姬君翯 張康 王永偉(川慶鉆探長慶井下技術(shù)作業(yè)公司，陜西 西安 710018)

0 引言

長慶油田氣藏具有低滲、低壓、部分區(qū)域水敏性中強等特征，特別是神木米脂區(qū)塊，依靠儲層自身能量返排的能力差，且速度慢，滯留地層的壓裂液對地層造成的傷害較大；該區(qū)塊由于地理原因備水能力差，嚴重制約了當前規(guī)?；瘔毫训纳a(chǎn)進度。結(jié)合當前嚴峻的環(huán)保形勢，常規(guī)壓裂施工后的排液階段會產(chǎn)生大量返排液，返排液處理拉運耗時費力，為氣田開發(fā)增加了一項較大的成本支出，拖緩了生產(chǎn)進度，產(chǎn)生了很大環(huán)保隱患。

因此，需另辟儲層改造新方法，采用新型的壓裂體系提高壓裂液的返排能力以及返排率低對儲層造成的傷害，提高氣藏壓裂改造效果。尋找新途徑減少壓裂施工入井液體比例，提高生產(chǎn)速度，降低返排液處理成本及風險。

根據(jù)國內(nèi)外應用經(jīng)驗表明，氮氣泡沫壓裂液具有低濾失和高效返排等特點，能有效解決低壓、低滲油氣藏改造中壓裂液濾失和滯留地層帶來的傷害問題，且由于其氣體比例較大，入井液量大幅減少，也為當前清水儲備和返排液處理難題提供了一種解決辦法。

1 氮氣泡沫壓裂的技術(shù)原理

壓裂施工過程中，通過液氮泵車使液氮經(jīng)過地面的泡沫發(fā)生器與含發(fā)泡劑的水基壓裂液混合，在井口形成一定質(zhì)量、均勻穩(wěn)定的泡沫壓裂液，利用液氮、基液混合形成的泡沫壓裂液懸浮和承托支撐劑，進行加砂壓裂施工。

2 泡沫壓裂液分析

2.1 泡沫壓裂液起泡機理和組成

2.1.1 起泡機理

氣體通過泡沫發(fā)生器與液體結(jié)合后，液體局部膨脹，液膜包圍起泡而形成泡沫。當氣泡表面上吸附的表面活性劑顆粒達到一定程度后，氣泡壁就形成一層堅固的薄膜，使氣泡不易合并，從而使泡沫更加穩(wěn)定。

2.1.2 泡沫的組成

泡沫主要由氣相、液相、起泡劑、穩(wěn)泡劑四部分組成。

(1)氮氣是惰性氣體，不易與流體和地層巖石發(fā)生反應，且水溶性低，減少了因乳化、沉淀而導致堵塞的不利因素。所以生成泡沫的最佳氣相為氮氣。

(2)泡沫的液相當前主要采用水基和醇基兩種。水基泡沫配置方便、價格便宜，除強水敏地層，一般均可使用。醇基泡沫液相易于揮發(fā)，表面張力低，易燃，一般在含有石蠟、瀝青的油井中應用。

(3)能便于起泡的物質(zhì)稱為起泡劑。油田一般采用陰離子或非陰離子型表面活性劑做起泡劑。

(4)穩(wěn)泡劑主要在表面活性劑溶液中加入一定量的輔助制劑從而起到使泡沫更穩(wěn)定的作用。

2.2 泡沫壓裂液的優(yōu)勢及特點

2.2.1 攜砂能力強

泡沫壓裂液中氣泡對支撐劑有托浮作用，具有良好的攜砂能力。4～10 倍于氣泡大小的砂粒在氣泡中下降，必須將中途的氣泡推開或者使其變形，而砂粒的重力難以克服這些阻力，所以其沉砂速度很慢，甚至趨于零。所以在壓裂施工中很容易將支撐劑帶到裂縫深處，在頂部和底部均勻鋪墊。

2.2.2 濾失小，儲層傷害低，對造縫有利

泡沫壓裂液體系中的氮氣進入地層后，氣泡會優(yōu)先填充地層中的孔隙與喉道從而降低壓裂液中水相的濾失，而且泡沫壓裂液中氣體的占比較高，液體含量低，從而使濾失水量減小，儲層傷害低、有利于壓裂造縫。

2.2.3 返排速度和返排率高，降低排液周期

壓裂施工結(jié)束后，在放噴排液過程中，地層中的泡沫壓裂液氣化引起氮氣體積膨脹，攜帶著液體從井口返出，從而使壓裂殘液很快排出地層。且由于氮氣泡沫壓裂液相對于傳統(tǒng)壓裂液靜液柱壓力低，只需要借助地層能量和氣體膨脹壓力便可將井筒液體頂出。因此，氮氣泡沫壓裂的返排能力、速度和返排率都較高，且能降低排液周期，使氣井盡快投入生產(chǎn)。

2.2.4 減少生產(chǎn)用水及返排液量，降本增效

氮氣泡沫壓裂中氮氣約占65%～85%，因此所需用水量只有同規(guī)模常規(guī)壓裂液的15%～35%，能有效化解長慶區(qū)域山地地區(qū)備水難，生產(chǎn)用水成本高的問題。且由于返排液的拉運處理費用高、時間長、返排液處理廠缺乏等難題，氮氣泡沫壓裂的反排壓裂液量較常規(guī)壓裂大幅減少，也能降低單井投資，提高生產(chǎn)效率。

