国外分流暂堵宽带压裂新技术及其先导试验_杨衍东

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00∶46∶42 01∶11∶42 01∶36∶42 02∶01∶42 02∶26∶42
时间
时间
(a) 对照井的典型施工曲线图
(b) 新工艺实施井的典型施工曲线图
复合压裂液在应用井中的实际测试表明：暂堵 材 料 能 够 承 受 至 少 25.5MPa 的 压 差 ， 这 一 暂 堵 新 增 的 压 力 足 够 压 裂 液 分 流 转 向[4]。 3.3 暂堵材料的降解实验研究
设计实验研究复合压裂液中的固体暂堵颗粒 降解动力学，用一定数量的固体暂堵颗粒与水混合 后 放 入 100mL 的 密 闭 瓶 中 ， 放 入 烘 箱 内 加 热 ， 对 样 品中不能降解的物质烘干后称重。 降解固体暂堵颗 粒在缺水的状态下进行降解研究，因为在实际工况 下，暂堵段塞有可能因致密压缩而接触水不多。 此 实验来证明缺水的状态不会影响固体暂堵颗粒的
降解。 固体暂堵颗粒完全降解所需要的时间由井底 的温度决定。 图 2 显示了水中各种不同尺寸的固体 暂堵颗粒在不同温度下完全降解所需要的时间。
100
90
80
70
0 . 15mm ， 100 ℃
60
0 . 15mm ， 90 ℃
1mm ， 100 ℃
50
1mm ， 90 ℃
40
30
20
10
0 0 24 48 72 168 192 216 240
溶解时间/h
图 2 水 中 直 径 为 1mm 及 0.15mm 暂 堵 颗 粒
在 90℃及 100℃下 的 溶 解 曲 线
研究结果表明，在实验的温度范围内，暂堵颗 粒的大小对降解速度没有太大的影响，其溶解过程 由体积降解控制而非表面积降解控制。
以上实验模拟的是在水充足情况下的降解情 况。 同样，也模拟了在井底缺水环境下的降解实验。 当 水 的 质 量 与 暂 堵 颗 粒 的 质 量 比 低 至 0.25∶1 时 ，实 验测试的结果表明，暂堵颗粒的降解速率并没有因 为 水 的 减 少 而 变 慢[4]。 4 工艺设计
采用可降解的纤维和暂堵球， 在低应力区完成改造后迫使工作液转向高应力区， 把未改造到或者改造不充分的那 部分射孔簇充分改造，从而实现井筒最大覆盖和油气藏接触的最大化、增加产量和提高采收率。 室内实验主要着眼 对 暂 堵 材 料 的 优 选 和 评 价 ， 先 导 应 用 井 共 实 施 11 段 分 流 暂 堵 施 工 ， 测 得 转 向 压 力 范 围 在 3.38~20.67MPa 之 间 ， 平 均 8.28MPa ； 模 拟 计 算 表 明 ， 在 暂 堵 材 料 用 量 及 各 项 主 要 工 艺 参 数 未 变 的 情 况 下 ， 各 段 转 向 压 力 的 不 同 主 要 由 排 量 在 各 个射孔簇的分配及新旧裂缝破裂压力的不同引起。 先导井各段的瞬时停泵压力、裂缝监测、压后产量对比等工程特 征 协 同 说 明 暂 堵 转 向 成 功 。 经 过 160d 的 生 产 ， 新 工 艺 实 施 井 比 对 照 井 标 准 化 累 计 产 油 当 量 提 升 15% 。
快钻式桥塞分段射孔加砂压裂在两个桥塞之 间 一 般 有 4~6 个 射 孔 簇 甚 至 更 多[3]，而 分 流 暂 堵 宽 带压裂工艺第一步压裂时，压裂液首先进入应力较 低的簇进行改造， 当达到优化设计的液量和砂量 后， 泵入可降解纤维和不同目数的可降解暂堵球，
在缝口和炮眼处进行暂堵，迫使工作液转向，转向 高应力区射孔簇。 这样，卡在两个桥塞之间的高、低 应力区所有簇均得到比较充分的改造，扩大了井筒 覆盖与接触面积， 形成了一条高速的人工裂缝宽 带，所以能提高油气的产量。 由于分流暂堵宽带压 裂新技术与传统的分段压裂相比，储层的改造动用 率更充分，所以累计产量及最终采收率得到提高。 3 暂堵材料 3.1 暂堵球大小比例分布的优化
图 3 传统工艺与暂堵转向新工艺施工曲线对比
施工泵压； 排量； 砂浓度； 井底砂浓度
说 明 ：1psi=6895Pa， 下 同 ； 砂 浓 度 = 压 裂 砂 重 (0.45kg)/ 压 裂 液 体 积 (0.0045m3)
考虑到脱砂的高风险，新工艺井趾端第一段应 用 传 统 的 通 道 压 裂 技 术 ， 后 续 11 段 全 部 应 用 分 流 暂堵宽带压裂技术，每一段暂堵复合压裂液用量相 同。 依据前面的研究结论，新工艺井在第一大作业 步 骤 快 要 结 束 时 排 量 由 9.6m3/min 降 为 8.8m3/min。 复 合 压 裂 液 进 入 射 孔 炮 眼 前 ， 排 量 降 至 3.2m3/min 左右并保持不变，降排量的目的是为了减小暂堵剂 进入炮眼后形成的压力尖峰。
D20mm
色谱泵
45° 70mm
20cm
图 1 桥接装置简图
