體積壓裂+脈沖加砂壓裂工藝在裂縫性低滲透儲(chǔ)層中的應(yīng)用

1、體積壓裂+脈沖加砂壓裂工藝在裂縫性低滲透儲(chǔ)層中的應(yīng)用裂縫性低滲透儲(chǔ)層因其裂縫發(fā)育及非均質(zhì)性嚴(yán)重，常規(guī)水力壓裂以加入粉砂 陶粒降低壓裂液濾失，控制天然裂縫延伸，確保主裂縫形成，這樣一方面易導(dǎo)致 砂堵，另一方面對(duì)天然裂縫也會(huì)造成傷害。文章在分析體積壓裂及脈沖加砂壓裂 工藝特點(diǎn)基礎(chǔ)上，結(jié)合裂縫性低滲透儲(chǔ)層特點(diǎn)，將兩種工藝技術(shù)有機(jī)結(jié)合，一方 面體積壓裂可溝通天然裂縫，形成復(fù)雜的裂縫，另一方面脈沖纖維加砂方式優(yōu)化 了支撐劑在裂縫中的鋪置，改善裂縫導(dǎo)流能力，防止支撐劑回流，并輔以低粉比 液體及CO2增能措施降低地層的傷害，提高儲(chǔ)層改造效果，延長(zhǎng)穩(wěn)產(chǎn)期。該工 藝技術(shù)在勝利油田實(shí)施5 口井，均取得了較好的增產(chǎn)

2、效果，為在裂縫性低滲儲(chǔ)層 增產(chǎn)措施方面提供了借鑒經(jīng)驗(yàn)。標(biāo)簽：裂縫性低滲透；體積壓裂；脈沖加砂刖言裂縫性低滲透儲(chǔ)層一般均需壓裂改造，提高產(chǎn)能。但常規(guī)壓裂設(shè)計(jì)方式均從 考慮降低壓裂液濾失，提高壓裂液效率進(jìn)行優(yōu)化，考慮降濾失工藝、低傷害壓裂 液體系等來達(dá)到主裂縫的擴(kuò)展，抑制天然裂縫擴(kuò)展，對(duì)地層造成一定的傷害，也 不達(dá)不到儲(chǔ)層穩(wěn)產(chǎn)效果。體積壓裂+脈沖纖維加砂壓裂改造技術(shù)一方面可實(shí)現(xiàn)在 主裂縫上形成多條分支縫或者溝通天然裂縫，最終形成不同于常規(guī)壓裂的復(fù)雜裂 縫網(wǎng)絡(luò)，增加井筒與儲(chǔ)集層接觸體積1，改善儲(chǔ)集層的滲流特征及整體滲流能 力，另一方面也能夠防止支撐劑回流，改善鋪砂效果，提高裂縫導(dǎo)流能力，提高 液體返

3、排率，進(jìn)而提高壓裂改造效果。裂縫性低滲透儲(chǔ)層特點(diǎn)及壓裂改造難點(diǎn)1.1裂縫性低滲透儲(chǔ)層特點(diǎn)勝利油田裂縫性低滲透儲(chǔ)層主要分孔隙一裂縫性儲(chǔ)層、裂縫性儲(chǔ)層、孔隙型 儲(chǔ)層，其主要特點(diǎn)如下：埋藏深，一般大于2000m；儲(chǔ)層滲透率差，小于50 x10-3pm，非均質(zhì)嚴(yán)重，油層更易污染，產(chǎn)能 低而且遞減速度快；能量不足，自然產(chǎn)能低，滲流阻力和壓力消耗特別大，一般需壓裂改 造提高產(chǎn)能；儲(chǔ)集空間變化大、油層頂面深度難以預(yù)測(cè)準(zhǔn)確；油藏的產(chǎn)能受裂縫發(fā)育程度控制；（6）裂縫多以大于70的垂直縫為主，裂縫發(fā)育在平面和縱向上非均質(zhì)嚴(yán) 重。1.2裂縫性低滲透儲(chǔ)層壓裂改造難點(diǎn)水力壓裂是提高裂縫性低滲透油氣藏開發(fā)效益最有效地手段

