金智榮 ，包敏新，李升芳，張華麗，杲 春

(1.中國石化江蘇油田分公司石油工程技術(shù)研究院；2.中國石化江蘇油田分公司勘探開發(fā)管理部，江蘇 揚州 225009)

江蘇油田韋莊等區(qū)塊屬于中低滲油藏，埋深較淺，通常在1 000～1 300 m范圍，油層溫度在40～50℃。縱向上油層呈現(xiàn)油水互層、層多層薄現(xiàn)象。條件允許時，可通過機械分層壓裂采用一趟管柱實現(xiàn)對各油層逐層改造。當井筒條件或隔層封擋能力不符合施工要求的情況下，江蘇油田嘗試通過投蠟球來封堵已壓裂層，轉(zhuǎn)而壓開破裂壓力高的層。但是蠟球封堵承壓能力弱、難溶、施工過程易從射孔炮眼脫落。近年來，在頁巖氣水平井中，利用水溶性暫堵材料實現(xiàn)多段多簇縫網(wǎng)壓裂的技術(shù)逐步成熟[1-2]，該暫堵工藝也被引用到直井多油層逐層壓裂改造作業(yè)中，但是封堵失敗的問題時有發(fā)生，為此，對暫堵轉(zhuǎn)向分層壓裂工藝展開進一步研究。

1 暫堵轉(zhuǎn)向壓裂技術(shù)原理

暫堵轉(zhuǎn)向分層壓裂就是對物性好的低破裂壓力油層實施加砂壓裂后，往井筒內(nèi)投入一定數(shù)量和粒徑的暫堵球，隨壓裂液攜帶至預期已壓裂層的射孔炮眼處對其封堵，繼續(xù)注液使井筒壓力上升，當壓力達到物性差的油層破裂壓力值時，該層被壓開。反復此過程，實現(xiàn)改造多個油層的目的。

2 暫堵轉(zhuǎn)向分層壓裂排量選擇

暫堵球隨壓裂液被攜帶入井筒中作紊流態(tài)流動，其受力如圖1所示。若使暫堵球運移到射孔炮眼處，應(yīng)滿足FT大于FG。

圖1 暫堵球在井筒中運移和暫堵射孔炮眼過程受力變化

根據(jù)文獻可知[3-4]：

(1)

其中：

μ1=2.12×10-2Q/dc2

(2)

(3)

(4)

式中：FT為流向射孔炮眼的壓裂液對暫堵球的拖曳力，N；FG為暫堵球受到的向下運動慣性力，N；ρB、ρ分別為暫堵球密度和壓裂液密度，kg/cm3；D、DP分別為暫堵球直徑和射孔炮眼直徑，m；μ1、μa分別為壓裂液在井筒中流速和暫堵球顆粒在壓裂液中沉降速度，m/s；fd為摩阻系數(shù)，無因次；Cd為阻力系數(shù)，無因次；dc為壓裂油管直徑，m；n為射孔炮眼數(shù)；Q為施工排量，m3/min。

當暫堵球坐落于預期已壓裂油層射孔炮眼上，其受力如圖1b所示。要實現(xiàn)暫堵球?qū)ι淇着谘塾行Х舛?，施工過程中不隨排量波動而發(fā)生脫落，應(yīng)滿足FH大于FD。

FH為暫堵球在孔眼上所受到的附著力，N；FD為壓裂液流動對暫堵球的推力，N。

FD=0.392 7fDρμ2D2

(5)

(6)

綜合以上分析：暫堵球能夠坐落并封堵射孔炮眼不發(fā)生脫落，需同時滿足的條件是：

(7)

將預封堵層段相應(yīng)參數(shù)代入式(7)，同時滿足要求的排量即為對應(yīng)的最低施工排量(見表1)。

表1 最小施工排量計算參數(shù)

暫堵球能夠坐落射孔炮眼的最小排量：

(8)

暫堵球能夠封堵不脫落的最小排量：

(9)

當施工排量Q滿足公式(8)、(9)即表示暫堵球能夠有效坐落并封堵射孔炮眼。

圖2是射孔炮眼數(shù)n轉(zhuǎn)化為對應(yīng)不同壓裂油層厚度(每米油層對應(yīng)射孔炮眼數(shù)為16)對暫堵轉(zhuǎn)向分層壓裂所需最低施工排量影響?？梢钥闯觯瑫憾虑蛴行Х舛律淇着谘郾３植幻撀渌枳畹团帕恳笥跁憾虑蚰軌蜃溆谏淇着谘鬯枧帕?，因此在排量選擇時只需滿足暫堵球有效封堵不脫落最低排量即可。此外，壓裂油層厚度越大，對應(yīng)射孔炮眼數(shù)越多，則暫堵球坐落并有效封堵的所需最低排量也明顯增大，表明暫堵球有效封堵射孔炮眼難度增加。