复合压裂液被泵送至模拟人工裂缝内，泵送排 量 为 100~999mL/min； 暂 堵 颗 粒 被 管 路 内 的 压 力 加 压铺置在人工裂缝处，并对整个管路和人工裂缝加 热； 加载的压力及加热温度在几小时内保持恒定。 测 试 结 果 ： 复 合 压 裂 液 在 8.3MPa 的 压 差 下 保 持 4h 有效，这一时间超过了正常情况桥塞分段压裂时分 流暂堵压裂所需要保持的有效时间，测试的温度为 45~95℃， 所 有 的 实 验 均 未 观 察 到 暂 堵 材 料 从 模 拟 人工裂缝内被推挤出。 这一实验结果是段塞暂堵能 力的有效证明，而且也没有观察到液体从暂堵段塞 中渗流或者从两旁绕流出来。
排量。 第二个大作业步骤的前置开始实施，后续的 与第一个作业步骤相同，只是每一个作业步骤支撑 剂和液体的量是传统作业的一半，因此，分流宽带 压裂所用的支撑剂和液体总量与传统的压裂作业 基 本 保 持 不 变[4]。 5 先导试验
为研究分流暂堵宽带压裂新技术的效果，一口 新工艺实施井和一口传统工艺对比井均用了施工 压力监测和微地震监测进行评估，对照井所有的段 均 应 用 传 统 的 通 道 压 裂 技 术 [4，7][ 见 图 3(a)]， 而 新 工 艺应用井采用两个大步骤的分流暂堵通道压裂技 术， 即中间使用复合压裂液使射孔簇产生暂堵，迫 使工作液转向[见图 3(b)]。
新 工 艺 现 场 实 施 井 美 国 Eagle Ford 页 岩 气 区 块 地 层 参 数 如 下 ： 井 底 温 度 131.7~148.9℃ ， 平 均 垂 深 3507.5m， 水 平 段 长 1403~2196m。 分 段 数 12~23 段 ， 段 间 距 91.5~122m， 所 有 的 井 每 段 6 簇 射 孔 ， 每 簇 长 0.305m， 孔 密 6 孔/ft， 每 段 共 射 36 孔 ； 压 裂 作 业 时 间 平 均 每 井 8d。 每 一 段 的 加 砂 规 模 为 73.9 ~ 94.3t，并 用 30/50 目 及 20/40 目 的 复 合 支 撑 剂 ，加 砂 尾 追 阶 段 优 化 用 20/40 目 的 覆 膜 支 撑 剂 。
为优化暂堵球大小比例分布，设计一套连接注 射 器 及 模 拟 裂 缝 腔 体 (缝 宽 8~16mm) 的 实 验 装 置 。 裂缝腔体内装有筛网，筛网的直径小于最大暂堵球 的直径但大于剩余的其他暂堵球的直径，腔体内金 属丝线充当滤网，以此阻挡最大的暂堵球，从而模 拟最大暂堵球暂堵裂缝入口处的情况。 实验所使用 的 液 体 为 0.5% 的 瓜 胶 溶 液 和 暂 堵 球 的 复 合 压 裂 液， 注射器把复合压裂液驱入模拟裂缝腔体内，从 而形成暂堵段塞。 详细记录模拟裂缝腔体内暂堵段 塞形成所需要的复合压裂液体积与各种类型暂堵 球 的 大 小 并 可 作 图 分 析[4]。
第 10 期
中外能源 SINO-GLOBAL ENERGY
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国外分流暂堵宽带压裂新技术及其先导试验
杨衍东，刘 林，黄禹忠，王兴文，黄小军
( 中 国 石 化 西 南 油 气 分 公 司 工 程 技 术 研 究 院 ， 四 川 德 阳 618000)
摘 要 分流暂堵宽带压裂技术是最近两年出现的非常规储层改造新工艺，该工艺在快钻式桥塞分段射孔加砂压裂的基础上，
作 者 简 介 ： 杨 衍 东 ， 高 级 工 程 师 ，2006 年 获 得 西 南 石 油 大 学 油 气 田开发专业硕士学位， 主要从事储层改造设计、 研究及现场服 务 等 工 作 。 E-mail ：2694887636@
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中外能源 SINO-GLOBAL ENERGY
关键词 非常规储层 页岩气 分流暂堵宽带压裂 转向 可降解 增产
1 前言 对于非常规储层，油公司或油服公司往往通过
压 裂 及 重 复 压 裂— —— 又 快 又 好 地 达 到 井 筒 覆 盖 和 储层充分接触， 从而提高油气井的产量和采收率。 快钻式桥塞分段射孔加砂压裂技术是北美地区页 岩气水平井分段压裂的主流技术，该技术可在水平 段形成多条裂缝， 压裂后形成的缝网更加复杂，有 效 改 造 体 积 更 大 ，从 而 获 得 更 好 的 增 产 效 果[1，2]。 但 这种传统的非常规储层完井改造方式其局限性逐 渐 显 现 ： 如 Barnett 某 页 岩 气 井 通 过 生 产 测 井 分 析 大 约 50%的 射 孔 簇 无 效 、21%的 射 孔 簇 贡 献 了 70% 的 产 量 、29% 射 孔 簇 低 效 ； 通 过 100 多 口 页 岩 气 水 平井生产测井分析出有效射孔簇占总射孔簇的比 例 为 20%~40%。 分 流 暂 堵 宽 带 压 裂 增 产 技 术 能 通 过液体转向，把未改造到或者改造不充分的那部分 射孔簇充分改造，从而实现井筒最大覆盖和油气藏 接触的最大化、增加产量和提高采收率，把传统工 艺 条 件 下 40%的 不 经 济 井 往 100%的 经 济 井 提 升 。 2 技术原理