4、之一，但由于天 然裂縫的存在，雖然有利于溝通儲(chǔ)集層增加滲流面積，但同時(shí)也增加了壓裂液的 濾失，影響了主裂縫的發(fā)育，增加了施工難度，具體體現(xiàn)如下：（1）儲(chǔ)層介質(zhì)的非均質(zhì)性強(qiáng)，主要表現(xiàn)為儲(chǔ)層介質(zhì)中天然裂縫的分布情況 非常復(fù)雜，隨空間位置不同而任意分布2。（2）壓裂裂縫的起裂延伸復(fù)雜。由于天然裂縫的存在，使得地應(yīng)力場(chǎng)變得 更為復(fù)雜。壓裂時(shí)人工裂縫延伸過程中會(huì)遇到天然裂縫系統(tǒng)，使得主裂縫不發(fā)育， 形成多條分支縫，從而影響裂縫寬度，易造成砂堵。（3）施工過程中的濾失難以估計(jì)。裂縫發(fā)育儲(chǔ)層壓裂施工中液體的濾失系 數(shù)是動(dòng)態(tài)變化的，當(dāng)天然裂縫張開后，濾失系數(shù)比相同條件下的均質(zhì)介質(zhì)大許多 倍。常規(guī)壓裂改造技術(shù)設(shè)

5、計(jì)思路及存在問題（1）常規(guī)壓裂設(shè)計(jì)以加入0.106-0.212mm粉砂陶粒降低壓裂液濾失，控制 天然裂縫延伸，并適當(dāng)增加前置液量，確保主裂縫形成，這樣一方面粉砂陶粒段 塞降低了人工裂縫導(dǎo)流能力，另一方面對(duì)天然裂縫也會(huì)造成一定的傷害，影響壓 裂效果。（2）由于地層一些特征以及在生產(chǎn)壓差的作用下，裂縫內(nèi)壁脫落的細(xì)小巖 屑和支撐劑碎屑會(huì)逐漸向井筒方向運(yùn)移堆積，堵住支撐劑間的空隙，支撐劑會(huì)越 嵌越緊，對(duì)導(dǎo)流能力的傷害就越來越明顯3。（3）壓后排液速度太快會(huì)超過臨界出砂流速，導(dǎo)致支撐劑回流；排液速度 太慢則降低返率，加重地層傷害，會(huì)使壓裂液長(zhǎng)時(shí)間滯留帶來的傷害更加嚴(yán)重。體積壓裂+脈沖纖維加砂壓裂技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

6、3.1體積壓裂工藝3.1.1體積壓裂工藝特點(diǎn)體積壓裂是在水力壓裂的過程中，通過在主裂縫上形成多條分支縫或者溝通 天然裂縫，最終形成不同于常規(guī)壓裂的復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)，增加井筒與儲(chǔ)集層接觸體 積，改善儲(chǔ)集層的滲流特征及整體滲流能力，從而提高壓裂增產(chǎn)效果和增產(chǎn)有效期4-6。其主要特點(diǎn)如下:形成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)裂縫，實(shí)現(xiàn)對(duì)天然裂縫、巖石層理的溝通，以及在主 裂縫的側(cè)向強(qiáng)制形成次生裂縫，以此類推，盡最大可能增加改造體積7。讓主裂縫與多級(jí)次生裂縫交織形成裂縫網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，使裂縫壁面與儲(chǔ)層 基質(zhì)的接觸面積最大，使得油氣從任意方向的基質(zhì)向裂縫的滲流距離最短，形成 復(fù)雜的縫網(wǎng)滲流特性，極大地提高儲(chǔ)層整體滲透率，實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)層在長(zhǎng)

7、、寬、高三 維方向的全面改造8，增大滲流面積及導(dǎo)流能力。3.1.2體積壓裂工藝適應(yīng)性體積壓裂能否形成復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)裂縫，取決于儲(chǔ)集層地質(zhì)和壓裂施工工藝兩方面 因素。儲(chǔ)層巖性具有顯著的脆性特征，是實(shí)現(xiàn)體積改造的物質(zhì)基礎(chǔ)9。大量研 究及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明：不同區(qū)域，儲(chǔ)層巖石礦物組分差異較大，富含石英或者碳酸 鹽巖等脆性礦物的儲(chǔ)層有利于產(chǎn)生復(fù)雜縫網(wǎng)，黏土礦物含量高的塑性地層不易形 成復(fù)雜縫網(wǎng)。天然裂縫發(fā)育狀況及能否產(chǎn)生復(fù)雜縫網(wǎng)，是實(shí)現(xiàn)體積改造的前提條 件。巖石中的脆性礁物質(zhì)含量越高，脆性指數(shù)越大；巖石的綜合楊氏模量越大， 泊松比越小，脆性指數(shù)越大，越容易產(chǎn)生剪切裂縫，進(jìn)而容易形成縫網(wǎng)。不同的 儲(chǔ)集層地質(zhì)特征，體

