超低滲油藏分級加砂壓裂工藝探討

陳愛軍

（中石油長慶油田分公司超低滲透油藏第一項目部，甘肅 慶陽745400）

姜漢峰

（中石油塔里木油田分公司油氣生產技術部，新疆 庫爾勒841000）

黃萬龍

（中石油渤海鉆探工程有限公司第一鉆井工程分公司，天津300280）

王宇

（中石油塔里木油田分公司勘探開發研究院，新疆 庫爾勒841000）

馬海波

（中石油塔里木油田分公司秘書科，新疆 庫爾勒841000）

王彥秋

（中石油塔里木油田分公司開發事業部，新疆 庫爾勒841000）

張磊

（中石油塔里木油田分公司勘探開發研究院，新疆 庫爾勒841000）

隨著采油工藝技術水平的逐步提高，過去不具備開發價值的超低滲油藏慢慢成為了石油開采中的主力油藏。而對于超低滲透油藏的開發而言，構建油層到井筒有利的流體通道是關鍵，通常都是采用壓裂的方式來實現。目前，壓裂是低滲透油田中后期增產增注的主要進攻性措施之一，對油田中后期老井的增產增注起著重要的作用。通常，為了提高油井的單井產量，在不同的開發階段，同一口井在不同的時期會幾次實施壓裂措施，也就是重復壓裂。

重復壓裂確實能提高油井的產能和出油時間，其在超低滲透油藏開發中做出的貢獻也毋庸質疑。但隨著施工次數的增加，壓裂效果呈明顯下降趨勢，并且有效期也急劇縮短，直至到完全失去采取壓裂措施的意義。分級加砂在壓裂施工過程中的不同階段加入不同粒徑的支撐劑（石英砂）使之相互配合，能夠彌補重復壓裂過程中造成的暫堵、砂卡和壓濾液濾失及壓后吐砂的缺陷，起到優化壓裂液通道、降濾和防止壓后吐砂的效果，從而改善低滲、超低滲油藏的開采效果［1］。下面，筆者在對重復壓裂效果遞減原因進行分析的基礎上，提出分級加砂壓裂的新型工藝方案。

1 重復壓裂效果遞減的原因分析

1.1 因暫堵效果差而無法產生新的裂縫

在重復壓裂過程中，壓開老裂縫的同時，加入暫堵劑，如果注入壓力沒有明顯的上升，說明沒有新的裂縫產生，即暫堵劑沒有起到堵住老裂縫的作用，導致壓裂液沿老裂縫流失，而老的裂縫已經失去原有的導流能力，又無新的導流通道產生，最終造成壓裂效果不明顯。

1.2 砂卡的發生致使壓裂效果不理想

長慶油田普遍采用的是斜井鉆井方式和射孔完井方式，而大斜度井往往會產生較大的井筒效應。壓裂液和支撐劑從井筒內進入主裂縫時，往往存在著附加摩阻，這種附加摩阻，經常會造成攜砂液提前脫砂，使壓裂施工在裂縫長度、裂縫導流能力等參數上達不到預期的要求影響壓裂后的產能，甚至在高砂比注入攜砂液時出現砂卡現象，此時不得不停泵進行反洗井，造成壓裂過程被迫間斷，嚴重影響壓裂效果。

1.3 壓裂液濾失和壓后吐砂影響壓裂效果

由于地層天然裂縫的存在和上次壓裂產生的微裂縫，導致壓裂施工過程中壓裂液濾失嚴重，而無法達到預期的壓裂效果。而壓裂后地層吐砂則會讓裂縫很快閉合而失去導流作用，在莊9區塊的莊28－16井、莊26－17井、莊40－9井等井的作業過程中就發現井筒大量沉砂，有的甚至已經埋過了射孔段。

由于上述3方面的原因，有必要對通常采用的壓裂工藝進行分析和改進，設法提高單次重復壓裂措施效果。根據現場的實踐，借鑒壓裂工藝研究成果，提出分級加砂壓裂的新型工藝方案。

2 分級加砂壓裂工藝

壓裂施工一般分為3個階段，分別是注入前置液、攜砂液和頂替液。分級加砂壓裂工藝主要體現在2個方面：首先，前置液中加入粉砂；其次，不同階段攜砂液中加入支撐劑。

2.1 前置液加粉砂

在前置液中加入低砂比的粉砂，砂比控制在10%～15%。其作用在于含砂液體可以造成很強的水力切割作用，在不完善的射孔孔眼處和近井地帶的復雜裂縫中，這種高速含砂流體形成的水力切割作用可以幫助液體對各種因素形成的毛刺、粗糙表面、迂曲構造進行水力切割和打磨，使流通路徑趨于光滑，降低摩阻，減小壓裂過程中發生砂卡地可能性；并且，上述不利因素越嚴重，取得的效果越明顯。而對于近井地帶的裂縫，這種低砂比的支撐劑段塞可以堵塞一些寬度較小的裂縫，有利于主裂縫的延長和拓寬。進而提高壓裂液的效率，提高壓裂一次成功率［2］。