2.3 氮氣泡沫壓裂的缺點和不足

與常規(guī)壓裂相比，泡沫壓裂有以下不足：

(1)因工藝技術(shù)的特點，氮氣泡沫壓裂的施工規(guī)模、排量、砂量等方面與傳統(tǒng)壓裂相比有部分差距。

(2)氮氣泡沫壓裂的氣相具有膨脹的能量，而常規(guī)壓裂體系只有液體推動的勢能，因而施工風險較高。

(3)泡沫壓裂施工時的摩阻較常規(guī)壓裂高20%～50%，且由于井筒內(nèi)氣相比例較高，液柱壓力低，必將增加地面泵注壓力，從而制約施工排量，降低施工規(guī)模，加大施工風險。

(4)地面砂比較高，對混砂車、液體要求高，且需要增加額外的液氮和液氮泵車，增加了部分成本。

3 氮氣泡沫壓裂在米123井的應用分析

3.1 米123井基本施工數(shù)據(jù)

該井為盆地東部天然氣勘探項目組(新區(qū))的一口探井，測井從石盒子組到馬五地層，儲層39.0m/16 層，其中氣層12.6m/3 層，差氣層4.8m/3 層，位于石盒子組和本溪組。

根據(jù)針對石盒子組儲層巖性特性的研究，該區(qū)域石盒子組整體儲層表現(xiàn)為中等水敏。為完成壓裂改造的同時減少入井水量，本井使用氮氣泡沫壓裂液對該井盒8下：2180.5～2186.5(6.0m)、2174.5～2176.0(1.5m)進行壓裂改造。

氮氣泡沫壓裂施工由兩組設備進行，一組負責泵注壓裂液和支撐劑，另一組負責泵注氮氣，在井口前端的泡沫發(fā)生器匯合，通過壓裂井口進入井筒。

泡沫發(fā)生器下游連接井口，上游連接壓裂車主管線，匯入含起泡劑的壓裂液和支撐劑，兩側(cè)連接液氮管線利用對沖作用和兩側(cè)的起泡簧片打散液氮氣流，使打散的氮氣流和壓裂液充分混合，形成氮氣泡沫，使氮氣和壓裂液充分混合。

3.2 現(xiàn)場施工情況

該井盒8 段于2018年9月22日進行了第一次壓裂改造，施工泵注壓裂液103.4m3，液氮89m3，完成加砂19.3m3，平均砂比33%。施工末期含沙濃度為450kg/m3的攜砂液進入地層時，地層壓力驟升超壓，呈現(xiàn)由于地層縫度不足，導致砂堵的跡象。

本次壓后放噴4h點火成功，火焰1～2m，此時返排率44.4%。結(jié)合井口壓力恢復較快的情況來看，實現(xiàn)了利用泡沫降低入地液量，降低儲層傷害，提高裂縫壓后清理，增加地層能量的目的。但與本區(qū)域鄰井相比，本次初次壓裂整體規(guī)模和加砂量偏小。結(jié)合第一次施工壓力(39.8～33.8MPa)來看，具備進一步擴大規(guī)模的改造條件。

二次壓裂為加強造縫、攜砂，將使用交聯(lián)氮氣泡沫攜砂，增加改造規(guī)模，加大加砂量并在前置液階段使用交聯(lián)膠清理近井地帶。

二次改造泵注液量103.4m3，液氮89m3，成功加砂30.3m3，經(jīng)過4 天放噴排液即排盡井筒殘液，最終經(jīng)過測試獲得日產(chǎn)氣量20698m3。

3.3 氮氣泡沫壓裂在米123井應用結(jié)果分析

(1)與常規(guī)壓裂相比該井入地液體大幅減少，僅為常規(guī)壓裂的(30%～40%)，加砂30.3m3，入井液量僅為103.4m3。

(2)該井全井未采用交聯(lián)液，殘膠傷害低，且泡沫液體高粘度，不易濾失進地層，儲層傷害小。

(3)提高生產(chǎn)效率，返排速率高，氮氣增加地層儲能，僅4 天就完成了排液周期。

(4)需要返出液量小，排出液體僅為89.4m3，節(jié)省了返排液處理成本，降低了環(huán)保壓力。

(5)改造效果好，獲得的試氣成果與鄰井對比均具有較高產(chǎn)量。鄰井試氣成果及效果評價如表1 所示。

表1 鄰井試氣成果及效果評價

4 結(jié)語

氮氣泡沫壓裂工藝較常規(guī)壓裂具有很多優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在以下幾方面：

(1)提高生產(chǎn)效率。長慶油田氣藏部分地區(qū)常規(guī)壓裂面臨備水速度慢、返排液處理難、排液速度慢等問題。氮氣泡沫壓裂入井液量少、返排速率高、反排液量少等優(yōu)點能有效解決當前的生產(chǎn)矛盾，特別適合長慶氣藏開發(fā)應用。

(2)改造效果好。氮氣泡沫壓裂針對水敏地層改造能起到很好的抑制水敏作用，全程無交聯(lián)的液體體系對儲層傷害更小，且濾失小的特點能提高造縫能力，有效對地層完成造縫加砂，滿足改造要求。

(3)工藝實施應用簡單。通過米123 井的應用，在當前常規(guī)壓裂設備的基礎(chǔ)上，氮氣泡沫壓裂施工無需進行設備改造，僅需增加液氮數(shù)量便可滿足施工要求。

鑒此，建議進一步加大該項工藝施工規(guī)模，探索普及應用的可行性。