不加砂水力脈沖壓裂技術在丘東儲氣庫的實驗應用

楊繼光 姜峰 宋其偉 劉倩 楊明敏 張成柱 賀春增

摘 ?要：丘東22井為丘東儲氣庫首口先導試驗井，儲氣層低孔低滲砂巖儲層，儲集空間為基質型，天然裂縫不發育，前期試注試采效果差，考慮到防止支撐劑返出破壞地面設備和儲氣層為衰竭地層應盡量減少壓裂液殘渣對裂縫的傷害，借鑒清水壓裂在低滲油氣藏中施工的成功經驗，在丘東22井開展了不加砂水力壓裂試驗。為增加壓裂成功率和實施效果，分別從室內可行性研究、工藝方案優化等方面開展研究。壓裂后降壓效果顯著，注采氣能力明顯改善。

關鍵詞：儲氣庫 ?不加砂 ?壓裂 ?儲層改造

引言

丘東22井為丘東儲氣庫首口先導試驗井，儲氣層為低孔低滲砂巖儲層，儲集空間為基質型，天然裂縫不發育。4月份開始試注，截止改造前累計注入氮氣1226萬方，最高日注氣量30萬方，井底壓力29.8MPa，雖然達到了設計注入氣量要求，但仍存在兩方面的問題：一是儲氣庫注采井為強注強采，丘東氣庫設計最高運行壓力31MPa，按目前注入能力后續提注空間小;二是注完后試采效果差，開井生產1時，油壓由4.6MPa降至0.8MPa系統壓力，采氣量僅599方。

目前儲氣庫儲層改造以酸化解堵解除污染為主。為了進一步提高儲層改造效果和豐富儲氣庫儲層改造技術路線，按先導試驗方案的要求進行壓裂改造試驗與探索。考慮到防止支撐劑返出破壞地面設備和儲氣層為衰竭地層應盡量減少壓裂液殘渣對裂縫的傷害，借鑒清水壓裂在低滲油氣藏中施工的成功經驗，在丘東22井開展了不加砂水力脈沖壓裂試驗。

1、清水脈沖壓裂的技術原理：

通過高排量瞬間產生具有高能量的液體壓力，超破裂壓力壓開地層，后停泵泄壓再迅速提排量擴張裂縫，往復震蕩，使裂縫出現剪切滑移獲得一定的導流能力。

2、清水脈沖壓裂可行性分析：

根據清水壓裂理論，裂縫壁面滑移量大小與偏差應力成線性關系。隨應力偏差增大而增大，與楊氏模量成冪函數關系。隨應力偏差增大而增大，隨楊氏模量增大而減小。如下圖所示：

根據丘東區塊三軸應力實驗結果，丘東區塊裂縫呈垂直縫，最大最小主應力偏差18.5MPa，

滑移量大小與偏差應力成線性關系，該斜率K值為約0.1mm/MPa，滑移量達到1.85mm。該實驗表明裂縫能出現剪切滑移獲得一定的導流能力。

3、工藝方案優化：

（1）不返排壓裂液優選： 該井地層壓力系數0.2，根據不返排工藝要求，壓裂液選擇聚合物滑溜水，降阻率>70%，破膠后清潔無殘渣，不返排降低地層污染。

（2）前置酸酸液優選：該井近井帶存在污染，區塊粘土成份主要伊蒙混層和高嶺石為主，對應土酸有很好的溶蝕性。目前國內儲氣庫以酸化為主，借鑒這一經驗，為提高改造效果，設置前置酸液段塞。根據巖粉溶蝕實驗結果，在保證巖石骨架完整性和酸液二次傷害最小為原則，選擇酸液配方選擇1.5%HF+8%HCL，溶蝕率達到了20.71%。

（3）壓裂工具優選：為了保證改造效果，采取分層壓裂方式，先單層壓裂11號層，再對6號層和7號層進行合層壓裂。根據本井完井情況及壓裂要求，壓裂選擇89mm（加）油管+雙封雙壓管柱：水力錨+Y341封隔器+水力錨+投球滑套+Y211封隔器+喇叭口。該管柱特點可滿足直井2～5層分層壓裂改造的要求，主體工具滿足抗硫及承壓差70MPa、耐溫120℃的要求，滿足多次脈沖壓力變化要求。

（4）壓力與排量設計：

根據區塊延伸壓力梯度0.017MPa/m，確定P破=50MPa，根據經驗脈沖峰值壓力高于地層破裂壓力，低于地層的屈服極限和套管的承壓極限，經驗為地層破裂壓力的1.5-2.5倍，即75MPa-125MPa，為避免破壞蓋層，控制裂縫高度，確定施工排量不大于5m3/min。

（5）泵注程序：

第一段先壓裂X12第11號層，第二段壓裂X11第6號層+7號層，每段具體程序：先用低排量注入前置酸，再利用排量高低變化進行3次滑溜水脈沖，設計高排量5m3/min，低排量1m3/min。

4、現場試驗及效果：

（1）試驗實施情況：2020年8月成功完成丘東22井前置酸處理+不加砂脈沖壓裂工藝試驗，兩層總入井酸液25m3，滑溜水量275m3，施工排量1-4.5m3/min，按照設計要求完成施工。第一段11號層的注酸壓力和停泵壓力明顯大于第二段6、7號層，驗證了6、7號層物性明顯好于11號層。注酸過程中壓力沒有明顯變化，說明儲層污染不嚴重。

（2）效果評價： 丘東22試注共5個工作制度，分別是6萬方/天、12萬方/天、18萬方/天、24萬方/天、30萬方/天，對同一工作制度下的壓裂前后試注時井底壓力進行對比，從圖中可以看出，壓裂后降壓效果顯著，在不同工作制度下，降壓幅度均在50%以上，平均降壓13.9兆帕，壓降值隨注入量增加而增加，在日注30萬方時最高降壓達到了15.7兆帕。

注入完后試采，壓裂前開井生產1時，油壓由4.6MPa迅速降至0.8MPa系統壓力，采氣量僅599方，壓裂后日產氣量1萬方控制生產，穩定試采4天，壓力保持平穩，采氣能力明顯改善。

5、結論及認識：

（1）通過清水脈沖壓裂方式有效提高了丘東22井儲層的注采能力，試驗取得了成功。

（2）該試驗的成功也為儲氣庫低孔低滲儲層改造提供了一種全新的技術路線，也為儲氣庫強注強采的實現奠定了技術基礎。

參考文獻：

[1] 吳建東.清水不加砂壓裂機理研究[D].大慶：大慶石油學院，2009

[2] 陳波濤.清水壓裂適用地層評價方法研究[D].大慶：大慶石油學院，2010

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