8、積壓裂所需的施工條件不同，需要對(duì)壓裂液類型及用量、支 撐劑類型及濃度和排量等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。體積壓裂形成高裂縫復(fù)雜指數(shù)縫網(wǎng)的有 利施工條件主要為大排量、大液量、低黏度液體、低砂液比等因素。3.2脈沖纖維加砂壓裂工藝該工藝通過交替注入含支撐劑、纖維和不含支撐劑的脈沖段，從而在人工裂 縫內(nèi)部創(chuàng)造出復(fù)雜而穩(wěn)定的通道，極大增大裂縫導(dǎo)流能力。其主要特點(diǎn)如下：(1) 通過纖維的加入可有效預(yù)防壓裂后支撐劑回流10。尾追纖維可在井筒附近的縫 口形成纖維/支撐劑復(fù)合充填層，能增強(qiáng)支撐劑砂拱移動(dòng)變形的阻力；另一方面， 一條纖維可以同時(shí)與多個(gè)砂粒作用使它們纏繞在一起，從而增加了支撐劑耐沖刷 的能力11。通過纖維在加砂

9、壓裂中的攜砂作用，不但在縱向上能夠大大減緩支撐 劑沉降速度，阻止微粒下沉從而在縫高方向上改善鋪砂剖面。而且在橫向上能夠 減少砂團(tuán)的分散，使開放性滲流通道的體積最大化，改善支撐劑鋪砂剖面，從而 獲得更好的裂縫形態(tài)12。通過物理作用穩(wěn)定裂縫中的支撐劑，受地層流體、地層溫度、閉合壓 力和關(guān)井時(shí)間的影響較小，由于纖維的懸浮攜砂性能，低濃度瓜膠液體即可壓裂， 可在壓后直接開井返排，有利于提高返排速率，降低地層傷害。3.3體積壓裂+脈沖纖維加砂壓裂技術(shù)目前在低滲透油層壓裂施工中，體積壓裂后存在壓裂液返排效率低、支撐劑回流現(xiàn)象有可能掩埋油層，穩(wěn)產(chǎn)時(shí)間短。脈沖纖維加砂壓裂可解決支撐劑回吐， 液體返排以及裂縫內(nèi)

10、鋪砂剖面來進(jìn)一步提高增產(chǎn)效果。因此采用體積壓裂+脈沖 加砂壓裂方式對(duì)體積壓裂產(chǎn)生的裂縫進(jìn)行鋪砂，形成復(fù)雜裂縫的高導(dǎo)流通道，在 常壓地層施工前預(yù)制液態(tài)CO2,提高液體返排速度，以此提高低滲透儲(chǔ)層壓裂 改造效果，延長(zhǎng)穩(wěn)產(chǎn)期。裂縫性低滲透儲(chǔ)層工藝優(yōu)化一以花古102井為例4.1工藝方式優(yōu)化4.1.1花古102井地層特點(diǎn)花古102井目的層二疊系奎山組，碎屑巖、巖漿巖發(fā)育，鉆井取芯觀察發(fā)育 有裂縫及溶蝕，屬雙重介質(zhì)儲(chǔ)層。測(cè)井解釋滲透率0.6-2.0 x10-3皿，孔隙度 6.8-10%。本區(qū)壓力系數(shù)1.02，地溫梯度3.8C/100m。通過地應(yīng)力計(jì)算，目的層 段31-32MPa，上部隔層為36MPa，下部

