洛帶蓬萊鎮組氣藏壓裂工藝技術研究及應用

丁 咚 劉 林 李思洲

(1.中國石化西南油氣分公司工程技術研究院 2.中國石化西南油氣分公司龍星公司)

0 引言

洛帶氣田上侏羅統蓬萊鎮組(J3p)氣藏，其產層埋藏淺(400m～1600m)，已證實自上而下發育Jp1—Jp44個氣藏和12套含氣砂體[1]。該氣藏儲層巖石類型以巖屑石英砂巖為主，局部夾有薄層泥巖、粉砂質泥巖。膠結物含量較高，成分以方解石為主，膠結類型主要為孔隙式膠結。氣藏平均孔隙度11.2%，平均滲透率2.173mD，平均含水飽和度40.39%，粘土含量10.3%，地層溫度23℃～48℃，地壓系數0.5～1.0，屬于低滲、低溫、低壓氣藏。由于儲層非均質性強、儲量豐度低、含氣砂體的展布規模較小、砂體連續性普遍較差，氣井初產量低。同時經過多年的勘探開發，隨著采出程度的逐年增加，氣藏地層壓力不斷下降，壓裂液返排率逐年降低，滯留地層的壓裂液給儲層帶來的傷害逐年增加，導致了無論是新井開發，還是老井挖潛，壓裂效果均不明顯，影響了氣藏產量的穩定和采收率的提高，給壓裂工藝技術的針對性提出了更高的要求。

1 加砂壓裂關鍵工藝技術

1.1 液氮增能技術

目前洛帶蓬萊鎮組氣藏低壓、壓后壓裂液返排能力較差，滯留地層的壓裂液對儲層傷害大，而且，前置液及先期泵注的攜砂液在裂縫中暴露時間長，濾失量大，液氮能量在地層中會部分擴散導致其增能作用下降，且實際有效的液氮量低于混注的液氮量。因此，應采取大排量階梯式全程拌注液氮的施工工藝。根據施工過程中壓裂液在裂縫中的暴露時間的不同，將前置液及先期泵注的攜砂液的混氣量增大，同時通過加入性能優良的起泡劑，使得注入壓裂液中的液氮能最大限度地形成泡沫以降低壓裂液濾失，提高液氮的使用效果，進而降低儲層傷害。

泡沫質量是液氮增能壓裂設計的重要參數之一，在氣體的啟動壓力規律的基礎上根據壓力平衡原理，得出壓裂液自噴返排的最小泡沫質量計算公式：

(1)

式中：

ρl—壓裂液密度，g/cm3；

h—井深，m；

ρgm—在p、T條件下氮氣的密度，g/cm3；ρgm=pM/RT×10-3；

pe—地層壓力，MPa；

h—液柱高度，m；

δp—啟動壓力、摩阻及氣體滑脫損失，MPa。

洛帶蓬萊鎮組氣藏由于地層壓力較低，為了提高液氮的增能助排能力，選擇泡沫質量最大在35%左右。此工藝在洛帶蓬萊鎮氣井進行了成功的推廣應用(表1)，使得大部分氣井壓后返排速度顯著加快，返排率明顯提高，見氣點火時間縮短至7小時內，具有較好的針對性。

表1 液氮增能效果

1.2 全程纖維加砂技術

為了降低水基壓裂液殘渣形成濾餅對儲層的傷害，洛帶蓬萊鎮組氣藏常采用超低稠化劑濃度的壓裂液體系。然而，對超低濃度稠化劑壓裂液來說，要想在降低稠化劑濃度的時候，還能不影響壓裂液性能，通常依靠多種工藝方法來提高壓裂液性能，如纖維的加入可以彌補由于稠化劑濃度的降低所帶來的攜砂性能的降低[2]。因此，鑒于洛帶蓬萊鎮組氣藏使用的壓裂液稠化劑濃度相對較低，采用全程纖維加砂的方法以增強其攜砂性能。通過實驗，以支撐裂縫導流能力和滲透率為目標，對纖維的濃度進行了優化(圖1)，由圖1可見，當纖維量為砂量的7‰時，對導流能力和滲透率的改善作用最好。

