庫(kù)車(chē)山前致密砂巖凝析氣藏高效低傷害壓裂改造技術(shù)

熊勇富，鄒國(guó)慶，王靜波，羅宇燦，王 榮，徐國(guó)偉，劉 洋

(1.中國(guó)石油川慶鉆探工程公司，四川 成都 610052；2.中國(guó)石油塔里木油田分公司，新疆 庫(kù)爾勒 841000)

庫(kù)車(chē)山前致密砂巖凝析氣藏，儲(chǔ)層埋深4 600.0～5 000.0 m，地層溫度115.5～152.0 ℃，地層壓力75.0～85.0 MPa，基質(zhì)孔隙度主要在4.0%～8.0%，平均為5.6%，滲透率主要在(0.1～10.0)×10-3μm2，中值為0.7×10-3μm2，平均孔喉半徑0.03～2.40 μm，平均0.36 μm，總體屬細(xì)孔小喉，水鎖強(qiáng)，泥質(zhì)微孔發(fā)育，伊/蒙混層及絲片狀、毛發(fā)狀伊利石含量高，水敏性強(qiáng)，地露壓差小，試采有結(jié)蠟堵塞現(xiàn)象，易發(fā)生反凝析現(xiàn)象，造成油鎖傷害。

低滲致密凝析氣藏兼具低滲致密氣藏與凝析氣藏的開(kāi)發(fā)難點(diǎn)，具有更為復(fù)雜的儲(chǔ)層二次傷害機(jī)理、滲流規(guī)律、油氣相態(tài)變化[1]。一方面，致密氣藏最大特點(diǎn)為低孔低滲，流體需要克服更大的界面張力、毛管力，水鎖效應(yīng)強(qiáng)[2]，導(dǎo)致氣井產(chǎn)能下降，甚至停噴；另一方面，凝析氣藏在一定溫壓條件下，井筒及近井地層極易發(fā)生反凝析傷害，使得氣相滲流通道嚴(yán)重受阻，滲流阻力大幅升高，產(chǎn)能急劇下降，并且凝析油與外來(lái)液體可能產(chǎn)生乳化液，進(jìn)一步降低滲透率；再者，本儲(chǔ)層泥質(zhì)微孔發(fā)育，伊/蒙混層及絲片狀、毛發(fā)狀伊利石含量高，水敏性強(qiáng)，若液體配伍性差，則極易引起黏土的運(yùn)移及膨脹，造成孔喉縮小及堵塞，加劇儲(chǔ)層二次傷害。

目前針對(duì)此類儲(chǔ)層有效的增產(chǎn)措施為水力壓裂，通過(guò)人工支撐裂縫，可以降低生產(chǎn)壓差，明顯擴(kuò)大有效滲流面積，使氣井能長(zhǎng)時(shí)間保持足夠高的井底壓力，推遲井眼附近凝析液的聚集。

但是目前低滲致密凝析氣藏壓裂技術(shù)尚不成熟，壓裂設(shè)計(jì)與施工工藝缺乏針對(duì)性，沒(méi)有充分考慮儲(chǔ)層特征，普遍照搬常規(guī)油氣藏壓裂設(shè)計(jì)方法及指標(biāo)，壓裂后低效甚至無(wú)效的情況較為常見(jiàn)，嚴(yán)重制約了低滲致密凝析氣藏的壓裂增產(chǎn)效果[3]。

針對(duì)儲(chǔ)層致密，應(yīng)該進(jìn)行大規(guī)模加砂壓裂，快速返排，然而儲(chǔ)層極易受到污染，此類措施可能帶來(lái)致命的二次傷害。針對(duì)此難題進(jìn)行研究，探討庫(kù)車(chē)山前致密氣藏的勘探開(kāi)發(fā)思路。

