纖維加砂壓裂在靖邊氣田水平井的應用

桂陽　陳恒　曹陽

摘要：纖維加砂壓裂是目前最新支撐劑回流控制技術之一，可大幅提高填砂裂縫的臨界出砂流速，也能大幅提高壓后排液的速度，從而有效預防支撐劑回流。為此，在加砂壓裂井中伴注可降解纖維，來提高返排效率和降低地層傷害，進而提高裂縫導流能力。現場試驗表明：其不僅可降解纖維材料，性能穩定，滿足現場加砂壓裂要求，還可以降解纖維，提高了交聯液的攜砂能力，在排液后期有效降低了支撐劑回流，改善了壓裂效果。文章建議進行水平井壓后關井時間和控制放噴優化，提高可降解纖維加砂壓裂工藝效果。

關鍵詞：纖維；壓裂；水平井；靖邊氣田；支撐劑

1靖邊氣田研究背景

靖邊氣田是長慶油田重要的生產基地，為了增儲上產，壓裂試氣完井水平井數量逐年劇增。隨著水平井分段壓裂規模的增大，壓裂液入地量不斷增加。為了降低壓裂液對儲層的傷害，需要壓裂后用油嘴快速排液，以提高壓裂液返排效率，降低其對儲層的傷害，同時快速排液容易造成支撐劑大量回流。支撐劑回流將刺壞地面流程，威脅現場排液人員的人身安全，降低壓裂效果。

近年來，利用節流放噴管匯來進行壓后放噴排液，在一定程度上控制了支撐劑回流，減少了針閘閥的使用數量，但未能從根本上解決問題。纖維加砂壓裂通過纖維提高支撐劑固定強度，可有效預防壓裂后支撐劑回流，實現壓裂液的快速返排。同時纖維還具有較強的攜砂功能，可降低攜砂液中支撐劑的沉降速度，改善裂縫中支撐劑鋪置剖面。2012年長慶井下在蘇里格氣田直井進行了纖維加砂壓裂先導性試驗。加纖維壓裂的18口天然氣探井在放噴排液過程中，試驗井均壓后出砂量為0.108 m³，而未加纖維的壓裂施工井，平均出砂量在0.500 m³以上。纖維加砂壓裂的直井與對比井相比，出砂明顯減少，壓裂返排速度加快（見表1）。加纖維壓裂先導性試驗在直井中取得了良好的效果。

本研究在纖維加砂壓裂技術在直井先導性試驗取得一定認識的基礎上，開展了氣田水平井纖維加砂壓裂技術現場試驗，進一步擴展纖維加砂壓裂的應用范圍，實現水平井快速排液，改善壓裂效果。

2工藝原理

該技術是把人造纖維混在攜砂液中尾追注入，在井筒附近的裂縫中形成復合性支撐劑，支撐劑是基體，纖維是增強項，從而將支撐劑穩固在原始位置，而流體可以自由通過，達到預防支撐劑回流的目的。

裂縫中的纖維通過多種機理來穩固砂拱。每根纖維與若干支撐劑顆粒相互接觸，通過接觸壓力和摩擦力相互作用。這種纖維穩定支撐劑技術是通過纖維與支撐劑間的相互作用形成空間網狀結構而提供支撐劑與裂縫之間額外的粘結力，從而將支撐劑穩定在原始位置，而流體可以自由通過。壓裂施工結束時，裂縫中的支撐劑因承受壓力，顆粒間以接觸的形式相互作用而達到力學平衡，壓裂液開始返排后，由于流體流動的沖刷，這種平衡受到破壞，支撐劑顆粒就發生塑性剪切形變，形成一系列的拱形結構，即砂拱。

在壓后排液過程中，砂拱的剪切變形引起纖維的變形，誘發的纖維軸向力分解為切向、法向兩部分，切向分量直接抵抗砂拱剪切變形，法向分量增加側限壓力，進而增大支撐劑間的摩擦力，間接抵抗砂拱剪切變形，從而提高砂拱的穩定性和臨界返排速度，有利于控制支撐劑的回流。由此可見，支撐劑中的纖維成分能夠增強支撐劑砂拱移動變形的阻力；另外，一條纖維可以同時與10～20個砂粒作用纏繞在一起，從而增加了支撐劑耐沖刷的能力。這兩種作用將大大提高支撐劑充填層穩定性，使一盤散沙變成了一個整體，從而防止支撐劑發生回流（見圖1）。