目前該技術主要應用于蓬萊鎮組單層壓裂或多層分壓裂最上層的壓裂施工。根據現場應用經驗，為降低施工風險，避免纖維堵塞油管，施工時設計纖維濃度為4-5‰，從已成功實施的20口洛帶蓬萊鎮組氣井的應用效果來看，配合采用全程液氮拌注，可彌補由于稠化劑濃度的降低而引起壓裂液攜砂性能的降低，進而滿足洛帶蓬萊鎮氣藏壓裂施工的要求。

圖1 纖維濃度-導流能力、滲透率評價結果

1.3 快速返排技術

在水力壓裂設計施工中，為了盡量減少壓裂液破膠液在地層中滯留時間過長對儲層造成的傷害、提高支撐劑在儲層內的支撐效率，往往采取裂縫強制閉合技術。裂縫強制閉合技術的目的在于壓裂后，不等裂縫自然閉合，就用一定尺寸的油嘴以高于壓裂液的自然濾失速度控制放噴，使支撐劑還未沉降或沉降不多時就被裂縫壁夾住，從而最大限度地保證支撐劑在產層里的有效支撐，并防止有效支撐縫長的縮短。

為達到這一目的，根據裂縫強制閉合理論[3]，計算出在洛帶蓬萊鎮組20MPa左右的閉合應力下不出砂的臨界流速為20mm/s，根據各井的實際情況從而可最終確定返排油嘴的大小。

通過對洛帶蓬萊鎮組氣藏的壓裂改造中實施該快速返排技術，液體的返排率比以前提高了5%，在避免出砂的同時縮短了排液周期，降低了液體對地層的傷害，改善了裂縫支撐剖面，從而提高了裂縫的導流能力。如果配合采用拌注纖維工藝，還可進一步提高支撐劑移動的臨界流速和縮短排液周期，進一步降低儲層傷害。

1.4 多層分壓工藝技術

針對洛帶蓬萊鎮組氣藏儲層縱向砂體多的特點，為提高氣井產量、促進儲量的有效動用，提高氣田整體開發效益，可以考慮采用多層分壓(裂)合采的方式。以氣井縱向地應力剖面為基礎，針對不同的地層、井筒和應力情況，自2009年以來形成的以Y241工具為主的不動管柱的分壓工藝在洛帶氣田發揮了重要作用，該不動管柱工藝采用封隔器和滑套組合，其施工工序是：從油管注入進行分層壓裂，壓后從油管進行合采。

在原有兩層分層壓裂工藝的基礎上，通過對各種多層壓裂工藝的適應性評價和技術攻關，在洛帶氣田L87D井成功開展了Y241封隔器不動管柱分別壓裂三層的工藝試驗，并獲得了成功，其壓裂管串結構(由下至上)為：座封球座+接球座+Y241封隔器+噴砂滑套+接球座+Y241封隔器+噴砂滑套+油管至井口。

2009年以來，洛帶蓬萊鎮組加砂壓裂改造中有15口井都采用該工藝進行分層壓裂，一次性施工成功率達到100%，均取得了好的效果，使氣藏得到了高效開發。

1.5 施工參數優化

通過對洛帶氣田蓬萊鎮組氣藏工程地質特征的研究，在分析前期壓裂施工參數和對儲層進一步認識的基礎上，對洛帶氣田蓬萊鎮組氣藏壓裂施工參數進行了優化，提出了以Ellins目標縫長標準(表2)為參考，并以控制裂縫高度為目的，形成了以“低砂量、低砂比、小排量、低前置、高效返排”為特色的壓裂設計思路。

表2 Ellins對致密油氣藏確定的壓裂規模及壓裂裂縫的縫長標準

儲層類型儲層滲透率(mD)改造方式裂縫半長(m)常規儲層>1.0常規壓裂<100非常規儲層低滲透層0.1^1.0中型壓裂100^250致密層0.05^-0.10大型壓裂>250很致密層0.001^0.050超級壓裂>600超致密層 <0.001超級壓裂>750