1 技術(shù)原理

烴類流體相態(tài)圖(見(jiàn)圖1)顯示，本區(qū)地露壓差相當(dāng)小，極易發(fā)生反凝析現(xiàn)象。如果采用常規(guī)的加砂壓裂模式、返排工藝和液體體系，近井流體所經(jīng)歷的溫壓數(shù)據(jù)路徑為R-a-b，即在施工過(guò)程中壓力升高、溫度快速降低，在放噴過(guò)程中，壓力快速降低、溫度緩慢上升。由于近井壓力與臨界凝析壓力太相近，溫壓數(shù)據(jù)極易落入兩相區(qū)，產(chǎn)生液鎖傷害。要根本解決這個(gè)問(wèn)題，應(yīng)盡量相對(duì)升高各個(gè)階段的近井壓力，避免掉入兩相區(qū)，即滿足溫壓路徑R-A-B，同時(shí)盡量提高流體溫度，即使是掉入兩相區(qū)后，也能盡量保持更低的凝析油含量，盡可能降低傷害，即滿足溫壓路徑R-A-B′。

圖1 區(qū)塊凝析氣藏?zé)N類流體相態(tài)圖

為此，需優(yōu)選出能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)升溫增壓的低傷害液體體系，在此基礎(chǔ)上改善優(yōu)化目標(biāo)，并改變返排工藝。

2 工藝方法

2.1 優(yōu)選液體體系

2.1.1 自生熱增能壓裂液配方調(diào)試

自生熱增能壓裂液配液方便，施工簡(jiǎn)單(與常規(guī)壓裂液相同)，在地層中通過(guò)化學(xué)反應(yīng)釋放出大量的熱，產(chǎn)生大量氣體，使地層保持一定的溫度，并逐漸自動(dòng)發(fā)泡而形成類似“泡沫壓裂液”的混合物[4-7]。該工藝不需采用注氣專用設(shè)備，簡(jiǎn)化了施工程序，降低施工風(fēng)險(xiǎn)。該體系自動(dòng)生氣增壓助排，具有良好的自噴返排性能，產(chǎn)生的熱量能有效解決常規(guī)壓裂液體對(duì)儲(chǔ)層帶來(lái)的“冷傷害”問(wèn)題，另外由于泡沫的產(chǎn)生減少了水分與地層黏土礦物接觸面和生成微泡沫降低濾失等功能，可以降低壓裂液對(duì)地層的傷害。

經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)，得出適合于目標(biāo)區(qū)塊的基本壓裂液配方為：0.3%～0.4%低傷害胍膠+2.0%～6.0%自生熱增壓劑+0.5%～1.5%催化劑+其他功能添加劑。

各材料及添加劑使用比例可根據(jù)實(shí)際需要的溫壓條件、生熱增壓時(shí)間、壓裂液抗剪切性能等指標(biāo)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，經(jīng)模擬計(jì)算，該壓裂液體系最高可使人工裂縫附近溫度升高30℃，壓力增加15 MPa，生熱增壓峰值時(shí)間2～10 min可調(diào)，壓裂液抗剪切、攜砂能力等基本指標(biāo)滿足施工要求。

2.1.2 復(fù)合黏土穩(wěn)定劑優(yōu)選

(1) 海外水電項(xiàng)目地下隧洞及洞室圍巖分類多采用Q系統(tǒng)分類標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)內(nèi)有自己成熟的圍巖分類以及錨噴支護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范，而Q系統(tǒng)與國(guó)內(nèi)規(guī)范對(duì)圍巖的分類判據(jù)有不同的考慮因素和判定標(biāo)準(zhǔn)，不存在直接的對(duì)應(yīng)關(guān)系，因此需加強(qiáng)Q系統(tǒng)的學(xué)習(xí)和實(shí)踐，以應(yīng)對(duì)海外工程項(xiàng)目技術(shù)需求。

