新型水溶性暫堵劑在重復壓裂中的暫堵轉向效果

姜偉， 管保山， 李陽， 才博

0 引言

隨著中國多數油田進入開發的中后期，如何穩定并提高單井產量，同時提高儲層的采收率是困擾油田開發的關鍵問題，儲層改造技術對實現油田穩產與提高采收率發揮著越來越重要的作用。重復壓裂是老井挖潛的重要方式之一[1-4]，在特定的情況下，這種方法可以恢復甚至增加油井的生產率，提高油氣的采收率，保證油田的穩產增產。

對于儲層實施重復壓裂前的地質評價、裂縫評價對重復壓裂能否取得好的效果至關重要。重復壓裂改造有3種方式[5-8]，第1種是繼續延伸老裂縫，在明確初次改造失敗原因的基礎上，如果是裂縫自身的原因，采用大規模重復壓裂改造應該取得較好的重復壓裂改造效果。第2種方式是暫堵轉向重復壓裂造新縫，通過初次壓裂后一段時間的生產，孔隙壓力降低導致的最大最小主應力差值變小（甚至最大最小主應力有可能發生反轉）[9]，結合暫堵提高縫內凈壓力，迫使重復壓裂的裂縫沿垂直于初始裂縫方向延伸，使裂縫延伸進入新的儲層區域或壓力降低較小的區域。第3種模式是兩者的結合，重復壓裂前段采用大規模改造延伸老縫，提高老縫縫長和導流，重復壓裂后段采用添加暫堵劑，提升凈壓力的方式迫使裂縫轉向。

目前最有效的轉向壓裂方式是暫堵劑的轉向壓裂改造。通過在注入流體中加入各種不同尺寸的小顆粒暫堵轉向材料，在射孔孔眼內部或裂縫內部形成致密的封堵層，提升縫內凈壓力。為了形成強度較高的封堵段塞，需要不同尺寸的顆粒材料混合封堵（大尺寸顆粒形成充填層，小尺寸顆粒充填大尺寸顆粒形成的孔隙空間）。國內外關于暫堵轉向材料有較多的研究[10-13]，Halliburton使用生物降解顆粒作為重復壓裂井的暫轉向劑[14-15]；Weatherford使用可降解的轉向材料[16]，在較寬泛的井底溫度下，保證整個完井過程中井筒保持完整性；賴南君等[17]以淀粉、丙烯酸和丙烯酰胺為原料，合成了一種水溶性壓裂暫堵劑，對巖心的封堵率大于90%，沖刷后滲透率恢復率高達97.6%；嚴錦根等[18]使用無機鹽類和有機酸類、表面活性劑、懸浮穩定劑合成水溶性暫堵劑，巖心的暫堵率大于90%，水溶率大于95%，突破壓力梯度大于10 MPa/m，滲透率恢復率大于85%；李克華等[19]合成水溶性暫堵劑巖心封堵率達到90%以上，水沖刷100 PV后，滲透率恢復值在85%以上。

采用可降解材料合成一種水溶性暫堵劑，安全環保。對合成的水溶性暫堵劑進行了室內評價，合成的水溶性暫堵劑顆粒尺寸可以根據暫堵需求任意加工，滿足不同寬度裂縫、炮眼暫堵尺寸需求，水溶性良好，與常規壓裂液體系配伍性良好，暫堵效果好，承壓能力高，暫堵解除后對巖心傷害小等特點。現場應用一口井，暫堵效果明顯，取得良好重復壓裂改造效果。