3現場試驗及效果分析

3.1現場試驗情況

在靖邊氣田水平井進行了加纖維壓裂試驗，依據試驗井地質隋況及壓裂設計方案，進行纖維加入方案設計，對放噴過程進行了監測，2016年，在氣井水平井累計試驗9口井，平均單井伴注纖維817 kg，平均單井出砂量5.1 m³。通過前3口井試驗后優化了伴注比例，取得了顯著效果，試驗成功井平均壓后返排砂量為2.3 m³，而不加纖維壓裂施工井，返排砂量平均在10～15 m³。下面以蘇X井為例，介紹加纖維壓裂和放噴返排的試驗情況。

蘇X井采用7段水力噴射壓裂，壓裂時共加砂277.4 m³，加纖維1506.2 kg，施工排量2.2～2.6 m³/min，施工壓力38.5～66.2 MPa，總入地液量4 254.5 m³。

全井改造層段纖維尾追伴注，設計可降解纖維加入5‰～7‰，該井第一、六段整體施工壓力高，因施工因壓力高停止纖維伴注；第二至第七段，現場調整纖維加入方案為全井段全程纖維遞增伴注，順利完成纖維加砂壓裂施工。施工曲線顯示加注可降解纖維對施工壓力、排量、砂比、入地液量等參數有影響，特別對排量和砂比影響很大，實際是流量計芯子被纖維絲纏繞，造成計量不準，產生偏差，纖維加完后，流量計的監測值恢復正常。

蘇x井壓后關井，油壓12.6 MPa，套壓13.5 MPa，隨即開井排液。該井累計入井液量4 254.5 m³，累積排出液量3 800 m³，返排率為89.3%，放噴返排過程中累積出砂1.1 m³，出砂率0.389%，返出陶粒對井口及地面管線沖蝕小，同時返排液帶出分散較好的纖維絲，未出現纖維堵塞油管和針閥或閘閥的損毀情況的現象，纖維防支撐劑回流效果良好。

3.2控砂效果評價分析

3.2.1加纖維與不加纖維井同放噴制度對比

以同井場靖A井、靖B井為例來進行效果評價分析，兩口井均采用水力噴射壓裂施工，靖A井全井段采用全程伴注纖維防支撐劑回流。

靖A第一次放噴出砂3.1 m³，后期放噴累計出砂0.8 m³，整個放噴過程出砂3.9 m³（同井場靖B出砂嚴重油管內沉砂放噴火器），出砂率1.585%，纖維控砂防支撐劑回流效果顯著（見表2）。

3.2.2纖維加砂井相同放噴制度情況對比

以蘇X井、靖A井為例來進行效果評價分析（表3），兩口井均采用水力噴射壓裂施工七段，壓裂規模相近，設計兩口井全井段采用纖維尾追伴注纖維防支撐劑回流，實際施工中因壓裂高，靖A井伴注纖維6段。

靖A井相對蘇X井出砂量較大，分析認為主要原因在于：

（1）靖A井壓后第一次放噴時間長、排出量大，排出程度高達61%（蘇X井第一次放噴排出程度40%），返排液對支撐劑的攜帶能力較強。

（2）靖A井纖維全程伴注比例相對蘇X井較均勻、較低，而水平井返排過程出砂主要體現在后期施工段的近井筒附近。該井在后3段的攜砂液末期纖維加入濃度相對較低，因此纖維防砂效果沒有蘇X井顯著，刺壞一個針閥。

4結語

（1）現場應用表明纖維加砂壓裂在預防支撐劑回流上是可行的，顯著減少了支撐劑回流量，提高放噴排液速度，同時還降低了排液過程中由于支撐劑回流導致的針、閘閥損毀發生的概率。

（2）該技術現場操作簡單、應用效果好，具有推廣應用前景。

（3）建議適當選擇同井場水平井進行纖維加入現場試驗，放噴過程適度加強放噴排量，對比纖維伴注井不同放噴制度（加強放噴力度）、加纖維與不加纖維井同放噴制度下的出砂情況及地面放噴設備損壞情況。