吉木薩爾頁巖油老井重復壓裂技術研究與應用

謝俊輝 王成平 尹輝 唐曉川 韓慧玲 龍沙沙 李新民

1.中國石油新疆油田分公司準東采油廠 2.中國石油川慶鉆探工程有限公司

吉木薩爾二疊系盧草溝組頁巖油位于準噶爾盆地東部隆起吉木薩爾凹陷，平均儲層厚度為41.5 m，平均孔隙度為11.62%，平均滲透率為0.01 ×10-3μm2，屬典型的頁巖油儲層，儲層潛在敏感性不強。水平井水平段長一般為1 200～1 800 m，平均儲層溫度86 ℃，平均黏度(地面50 ℃)49.47 mPa·s。

在開發井投產初期(2012年-2014年)，壓裂以造復雜縫網為主，采取大規模裸眼封隔器分段壓裂等措施。裸眼封隔器完井主要缺陷是封隔器帶自動鎖死裝置，壓裂施工以后無法提出，且井下有滑套、球座等工具，導致后續的分段壓裂工具無法下入，難以進行重復壓裂。

重復暫堵轉向壓裂技術在我國各大油田均有應用。近3年來，大慶油田致密油重復壓裂主要有5種方式。暫堵轉向壓裂是效果最好的老縫壓裂方式[1]；江漢油田采用粗顆粒+中顆粒+細顆粒相結合的方式，保證暫堵劑的架橋和顆粒的填充[2]；涪陵頁巖氣區塊采用封堵球封堵炮眼的重復壓裂思路[3]；玉門油田酒東油田還在暫堵劑中加入了纖維[4]。

雖然暫堵轉向技術應用較多，但大多針對套管射孔完井施工，而對裸眼封隔器完井壓裂后再措施的技術或實踐少有報道。本研究針對先期裸眼滑套完井的水平井在施工前先鉆磨球座，再暫堵轉向。其中，壓裂的核心主要是暫堵劑，與各大油田套管完井轉向不同的是，裸眼封隔器轉向暫堵劑需要較高的封堵強度、針對水平井的長時間低溶解率，以及針對裸眼封隔器水平井合理計算顆粒粒徑、合理的暫堵劑加入設備等關鍵參數[5]。

1 暫堵劑評價實驗

裸眼完井水平井具有裸眼封隔器無法取出，而水平段又無法有效機械分段、暫堵劑無法在射孔孔眼上(或噴砂孔)封堵等特點，因此，必須要進行暫堵轉向壓裂。對裸眼封隔器完井實現重復壓裂，須考慮暫堵劑的封堵強度、針對水平井的長時間低溶解率等。3種暫堵劑的基本性能見表1。

表1 3種暫堵劑的外觀及基本性能暫堵劑名稱外觀密度/(g·m-3)軟化點溫度/℃熔化點溫度/℃暫堵劑A大米粒狀白色晶體0.79220250暫堵劑B圓柱狀白色半透明晶體0.81190200暫堵劑C深色不透明固體0.81190250

1.1 不同暫堵劑的溶解性

烘箱恒溫至儲層溫度86 ℃，分別稱取A、B、C 3種暫堵劑試樣各 5 g，將試樣置入不同絲口溶解瓶中，再分別加入 95 g現場壓裂施工的不同介質(0.6%(w)納米溶液、0.4%(w)低聚物壓裂液、0.4%(w)胍膠液)中浸泡12天，每天記錄暫堵劑溶解率變化情況。

從圖1～圖3可知，暫堵劑A在6天內溶解率最低，其他兩種暫堵劑溶解時間較快，不能滿足水平井施工周期(5天左右)的需求。因此，優選暫堵劑A作為暫堵材料。

1.2 暫堵劑的封堵性能

取適量暫堵劑A加入少量清水，置入烘箱熱溶脹后填充至鋼圈內(1 cm厚)并壓實，通過巖心流動試驗儀測定突破壓力來確定試樣的封堵強度(儀器提前升溫至儲層溫度86 ℃左右)。準備完成后，先打圍壓至(7.0±0.2) MPa，然后開始正向注液。

從圖4可看出，當壓力在60 MPa以下時，隨著壓力的不斷增加，暫堵劑強度始終保持穩定。說明其具備承受60 MPa以下壓力的能力，具有較高強度。

2 暫堵劑用量計算

裸眼封隔器完井縫口暫堵劑的用量和常規套管完井的主要區別在于：套管完井暫堵劑用量主要取決于射孔炮眼，而裸眼封隔器的完井主要取決于儲層的裂縫形態。如果采用傳統的封堵思路，勢必只能封堵住井筒，而管外會發生竄漏，無法實現封堵目的。

根據裸眼水平井壓裂裂縫模型，結合室內超大型物模實驗結果[6]，一般情況，暫堵劑用量用式(1)計算。

G=(2·h·w·Δd) ·ρ視·(1+k)·(1.3～1.5)/10

(1)