圖2 不同壓裂油層厚度下所需施工排量

在進行暫堵轉(zhuǎn)向分層壓裂施工排量選擇時，還需要綜合考慮具體壓裂油層深度、加砂規(guī)模等情況來進行優(yōu)選。

3 暫堵材料性能優(yōu)選

為了能夠有效封堵射孔炮眼，選擇的暫堵球必須具有一定承壓能力，并且在施工結(jié)束后能夠在低溫條件下迅速降解，不影響后期壓裂液返排及井筒內(nèi)工具的起下作業(yè)。

優(yōu)選合成樹脂類Z-1型暫堵材料制成的暫堵球，該材料含有強親水性基團，遇水能夠起黏，并且兼具剛性特點，滿足承壓、水溶要求。

3.1 承壓性能

選用18 mm粒徑Z-1型暫堵球顆粒，置于10 mm直徑的模擬射孔炮眼裝置上(見圖3)，施加30 MPa壓差，45℃條件下承壓4 h，壓力基本未下降。取出暫堵球觀察，球部分微變形未破碎，能夠滿足30 MPa壓差條件的暫堵射孔炮眼施工。

圖3 暫堵球在模擬射孔炮眼裝置承壓試驗

3.2 溶解性能

將承壓試驗后的Z-1型暫堵球顆粒放入清水中，45℃條件下，10 h暫堵球顆粒表面部分軟化溶解，溶液起黏，36 h全部溶解，并且溶液均勻，有黏度(見圖4)。滿足壓裂下泵投產(chǎn)前全部溶解的要求，不會對井筒內(nèi)工具和管柱造成影響。

圖4 Z-1型暫堵球溶解狀態(tài)

4 現(xiàn)場應(yīng)用及效果

W-55井壓裂10、14號層，如表2。考慮上下鄰近射開油層情況，為實現(xiàn)兩個非均質(zhì)油層充分改造，采用暫堵轉(zhuǎn)向分層壓裂工藝。

表2 W-55井壓裂油層物性參數(shù)

根據(jù)壓裂油層溫度，考慮耐壓和壓后可溶要求，選擇直徑18 mm、密度1.1×103kg/m3的Z-1型暫堵球。結(jié)合壓裂模擬軟件優(yōu)化確定：①壓裂10號層時排量2.0 m3/min，加砂8 m3；②投入105顆Z-1型暫堵球(暫堵球設(shè)計數(shù)量[5]=射孔炮眼數(shù)×1.1)；③暫堵球坐落并封堵10號層，轉(zhuǎn)向壓裂14號層時排量根據(jù)圖2研究結(jié)果確定為2.5 m3/min，設(shè)計加砂8 m3。

該井2018年12月壓裂施工，按設(shè)計要求完成兩個非均質(zhì)油層逐層改造。該井壓前日產(chǎn)液7.3 t，日產(chǎn)油0.9 t，壓后投產(chǎn)日產(chǎn)液14 t，日產(chǎn)油2.3 t，增油效果明顯優(yōu)于鄰井對應(yīng)單層壓裂。

5 結(jié)論及建議

(1)進行暫堵轉(zhuǎn)向壓裂施工排量選擇時，要考慮暫堵球不僅能坐落射孔炮眼，還要保證暫堵球在施工過程中不脫落。

(2)壓裂油層越厚，保證暫堵球有效封堵射孔炮眼所需排量越高，有效封堵的難度也越大。

(3)優(yōu)選的Z-1型暫堵球能夠滿足低溫溶解和封堵承壓施工要求。

(4)W-55井現(xiàn)場應(yīng)用表明暫堵轉(zhuǎn)向分層壓裂施工可實現(xiàn)鄰近非均質(zhì)油層逐層壓裂改造，壓裂效果良好。

(5)暫堵轉(zhuǎn)向分層壓裂工藝可以作為機械分層壓裂工藝的重要補充，為解決縱向上多個油層的逐層充分改造提供了更多的手段。