11、隔層為36-38MPa。裂縫上下遮擋應(yīng)力較 高，適合大規(guī)模壓裂。4.1.2壓裂難點(diǎn)分析該區(qū)塊儲(chǔ)層裂縫發(fā)育，大規(guī)模壓裂存在砂堵風(fēng)險(xiǎn)，且壓后返排存在出 砂的可能；地層壓力系數(shù)低，壓裂液返排困難；體積壓裂適應(yīng)性分析4.1.3花古102井壓裂工藝選擇花古102井壓裂層段為特低滲透率儲(chǔ)層，儲(chǔ)集層類型為裂縫、孔隙雙重介質(zhì)， 以盡量提高壓裂規(guī)模，以溝通天然裂縫為設(shè)計(jì)思路。通過楊氏模量、泊松比、水 平應(yīng)力、脆性指數(shù)等力學(xué)參數(shù)計(jì)算，該井工藝方式優(yōu)選體積壓裂+脈沖加砂壓裂 組合壓裂工藝技術(shù)，壓裂液設(shè)計(jì)采用線性膠+交聯(lián)壓裂液體系，一方面提高改造 體積，另一方面提高主裂縫導(dǎo)流能力。4.2壓裂材料優(yōu)化為減少儲(chǔ)層傷害，降

12、低施工成本，設(shè)計(jì)采用速溶型低濃度瓜膠壓裂液 體系。其中線性膠650m3，交聯(lián)液500m3。采用低密度高強(qiáng)度組合加砂方式，提高壓裂施工成功率，改善裂縫鋪 砂剖面，提高裂縫導(dǎo)流能力。設(shè)計(jì)600300pm高強(qiáng)陶粒45m3； 425212pm高 強(qiáng)陶粒16m3。（3）設(shè)計(jì)采用脈沖加砂方式，優(yōu)選脈沖時(shí)間2.5min，設(shè)計(jì)纖維460kg。（4）為提高壓裂液返排效率，預(yù)置CO2150t。4.3壓裂施工參數(shù)優(yōu)化通過對(duì)不同加砂量及排量的模擬，優(yōu)化設(shè)計(jì)排量8.0m3/min，加砂規(guī)模60m3。4.4壓裂施工及效果該井于2016年9月27日成功完成高速通道體積壓裂施工。前期預(yù)注CO2150 噸增能，注入壓裂液量95

13、0m3，脈沖加入40/70目低密度陶粒15m3, 30/50目低 密度陶粒45m3，纖維460kg，施工壓力53-60MPa，壓裂施工一次成功（圖1）， 取得了較好的增產(chǎn)效果。該井為體積壓裂+脈沖加砂壓裂組合壓裂方式在勝利油田實(shí)施的第一口井， 工藝應(yīng)用成功。工藝應(yīng)用效果該工藝技術(shù)截至目前已在勝利油田裂縫性儲(chǔ)層成功實(shí)施4 口井，增產(chǎn)效果較 為顯著，都達(dá)到較好的改造效果，表明該工藝的良好適用性。該工藝成功應(yīng)用表明采用線性膠大排量造復(fù)雜縫網(wǎng)措施有效，改造體積有較 大提高。采用交聯(lián)凍膠脈沖纖維加砂，實(shí)現(xiàn)了高導(dǎo)流通道，提高了主裂縫導(dǎo)流能 力。此外預(yù)制二氧化碳增能助排措施，提高壓后返排速度，達(dá)到了預(yù)期的增

14、產(chǎn)效 果。該井的成功經(jīng)驗(yàn)為下步勘探開發(fā)措施制定提供良好的借鑒。結(jié)論與認(rèn)識(shí)（1）體積壓裂形成的復(fù)雜裂縫通過脈沖纖維加砂產(chǎn)生的鋪砂剖面，形成復(fù) 雜的滲流體系，增強(qiáng)了裂縫導(dǎo)流能力；有效的防止支撐劑回吐現(xiàn)象。（2）預(yù)制二氧化碳提高液體返排速度，以及低濃度瓜膠液體減少入井液對(duì) 地層的傷害。（3）體積壓裂+脈沖纖維加砂壓裂工藝實(shí)施增產(chǎn)效果顯著，對(duì)低滲透裂縫性 儲(chǔ)層增產(chǎn)改造提供新的途徑。（4）在非常規(guī)儲(chǔ)層水平井分段壓裂施工中建議開展體積壓裂+脈沖纖維加砂 壓裂工藝試驗(yàn)以期待解決支撐劑后期回流現(xiàn)象以及裂縫內(nèi)鋪砂效果。參考文獻(xiàn)：王文東，趙廣淵，蘇玉亮，等.致密油藏體積壓裂技術(shù)應(yīng)用J.新疆石油地 K，2013，3

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