目標(biāo)儲(chǔ)層中，伊利石容易發(fā)生運(yùn)移，堵塞喉道，而伊/蒙間層礦物兼具了蒙脫石和伊利石的敏感性，表現(xiàn)為膨脹性和運(yùn)移性兼具，因此儲(chǔ)層對(duì)黏土穩(wěn)定劑的性能特點(diǎn)要求高，針對(duì)性要強(qiáng)。經(jīng)過(guò)反復(fù)的優(yōu)選實(shí)驗(yàn)，選取了復(fù)合黏土穩(wěn)定劑CQ-1(見(jiàn)表1)。

表1 各復(fù)合黏土穩(wěn)定劑性能數(shù)據(jù) %

2.1.3 復(fù)合防液鎖劑優(yōu)選

對(duì)于致密凝析氣藏來(lái)說(shuō)，水鎖和反凝析傷害帶來(lái)的油鎖(統(tǒng)稱液鎖)都很?chē)?yán)重。目前防液鎖劑一般分為兩類，一類為醇類，一類是表面活性劑類[8]。甲醇進(jìn)入地層后，與地層水形成低沸點(diǎn)共沸物，能降低表面張力與毛細(xì)管力，從而降低液體飽和度，有效減緩液鎖效應(yīng)，但單獨(dú)使用要求濃度高，成本高，且大量使用會(huì)產(chǎn)生鹽析現(xiàn)象，防液鎖效果的持久性差；優(yōu)質(zhì)的表面活性劑可形成一層分子膜，改善多孔介質(zhì)的潤(rùn)濕性，具有極強(qiáng)的防液鎖傷害的能力，成本低，效果持久。因此，將兩者結(jié)合使用，可揚(yáng)長(zhǎng)避短，優(yōu)化性能。

經(jīng)過(guò)大量調(diào)研及室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，優(yōu)選出優(yōu)質(zhì)復(fù)合防液鎖劑SR-A，由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，隨著濃度從0.5%增加到2.5%，地層水和凝析油的接觸角逐漸增大(見(jiàn)表2)，巖心表面潤(rùn)濕性發(fā)生不同程度的改變，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)防水鎖、防油鎖的目的，優(yōu)選濃度2%～2.5%。

表2 SR-A防液鎖劑巖心薄片接觸角測(cè)量數(shù)據(jù)

2.1.4 防乳破乳劑優(yōu)選

凝析氣井加砂壓裂在返排過(guò)程中，井底壓力降至流體露點(diǎn)壓力以下時(shí)，地層中將會(huì)產(chǎn)生凝析油，會(huì)導(dǎo)致常規(guī)配方壓裂液乳化[9-10]，使?jié)B流阻力加大，氣井返排困難，產(chǎn)能明顯下降。本區(qū)塊凝析氣藏地露壓差小，返排時(shí)壓力控制空間小，有必要添加防乳破乳劑，以備萬(wàn)一。經(jīng)試驗(yàn)優(yōu)選出加量為1.0%的防乳破乳劑SR-C，60 min破乳率達(dá)到99.3%，滿足施工要求(見(jiàn)表3)。

表3 SR-C防乳破乳劑實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.2 優(yōu)化壓裂設(shè)計(jì)

采用FracproPT三維壓裂軟件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，該軟件充分地表現(xiàn)了水力裂縫物理過(guò)程的復(fù)雜性和真實(shí)情況，能夠準(zhǔn)確模擬計(jì)算裂縫尺寸的大小，支撐劑分布及裂縫內(nèi)溫壓變化。

涉及設(shè)計(jì)優(yōu)化方面的內(nèi)容眾多，限于篇幅，在此僅以裂縫長(zhǎng)度與開(kāi)始返排時(shí)刻的裂縫內(nèi)部溫度為例，說(shuō)明施工參數(shù)的優(yōu)化過(guò)程。目前本區(qū)塊在主壓裂施工完成后一般需要停泵記壓降30 min，加之井口設(shè)備的換裝，一般返排在施工結(jié)束后1 h開(kāi)始進(jìn)行，按照上述要求此刻井底溫度需要達(dá)到65℃及以上。圖2中，造縫139 m，返排時(shí)井底溫度已恢復(fù)到65.0℃，當(dāng)進(jìn)一步加大規(guī)模，造縫154.1 m，返排時(shí)井底溫度只恢復(fù)到45.0℃，不能滿足要求。