1 水溶性暫堵劑合成與室內性能評價

1.1 水溶性暫堵劑合成

目前水溶性暫堵劑主要分為如下幾類：①由植物膠、改性淀粉復配的產物，主要起暫堵作用的是植物淀粉，其溶解快，抗溫能力不足，不能在溫度較高的井使用，不能有效封堵較小孔隙裂縫，同時溶解過快造成承壓能力下降，也影響了暫堵劑的暫堵轉向效果；②骨膠粉改性的暫堵劑，該類暫堵劑生產工藝較為復雜，需要一定的溫度和壓力，生產過程中存在一定風險，合成出的產品非均質，產物波動性大；③無機鹽類，通過覆膜降低無機鹽溶解速率，起到暫堵作用，該類暫堵劑粒徑較小，不能起到很好的封堵裂縫和炮眼的作用。研究的水溶性暫堵劑采用丙烯酸類單體和丙烯酰胺類單體在堿性條件下，常壓下通過氧化還原多級聚合而成。主要特點是耐高溫、水溶時間可控，粒徑可以根據裂縫尺寸定制，可有效封堵不同尺度裂縫和炮眼，且常壓生產，生產風險較小、生產工藝簡單、安全可靠。

1.2 水溶性暫堵劑顆粒尺寸

合成的水溶性暫堵劑的顆粒尺寸可以根據暫堵炮眼、裂縫的尺寸進行定制加工，根據調研結果和以往暫堵劑現場應用情況，總結出暫堵劑3組分以上顆粒組合橋堵效果好，同時尺寸相差越大越好。考慮施工風險，采取2組分組合（7∶3），暫堵顆粒粒徑不大于5 mm。

表1 暫堵劑粒徑與裂縫寬度匹配關系

1.3 水溶性暫堵劑溶解實驗評價

暫堵劑在施工結束后能否降解，對裂縫壁面和支撐劑充填層的傷害程度是暫堵劑評價的一項重要指標。在80 ℃、0.1 MPa下，分別在清水、0.1%瓜膠壓裂液和2%KCl活性水壓裂液中分別加入30%水溶性暫堵劑，80 ℃恒溫水浴，觀察不同時間后的水溶性暫堵劑變化情況。

30%水溶性暫堵劑在3種液體體系中，水浴60 min后，水溶性可控型暫堵劑溶化，有極少量的顆粒，液體比較稠，攪拌有阻力，玻璃棒有掛液；水浴240 min后，水溶性可控型暫堵劑完全溶化，無顆粒，但有一定黏度。

水溶性暫堵劑水溶性良好，在壓裂施工結束后，水溶降解隨壓裂返排液返排到地面，不會對裂縫壁面和支撐劑充填層產生傷害，滿足清潔壓裂要求。同時水溶性暫堵劑的水溶降解時間也對壓后關井時間提出明確要求，一般要求壓后關井時間不小于4 h，保證暫堵劑充分水溶。

1.4 水溶性暫堵劑暫堵實驗評價

暫堵劑的封堵效果和承壓強度是暫堵劑能否起到暫堵轉向效果的關鍵參數。通過測量人造巖心在水溶性暫堵劑封堵前和封堵后的滲透率變化，確定水溶性暫堵劑的封堵效果；通過在巖心端面充填一定厚度的水溶性可控型暫堵劑，測定儲層溫度下，水溶性可控型暫堵劑形成濾餅的承壓能力，通過測試其突破壓力來評價水溶性暫堵劑的承壓強度。

實驗選取人造巖心在儲層溫度下，用標準鹽水開展了液測滲透率測試，得到滲透率為4.14 mD，實驗結果見圖1。

圖1 人造巖心液測滲透率實驗數據

室溫條件下將1 cm厚度的水溶性可控型暫堵劑裝在一鋼模內，升溫至80 ℃用標準鹽水恒流速10 mL/min測定壓力變化情況。對比使用水溶性可控型暫堵劑封堵前后滲透率的變化，滲透率由4.14 mD降為0.004 8 mD，滲透率下降99.88%，封堵效果較好，見圖2。

圖2 水溶性暫堵劑封堵后滲透率測試（80 ℃）

以40 MPa恒壓注入以后，液體濾失速度明顯減緩，濾失量增加幅度變緩，實驗后期40 min內濾失速度幾乎恒定。說明80 ℃下，1 cm厚度的水溶性可控型暫堵劑達到40 MPa的承壓能力，見圖3。