(1)加砂規模優化

加砂規模的設計主要是以達到理想產量所需要的裂縫長度及導流能力為目的。目前，壓裂目標縫長優化主要參考Ellins標準，洛帶蓬萊鎮組氣藏儲層的滲透率主要分布在0.6mD～6mD，多為Ⅱ類～Ⅲ類儲層。據統計，洛帶蓬萊鎮組Ⅱ類～Ⅲ類儲層的平均滲透率約為0.8mD，參考Ellins標準，壓裂所形成的人工裂縫長度在100m～250m為最佳。同時應用FracproPT軟件對蓬萊鎮的不同加砂規模進行模擬，得到單層施工的加砂強度以1.0m3/m～2.0m3/m為最佳。

(2)前置液量的確定

壓裂設計的前置液確定原則：保證施工正常進行的前提下，應盡量減小前置液量以降低儲層傷害。理論上最優前置液百分數應當是最后一批砂子進入時，前置液正好濾失完。但在實際施工設計時為保險起見，要求以支撐裂縫半長與動態裂縫半長比值為85%～90%來確定前置液的百分數為宜，據此，優化設計確定的前置液量與砂量之比在1︰1～1.2︰1。

(3)施工排量的優化

施工排量是壓裂設計的關鍵參數, 它會影響施工泵壓和裂縫的幾何尺寸。一方面由于洛帶蓬萊鎮組氣藏儲層較薄，采取小排量施工能夠更好控制縫高，增加裂縫的長度；另一方面考慮到與大排量液氮增能助排工藝相結合，壓裂設計的泵注排量以1.5m3/m～2.5m3/min為宜。

(4)砂比的優化

砂比的設計主要應根據壓裂區塊先前的壓裂經驗和設計規模條件下所需要達到的裂縫縫長來確定，前期洛帶蓬萊鎮組氣井壓后壓裂液返排困難，為了盡可能減少加入液體量，施工平均砂比較高，約在27%左右。洛帶蓬萊鎮組儲層薄、壓裂規模較小，為了減少入地液量，降低壓裂液對儲層的傷害，需要減少攜砂液量而提高砂比。然而，在給定加砂規模的條件下，提高砂比可能會減小縫長而降低支撐裂縫的導流能力，因此，在設計壓裂施工砂比時，原則上應以形成較長的人工裂縫為主要目標而適當降低砂比，故目前優化選擇的洛帶蓬萊鎮組氣藏壓裂施工的平均砂比為20%左右。

2 現場應用效果

2009年以來，通過以上壓裂工藝及配套技術的集成應用，壓裂施工33井次50層次，措施成功率100%，增產有效率83.3%，壓后效果由壓前的無氣或產氣微量增加到壓后累計測試產量33.3447×104m3/d，增產倍比及投入產出比顯著，獲得了良好的經濟效益。該集成技術盤活了低品位儲量、挖掘發揮了小氣田的巨大潛力，為川西地區中淺層氣藏難動用儲量的開發提供了新的壓裂改造技術思路和技術保障。

3 結論

(1)洛帶氣田蓬萊鎮組儲層非均質性強、儲量豐度低、含氣砂體的展布規模較小、砂體連續性普遍較差、氣井初產量低，壓裂時壓裂液返排率低，壓裂效果不明顯。

(2)結合氣藏工程地質特征的研究，同時通過室內實驗和現場應用，在洛帶蓬萊鎮組形成了液氮增能、全程纖維、快速返排、分壓合采、優化參數等關鍵壓裂技術。

(3)2009年以來壓裂井增產效果由壓前的無氣或產氣微量增加到壓后累計測試產量33.3447×104m3/d，增產倍比及投入產出比顯著，獲得了良好的經濟效益。

(4)洛帶氣田蓬萊鎮組壓裂技術的應用，為推動川西中淺層氣藏難動用儲量的開發，提高西南分公司資源動用程度提供了新的技術支撐和改造工藝技術。

1 張曉莉,羅鋒.川西洛帶氣田蓬萊鎮組儲層特征[J].長安大學學報,2003,25(3): 33-37.

2 黃禹忠,任山.纖維網絡加砂壓裂工藝技術先導性試驗[J],鉆采工藝,2008,31(1).

3 Ely J W，Arnold W T and Holditch S A．New Techniques and Quality Control Find Success in Enhancing Productivity and Minimizing Proppant Flowback.SPE 20708,1990.