圖2 返排時(shí)不同人工裂縫內(nèi)溫度剖面

2.3 返排速度控制

合理的壓裂后返排速度對(duì)于減少凝析液的析出至關(guān)重要，快速返排易造成凝析油析出而加劇反凝析程度，而慢速返排壓裂液會(huì)形成滯留造成儲(chǔ)層污染，兩者均會(huì)使氣相滲透率下降，影響產(chǎn)能。因此凝析氣藏壓裂需要兼顧減少反凝析以及降低壓裂液對(duì)儲(chǔ)層污染的雙重要求，壓裂設(shè)計(jì)需要對(duì)壓裂后返排速率進(jìn)行優(yōu)選。在放噴排液過(guò)程中需要將井口壓力控制在露點(diǎn)壓力以上。需要適時(shí)根據(jù)井筒及生產(chǎn)條件換算，要求測(cè)試求產(chǎn)時(shí)井底壓力大于42.0 MPa，應(yīng)主要采用4 mm、5 mm油嘴放噴。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

TC201井是該區(qū)的一口評(píng)價(jià)井，試油射孔后，僅有少量天然氣產(chǎn)出，于2017年8月20日采用自生熱增能壓裂工藝進(jìn)行了加砂壓裂作業(yè)，以盡量減少溫壓及外來(lái)流體帶來(lái)的儲(chǔ)層二次傷害為基礎(chǔ)目標(biāo)，控制規(guī)模，優(yōu)選功能添加劑，具體配方為：0.32%低傷害胍膠+4.0%自生熱增壓劑+1.2%催化劑+其他功能添加劑+2.5%復(fù)合防液鎖劑SR-A+1%復(fù)合黏土穩(wěn)定CQ-1+1.0%的防乳破乳劑SR-C。本次施工井段4 867～4 985 m，地層溫度153℃，施工排量5 m3/min，最高泵壓115 MPa，累計(jì)注入自生熱增能壓裂液800 m3，加入30/50目陶粒40 m3，施工過(guò)程壓力平穩(wěn)。采用4～5 mm油嘴控速返排工藝，返排率達(dá)到86%。定產(chǎn)數(shù)據(jù)：油嘴4 mm，油壓36.1 MPa，日產(chǎn)油16 m3，日產(chǎn)氣78 441 m3，取得了良好的增產(chǎn)效果。本井目前已累計(jì)生產(chǎn)凝析油4 608.0 m3，天然氣2 136.0×104m3，未出現(xiàn)油壓波動(dòng)及井筒結(jié)蠟現(xiàn)象。

5 結(jié)論

(1)庫(kù)車(chē)山前致密凝析氣藏儲(chǔ)層物性差、敏感性強(qiáng)、地露壓差小，試采有結(jié)蠟堵塞現(xiàn)象，兼具致密氣藏及凝析氣藏的開(kāi)發(fā)難點(diǎn)，儲(chǔ)層改造應(yīng)具針對(duì)性。

(2)常規(guī)的致密氣藏加砂壓裂模式難以在本區(qū)塊取得成功，通過(guò)優(yōu)選自生熱增能壓裂液體系及主要添加劑，優(yōu)化壓裂設(shè)計(jì)，壓后進(jìn)行返排速度控制，在本區(qū)實(shí)現(xiàn)高效低傷害儲(chǔ)層改造。

(3)自生熱增能壓裂工藝及液體體系經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，增產(chǎn)效果良好，達(dá)到設(shè)計(jì)目的，證明該工藝適合本區(qū)塊改造，建議推廣應(yīng)用。