式中：G為暫堵劑質量，kg；h為動態裂縫高度，m；w為動態裂縫寬度，cm；Δd為濾餅厚度，Δd=2.3 cm；ρ視為暫堵劑視密度，ρ視=1.7 g/cm3；k為嵌入裂縫比例，k=60%。

可見，與傳統封堵炮眼的暫堵劑用量計算方法不同，裸眼水平井暫堵劑用量主要取決于裂縫高度和寬度，并以此來計算需要封堵的裂縫所需要的暫堵劑質量。通過不同縫寬、縫高公式計算，結合現場經驗統計，得出縫口暫堵劑的用量強度約為15～30 kg/m(m為對應縫高)，如表2所列。

考慮暫堵劑的溶解率，施工時間超出5天后，暫堵劑用量增加50 kg/段。實際現場施工應監測不同級數壓力變化，如果發現暫堵劑轉向效果不明顯，需要在后面的級數及時追加用量。

3 重復壓裂現場施工工藝

3.1 暫堵劑加入設備的研制及結構

針對暫堵劑硬度大、易沉淀、易卡泵、遇水膨脹黏結快等物理特性，設計出壓裂暫堵劑快速加料裝置。該裝置由主機、攪拌罐、送料倉、液壓柱塞泵送系統等組成，暫堵劑加入裝置的結構見圖5。

3.2 現場暫堵劑加注方法

壓裂胍膠液和交聯劑按設計比例加入攪拌罐，在減速機和攪拌器的作用下形成高黏凍膠，隨后緩慢加入設計含量的暫堵劑進入攪拌罐，通過重力作用自動流入加料倉，在液壓柱塞泵與S管分配閥配合下，暫堵劑被吸入1#柱塞泵，同時推動2#柱塞泵中的暫堵劑進入S管分配閥，S管分配閥在液壓擺動連桿作用下在1#、2#柱塞泵之間來回切換，實現吸入與推送同步進行，最終配合完成將暫堵劑推送至高壓管匯后倒換流程，在壓裂車泵送下，將暫堵劑泵送入井筒，從而達到快速加入暫堵劑的目的(見圖6)。

該工藝的主要優點是：暫堵劑的一次加入量遠遠高于傳統的混砂車+低壓尼龍軟管、混砂車連續加入或油管預填充加入的量，節約了成本、降低了施工時間、提高了效率。同時，由于一次加入量大，暫堵劑能大量快速地進入暫堵位置，有利于提高暫堵轉向工藝的成功率。

4 現場應用效果

選取裸眼滑套完井的吉XXX_H井進行重復壓裂，該井水平段長1 022.8 m，裸眼完井高密度暫堵壓裂共壓裂25級次。現場實施情況如下。

暫堵劑加入裝置連接現場的壓裂高壓管匯，通過壓裂胍膠液和交聯劑混合后的凍膠將暫堵劑加入攪拌罐，柱塞泵將暫堵劑推入高壓管匯，從而進入井筒。采用第一級施工-轉向-第二級施工-轉向……循環方式，直至完成25級壓裂，完成全井段1 022.8 m水平段的施工。

從圖7的油壓線(液添3為滑溜水對應的添加劑排量，液添4為凍膠壓裂液對應的添加劑排量)可以看出，第一級施工中，在施工排量14.0 m3/min下，破裂壓力在52 MPa，工作壓力在48 MPa左右且一直比較平穩；泵入暫堵劑后，進入第二級的施工，在排量不變的情況下，第二級的破裂壓力達到了59 MPa，且工作壓力比較平穩(51～52 MPa)。泵入暫堵劑后，升壓明顯，反映暫堵劑成功地實現了轉向，壓裂壓開了新的井段。雖然裸眼完井封隔器井無法再次實施機械封隔，但通過泵入合適的暫堵劑，達到了分層改造的目的。

吉XXX_H井壓后燜井108天，于2019年3月1日開井。壓裂初期自噴生產日排液量79.5 t、日產油量47.5 t、含水39.8%，效果較好。

5 結論與認識

(1) 吉木薩爾頁巖油裸眼封隔器完井水平井重復壓裂困難，傳統觀念認為此類井無法進行重復壓裂。要分段壓裂，需配合使用針對裸眼封隔器完井的適應性暫堵劑。暫堵劑A在溶解率、溶解時間、封堵強度等方面都具有較好的性能，能滿足現場施工需求。

(2) 裸眼封隔器暫堵劑理論計算公式采用裂縫計算法，與傳統套管完井壓裂需通過射孔孔眼計算的有所區別。其用量根據現場施工壓力進行調整，如果壓力無變化，說明理論設計暫堵劑偏少，需要進行實時調整。

(3) 研制的暫堵劑加入裝置操作方便、施工時間短、勞動強度低，有利于暫堵劑泵入，且提高了暫堵轉向壓裂效果。