(guān)系

2.1.2 砂團穩(wěn)定性能試驗

分別在20 MPa、40 MPa壓力條件下，采用砂團等間距排列方式，進行了砂團承壓試驗，計算了不同壓力條件下的相對高差[11]，砂團高度隨纖維濃度和壓力變化曲線如圖4，同一纖維濃度，砂團的高度與應(yīng)力成反比，即：砂團的收縮量隨著應(yīng)力的增加而逐漸減?。煌粦?yīng)力條件下，砂團高度隨著纖維濃度增大而逐漸降低，但在纖維濃度大于4‰后，砂團高度變化趨緩，故綜合兩實驗結(jié)果，根據(jù)大牛地氣田的閉合壓力梯度0.016～0.018 MPa/m，優(yōu)化纖維加入濃度為4‰左右。

圖4 砂團高度隨纖維濃度和壓力變化曲線

2.2 纖維脈沖間隔時間

為了獲取不同脈沖時間間隔下的裂縫鋪砂剖面，利用FracproPT軟件模擬，分析了相同施工規(guī)模條件下支撐劑鋪置剖面(見圖5)。通過軟件模擬發(fā)現(xiàn)：①如參數(shù)優(yōu)化不當，則纖維段塞會連片鋪置，無法形成高導(dǎo)通道，不能形成支撐劑的不連續(xù)支撐；②隨著泵注脈沖間隔的逐漸減小，鋪砂剖面呈連續(xù)成片的趨勢逐漸加強，但支撐和動態(tài)縫長變化不大?？紤]目前現(xiàn)場使用的壓裂設(shè)備的分辨能力，優(yōu)化纖維脈沖泵注間隔1.5～2.5 min[12]。

圖5 不同纖維加砂脈沖時間鋪砂濃度剖面對比

表2 常規(guī)與脈沖段塞工藝主要參數(shù)對比

由表2可知，脈沖段塞加砂泵注程序和常規(guī)臺階加砂泵注程序相比，支撐劑的用量減少了40%，前置液用量減少了41.2%，總液量減少了13.3%，支撐縫長略有減小，但支撐/動態(tài)縫長比值提高了2.3%，充分體現(xiàn)了脈沖段塞加砂工藝優(yōu)越性。

3 應(yīng)用效果

DPH-×××井為部署于鄂爾多斯大牛地氣田大66井區(qū)的一口水平井，位于D66-111井井口332.38°方向17.67 m處，目的層下石盒子組盒1段，儲層巖性主要為巖屑砂巖。巖心分析統(tǒng)計資料顯示，該段盒1儲層孔隙度平均值8.51%，滲透率平均值0.37×10-3μm2，物性較好。該井實鉆水平段總長1 200 m，鉆遇情況如表3所示。

在分析該井儲層工程地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上，對該井實施了脈沖加砂壓裂，總計11段，入地層凈液量3 400 m3，20/40目支撐劑342.0 m3，泵入纖維1 570 kg；施工結(jié)束停泵壓力17.0 MPa，如圖6。壓后關(guān)井1小時后開井，采用5、8、10、12 mm油嘴控制放噴至敞放排液，排液后期采用8 mm油嘴控制放噴求產(chǎn)，經(jīng)臨界速度流量計20 mm孔板計量氣產(chǎn)量，油壓5.6 MPa，套壓0 MPa，平均上流壓力0.68 MPa，整個返排試氣階段無出砂顯示。試氣結(jié)束采用“一點法”計算無阻流量為6.5×104m3/d，與同層位地質(zhì)顯示接近的DPH-128井相比，產(chǎn)量提高了15%左右。

表3 DPH-×××井水平段鉆遇情況統(tǒng)計

圖6 DPH-×××井盒1氣層部分井段壓裂施工曲線

4 結(jié)論

(1)纖維脈沖加砂壓裂技術(shù)能夠有效防止支撐劑回流，改善支撐劑鋪置剖面，且在獲得相同支撐縫長的條件下，脈沖段塞加砂泵注程序和常規(guī)加砂泵注程序相比，支撐劑的用量減少了40%，前置液用量減少了41.2%，總液量減少了13.3%。

(2)纖維脈沖加砂壓裂技術(shù)在大牛地氣田DPH-×××井運用，與同層位地質(zhì)顯示接近的DPH-128井相比，產(chǎn)量顯著提高。