在壓裂施工至老裂縫張開到一定程度后，一般會加入暫堵劑，用來堵塞老裂縫以利于新裂縫的產生。但是，由于暫堵劑對近井地帶微裂縫（包括天然微裂縫和以前壓裂施工形成的微裂縫）的封堵能力有限，往往達不到預期的封堵目標。而采用前置液加粉砂工藝，利用粉砂對微裂縫的封堵能力與暫堵劑配合，通過這種雙重的封堵配合，將大大提高暫堵的成功率。

2.2 攜砂液加支撐劑（石英砂）

該階段的主要特點是將攜砂液分為3個階段注入并配以不同直徑的支撐劑（石英砂），一是在老裂縫壓開時注入粉砂作為一級支撐劑；二是在新裂縫產生時注入中砂作為二級支撐劑；最后再以尾追粗砂的方式注入三級支撐劑。

1）粉砂作為一級支撐劑 粉砂作為一級支撐劑注入地層的優點有很多，主要表現在2個方面：一是粉砂首先進入壓裂時形成的微細裂縫或被壓開的地層本身微裂縫中，有效地阻止壓裂液濾失進去，提高液體效率，保證造縫效果，降低前置液用量，從而減少入井液總量，降低壓裂液對儲層的傷害；二是地層破裂時產生的細裂縫可以得到粉砂的有效支撐成為較高導流能力的原油通道。粉砂在壓裂施工過程中能夠起到有效的降濾作用，而施工結束裂縫閉合后又能起到有效支撐微裂縫的作用，成為溝通地層和人工主裂縫的油流通道，提高儲層導流能力，支撐的微裂縫有助于提高壓裂增產效果，延長措施有效期。一般采用粒徑100目的粉砂并用38%左右的平均砂比注入，效果較理想。

2）中砂作為支撐新裂縫的二級支撐劑 在重復壓裂施工過程中，壓開老裂縫已經不是施工的主要目的，而產生新的導流通道才是重點。因此，當壓裂施工至老裂縫張開到一定程度時就會加入暫堵劑對老裂縫進行戰略性的暫時封堵，以利于新裂縫的產生。當新裂縫產生時再次加入的支撐劑成為二級支撐劑，此時對二級支撐劑的選擇就十分重要了。如果此時選用粉砂作為二級支撐劑，由于壓后新裂縫的閉合能力較強，特別是在地層巖石硬度比較低得情況下，粉砂很容易滲入到裂縫兩邊的縫面中去。而且，伴隨著新裂縫產生的同時還會形成許多微裂縫，粉砂就容易被這些微裂縫吸收，反而使新的主裂縫得不到有效的支撐。對于此種情況中砂的支撐能力將大大高于粉砂。采用粒徑約為30目的中砂作為二級支撐劑并以36%的平均砂比注入，就能達到比較優良的支撐效果。

3）粗砂作為三級支撐劑 在施工的最后階段采用粘度較低的壓裂液攜帶粒徑大約為15目的粗砂，并用較高的砂比，砂比控制在70%～75%（根據井筒具體情況可適當調整），填充在井眼附近。粗砂就會最先在井眼附近坐實，形成一個篩網阻止中砂返出，而中砂又形成了一個篩網阻止了粉砂的返出，這樣就避免了壓后吐砂嚴重和井筒沉砂嚴重的現象，也就保證了裂縫的導流能力和有效期［3］。

3 效果分析

分級加砂壓裂工藝可以克服重復壓裂中存在的比較突出的矛盾，降低不利因素的影響，且相對而言比較容易操作。從莊9區塊莊40－9井的試驗結果來看，分級加砂壓裂工藝在超低滲透油田實施油井增產措施是具有一定可行性的。

雖然筆者討論到的只有三級支撐劑，但并非該工藝只能用到三級支撐劑。根據地層條件、井筒的具體情況以及對經濟成本的計算，支撐劑的級數是可以調整的。

4 結論

1）重復壓裂工藝因暫堵效果差、砂卡和壓裂液濾失和壓后吐砂而導致超低滲油藏在開發過程中效果遞減，對油田穩產、高產不利。

2）分級加砂壓裂工藝的優勢主要體現在2個方面，即前置液中加入粉砂，以及不同階段攜砂液中加入支撐劑（石英砂）。這2方面的優勢相互補充，優化壓裂液通道、降濾和防止壓后吐砂，提高了人工裂縫導流能力和延長重復壓裂有效期。

［1］王成旺，范文敏，陸紅軍.長慶油田老井增產增注工藝技術研究與應用 ［J］.油氣測井，2007，16（6）：45－48.

［2］夏方亮.淺層低滲透油藏壓裂工藝優化及應用 ［J］.技術前沿·中國石油和石化標準與質量，2010，2（6）：71－76.

［3］林運輝.低滲透裂縫性油藏降濾壓裂工藝技術研究 ［J］.內蒙古石油化工，2011，7（4）：163－164.