一種新型自適應柔性暫堵封隔壓裂技術的應用

朱碧波 張濤

中聯(lián)煤層氣有限責任公司神府分公司 陜西 神木 719300

自適應柔性暫堵原理是指暫堵球遇水后尾端分散展開，主要表現(xiàn)為繩結端膨脹，具有較好的擴展能力，其尾翼進入孔眼，在孔眼處進行展開，而另一端尾翼針對流量再補充不規(guī)則形狀進行補充封堵，由此隔絕地層之間的影響。自適應柔性暫堵技術多針對于致密砂巖氣藏暫堵壓裂，目前在國內(nèi)中海油鄂爾多斯盆地臨興-神府區(qū)塊直/定井、長慶頁巖油水平井以及四川頁巖氣水平井都已經(jīng)投入使用。致密氣藏開發(fā)過程中常采用樹脂暫堵球來實現(xiàn)暫堵轉向壓裂，但是樹脂暫堵球的暫堵效果往往不理想，這主要是因為射孔彈本身的射孔原理導致的，常規(guī)射孔彈的射孔炮眼不規(guī)則，規(guī)則的圓球無法封堵完整，封堵效果不明顯；規(guī)則的炮眼在大量過砂后，炮眼也會有不規(guī)則的沖蝕，導致封堵效果不明顯（見圖1）。

圖1 常規(guī)射孔彈射孔炮眼圖

針對上述問題，本文提出采用繩結暫堵劑的柔性封堵性能，便于實現(xiàn)炮眼不規(guī)則井的封隔暫堵轉向壓裂。另外，在繩結的投放過程中，應控制好投放的速度，是因為同時投放時繩結團聚，相互影響造成繩結尾翼進入孔眼困難。延長繩結的間隔投放時間，有助于繩結逐個封堵射孔孔眼，提高封堵成功率。

1 產(chǎn)品介紹及性能評價

繩結暫堵材料的性能包括：較高的暫堵率（堵射孔孔眼），合適的承壓能力（至少達到需要的壓力），地層溫度條件下的自溶解能力（水溶、油溶、氣溶）和耐受性（耐酸、耐堿、耐鹽），尺寸形狀滿足工藝技術要求（大、小、組合） ，對施工設備的適應性（加入方式、加入速度、濃度、設備的改造、注入流程），經(jīng)濟性（投入與產(chǎn)出）。

結合以上性能特點，主要比較表1中9種可降解材料，通過比較其拉伸強度、收縮率、吸水率、相對密度、彎曲強度、斷裂伸長率、熔點、熱變形溫度，綜合比較得出PGA可降解材料其拉伸強度高、斷裂伸長率低、熔點高、熱變形溫度高等，但這并不代表PGA可降解材料可適用于壓裂施工投球暫堵要求。參考合金性能較純金屬更為突出，通過選擇柔性和剛性可降解材料復合制備繩結暫堵劑，通過柔性材料和剛性材料復合增加韌性性能（見表2）。

表1 可降解材料的特點比較

續(xù)表1

表2 PPC/PLA復合材料性能

使用復合材料后顯著提高了材料性能，下面展示了兩種由可降解材料復合形成的產(chǎn)品，分別使用于不同區(qū)塊的不同井溫的井（見表3）。

表3 繩結的產(chǎn)品系列

將此產(chǎn)品進行可降解試驗，環(huán)境為清水，60℃，219小時后基本可以全部降解，見圖2。

圖2 繩結暫堵劑降解試驗

將此產(chǎn)品（2種，直徑分別為13mm和15mm）進行承壓試驗，環(huán)境為清水，60℃，承壓強度為35MPa以上，見圖3。

圖3 繩結暫堵劑承壓試驗

2 現(xiàn)場優(yōu)化

排量優(yōu)化。根據(jù)中海油臨興-神府區(qū)塊應用效果，繩結在較低的排量即可獲得較好的封堵效率，通常排量為0.3～0.5m3/min。但考慮到從地面投放繩結暫堵劑后一直保持低排量會大大延長施工時間，在繩結暫堵劑未達炮眼時可以略微提高施工排量，待頂替量即將到達井筒容積時再降低排量，仍可取得不錯的效果。

繩結用量優(yōu)化。暫堵球為剛性封堵，可能會由于各種各樣的原因導致無法封堵在炮眼之上，因此會考慮增加投球數(shù)量來確保暫堵成功。但柔性繩結暫堵劑和常規(guī)暫堵球不一樣，它在封堵后就不會出現(xiàn)封堵失效的問題。在地面進行了不同孔眼和繩結比例的試驗，試驗數(shù)據(jù)見圖4，由此得出結論柔性繩結暫堵數(shù)量和封堵射孔孔眼數(shù)量為1∶1即可。

圖4 不同孔眼和繩結比例的試驗

投入方式優(yōu)化。柔性繩結暫堵劑在中海油臨興-神府區(qū)塊剛投入使用時出現(xiàn)了暫堵失敗的問題，壓裂監(jiān)督和暫堵工程時進行原因分析后得出結論：同時投放時大量繩結會導致繩結團聚，造成繩結尾翼進入孔眼困難。因此在繩結的投放過程中，應控制好投放的速度，延長繩結的間隔投放時間，有助于繩結逐個封堵射孔孔眼，提高封堵成功率。

3 應用效果

此項應用在中海油臨興神府-神府大規(guī)模應用。2021—2022年使用井數(shù)超20口，同排量下井底壓力上漲3.97～12.3MPa，暫堵效果明顯，分析認為開啟了新的裂縫，壓后產(chǎn)氣效果基本符合預期。

寧某井某段，射孔方式為定面射孔，孔密為10孔/m、相位角60°，射孔孔徑7.0mm，12簇，4孔/簇，每簇0.3m，總共48孔。段間封隔繩結34個（18～22mm之間共34個），壓裂曲線為見圖5。

圖5 寧某井某段施工曲線

壓裂后繩結封堵孔眼微地震監(jiān)測得到，本段第二次壓裂分2個階段（如圖6所示）。階段1：該階段微地震監(jiān)測整體東側微地震事件比西側多，且分布范圍較廣；在井筒兩側遠端均監(jiān)測到強能量事件，其中在井筒東北位置監(jiān)測到少許強能量事件聚集，根結合螞蟻體該區(qū)域存在天然裂縫；本段壓裂過程加砂困難，多次嘗試低濃度加砂，效果不理想；本段中部井筒附近未監(jiān)測到事件，推測中部射孔簇未開啟。階段2：繩結封堵階段，該階段分別進行了3次繩結封堵，繩結個數(shù)分別為8個、6個和20個，該階段微地震事件整體靠近北端，事件首先出現(xiàn)在井筒東側隨后在北側出現(xiàn)，最后在中部近井筒處出現(xiàn)，由此推測繩結封堵首先從南端開始，依次由東側孔簇向西封堵，封堵憋壓階段中間少許孔簇開啟，根據(jù)微地震監(jiān)測結果以及壓裂曲線的壓力攀升，本段封堵效果較理想。

圖6 寧某井某段壓后監(jiān)測分析結果

3 結論

此應用適用于非常規(guī)致密氣藏壓裂改造，尤其是大厚儲層和隔層發(fā)育儲層。 柔性繩結暫堵相較于常規(guī)機械分層優(yōu)點明顯，主要表現(xiàn)為費用低，施工簡易，不需提前下入管柱，壓裂施工后易降解。此論文可為低孔低滲油氣田開發(fā)提供經(jīng)驗。