圖3 水溶性暫堵劑封堵后壓力、濾失速度隨時間變化

實驗結束后將巖心剖開，未見明顯水溶性可控型暫堵劑液體侵入巖心，說明水溶性暫堵劑水溶降解徹底，對地層傷害小。

2 水溶性暫堵劑在重復壓裂中的暫堵轉向效果評價

2.1 暫堵轉向重復壓裂施工優化

長慶油田一口低滲透井，射孔深度為1 924.0～1 929.0 m、 1 938.0～1 942.0 m， 層位為長 621。該井于2004年6月壓裂投產，試油日產純油量為32.64 t，投產初期產能為10.78 t， 截止2016年6月累計產油量為20 029 t；該井為周期性地層堵塞井，2011年～2013年2次酸化解堵， 措施效果均較好，近期該井液量再次下降， 日產液量由4.43 m3/d下降至2.78 m3/d。分析認為， 該井地層深部堵塞， 常規酸化解堵方式效果較差；對應注水井累積注水146 249 m3，2015年4月測試吸水剖面顯示尖峰狀吸水嚴重，相鄰油井測壓為12.9 MPa，地層能量充足。

該井地層能量充足，前期酸化解堵均起到了較好的效果，說明沿初次裂縫方位仍有剩余油分布，同時為降低油井含水，擴大側向剩余油動用程度，決定采用擴展初次裂縫+暫堵轉向壓新縫相結合的重復壓裂改造方式。

施工設計分5個階段，前2個階段用于擴展支撐老縫，改造規模通常要比初次改造規模要大，起到延伸老縫、提升導流的作用。第3階段用于頂替前階段支撐劑，如地層同時加入水溶性暫堵劑暫堵縫口和部分炮眼，迫使后續壓開的裂縫沿偏離（甚至垂直）初始裂縫方位進行延伸。施工泵序見表2。

表2 擴展初次裂縫+暫堵轉向壓新縫相結合的重復壓裂改造泵序

2.2 水溶性暫堵劑暫堵轉向效果

該井現場施工排量為2.1 m3/min，施工壓力為10.57～25.75 MPa，入井總液量為197.5 m3，總砂量為50 t；加入水溶性暫堵劑后施工壓力上升3 MPa，暫堵效果明顯，不考慮由于液體轉換導致的施工摩阻變化的前提下，縫內凈壓力提升3 MPa，能夠起到較好的迫使裂縫轉向作用，達到了預期的效果。水溶性暫堵劑重復壓裂現場施工曲線見圖4。

圖4 水溶性暫堵劑重復壓裂現場施工曲線

2.3 暫堵轉向重復壓裂改造效果

該井壓后4 h放噴排液， 液體黏度為3 mPa·s，壓裂液破膠和水溶性暫堵劑水溶良好，返排液黏度低，易于返排，降低殘膠傷害。水溶性暫堵劑重復壓裂前、后生產曲線見圖5。

圖5 水溶性暫堵劑重復壓裂前、后生產曲線

可以看出，壓前日產液量為4.0 m3/d、日產油量為1.6 t/d、含水率為58.8%；壓后日產液量為6.6 m3/d、日產油量為2.7 t/d、日增油量為1.1 t/d，且后期上升趨勢明顯，含水率下降至53.7%，起到了恢復油井產能，降低含水的改造初衷。

3 結論

1.采用可生物降解材料、高分子量聚合物、膨脹劑和固化劑合成一種水溶性暫堵劑，安全環保、無毒無害。

2.水溶性暫堵劑顆粒尺寸可以根據裂縫寬度定制，水溶性良好，對巖心的封堵率達到99%以上，承壓強度40 MPa以上，水溶降解后對巖心傷害小。

3.水溶性暫堵劑現場應用1口井，加入暫堵劑后施工壓力上升3 MPa，起到了良好的暫堵轉向效果，壓后日增油量為1.1 t/d，含水率下降5%，說明該壓裂模式能夠起到恢復油井產能、降低含水率的目的。

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