高速通道压裂工艺在低渗透油藏的应用

高速通道压裂工艺在低渗透油藏的应用

付朝恩

中石化华北石油工程有限公司井下作业分公司 河南省郑州市 450006

摘要：为了达到模拟水平井的开发效果，油水井需要进行长裂缝压裂。由于压裂施工能力、压裂液污染等因素的影响，有效裂缝长度小于设计支撑裂缝长度，油井产能和储量未得到充分利用。高速通道压裂技术是2010年出现的一项新技术，主要应用于美国、南美、中东等高产油气区。已在全球4000多口井实施，取得了良好的增产效果。

关键词：高速通道压裂；导流能力；纤维；脉冲式加砂；低渗透油藏；

压裂是低渗透油藏的主要增产措施，但常规压裂存在有效缝长短、易受到压裂液的污染等问题，为增加压裂裂缝有效缝长，实现压裂裂缝的无限导流能力，提高压裂成功率及效果，从工艺适用条件分析、非连续支撑剂铺置导流能力实验和保持高速通道的方法3个方面对高速通道压裂工艺进行了研究。优选纤维长度为10mm，直径为15μm，质量浓度为10kg/m3，最佳方式为纤维支撑剂一起加入，从而形成了自主的高速通道压裂工艺。

一、工艺评价室内实验

1.适用地质条件。为避免高速通道压裂所形成的支撑剂支柱垮塌，引入杨氏模量和闭合应力的比值这个参数。室内实验结果表明，可把杨氏模量与闭合应力之比等于350作为判断的基准值，当比值小于350时，高速通道压裂形成裂缝的稳定性差；当比值为350～500时，能够形成稳定的缝内网络通道；若比值大于500，则表明所实施地层条件较好。

2.非连续支撑剂铺置导流能力实验评价。在实验室的导流仪上利用支撑剂块模拟支撑剂非连续铺置状态，验证非连续支撑剂铺置对导流能力的影响。当闭合压力为28 MPa时，20/40目石英砂在连续铺置状态下的渗透率为300μm2，20/40目陶粒在连续铺置状态下的渗透率为700μm2，在非连续铺置状态下测得的渗透率为42000μm2。实验结果表明，非连续铺置支撑剂的渗透率是传统连续铺置支撑剂渗透率的60～140倍，压裂裂缝的导流能力得到明显提高。

3.保持高速通道的方法。高速通道压裂工艺主要采用泵入纤维来实现，对纤维参数、纤维携砂能力、纤维与支撑剂添加顺序进行了实验研究，得到保持高速通道的方法。（1）纤维参数。通过砂体的坍塌实验来确定复合体中纤维的长度、直径和质量浓度，其中纤维质量浓度采用纤维质量与支撑剂体积之比表示。主要是研究有无纤维条件下砂体的稳定性、纤维的长短、纤维的粗细、纤维质量浓度以及砂粒的颗粒大小对砂体稳定性的影响。主要通过坍塌流量和塌堵压力2个参数进行实验评价。纤维质量对砂体稳定性的影响实验。有纤维条件下砂体的坍塌流量为5 L/min，塌堵压力为0.3MPa；无纤维条件下砂体的坍塌流量为0.1 L/min，塌堵压力为0.0005 MPa。表明加入纤维后砂体的稳定性显著增强。纤维质量浓度对砂体稳定性的影响实验。当纤维质量浓度为6 kg/m3时，砂体的坍塌流量为4.5L/min，塌堵压力为0.1 MPa；当纤维质量浓度为10kg/m3时，砂体的坍塌流量为15L/min，塌堵压力为0.2 MPa。表明纤维质量浓度为10kg/m3时砂体的稳定性好于纤维质量浓度为6 kg/m3时。纤维直径对砂体稳定性的影响实验。当纤维直径为15μm时，砂体的坍塌流量为4L/min，塌堵压力为0.18MPa；当纤维直径为23μm时，砂体的坍塌流量为4L/min，塌堵压力为0.12MPa；当纤维直径为53μm时，砂体的坍塌流量为4.2L/min，塌堵压力为0.1MPa。由此可见，随着纤维直径的增大，坍塌流量基本不变，塌堵压力持续下降。纤维长度对砂体稳定性的影响实验。当纤维长度为25mm时，砂体的坍塌流量为5L/min，塌堵压力为0.3MPa；当纤维长度为10mm时，砂体的坍塌流量为4 L/min，塌堵压力为0.18 MPa。由此可见，纤维长度越长，砂体的稳定性越好，但在现场施工时难度越大。综上所述，纤维能够使同粒径的砂体稳定性增加几十倍，坍塌流量是不加纤维时的50倍，塌堵压力是不加纤维时的600倍；纤维质量浓度对砂体稳定性的影响较大，纤维质量浓度为10kg/m3时的坍塌流量和塌堵压力都是纤维质量浓度为6kg/m3时的2倍左右。考虑泵入难度等因素，优选纤维长度为10mm，直径为15μm，质量浓度为10 kg/m3。（2）纤维携砂能力评价。采用直径为15μm，长度为10 mm，质量浓度为10kg/m3的纤维，砂比为40%的携砂液，分别进行加入纤维和不加入纤维实验，通过测定支撑剂完全沉降时间来研究纤维对携砂能力的影响，完全沉降时间越长，携砂能力越强。实验结果表明，不加入纤维情况下完全沉降时间为2h，加入纤维情况下完全沉降时间为3.2h。由此可以看出，纤维的加入使携砂能力大大增强。分析其原因为纤维分散在交联携砂液中，对支撑剂的沉降有阻止减缓作用，从而增加了支撑剂的悬浮时间，提高了压裂效果。（3）纤维与支撑剂添加顺序实验。分先加陶粒后加纤维、纤维陶粒一起加、先加纤维后加陶粒、先加纤维后交联等4种情况进行实验，得到陶粒完全沉降所需要的时间分别为2，3.2，3和1.3 h。对比实验结果可以看出纤维陶粒一起加入的情况下陶粒完全沉降所需要的时间最长，效果最好。

二、现场实例

在室内实验研究的基础上，在东441-斜3和大南25-斜24等2口井上进行了高速通道压裂工艺现场试验。举例说明，其中，2016年5月14日，东441-斜3井成为某油区首口该工艺成功实施井，取得了较好的效果。以东441-斜3井为例进行说明。

1.东441块油藏概况。东441块位于某油田的中部断阶带，主力含油层系主要为古近系沙河街组沙三段2砂组。油藏类型为构造-岩性油藏，油藏中部埋深为3100 m，平均孔隙度为18%，平均渗透率为21×10-3μm2，属于低孔低渗透储层。东441块为2014年新建产能块，该块采用大井距（400m）、小排距（200 m）的仿水平井井网开发，油水井需要长缝压裂工艺，常规压裂工艺压裂施工加砂困难，造长缝效率低，为提高压裂效果和成功率，优选该块东441-斜3井进行高速通道压裂工艺实验。

2.实施过程。东441-斜3井共射开3层，总射孔厚度为11.6m，射孔段总跨度为26 m，最大井斜为35.5°。东441-斜3井井斜大，层多，加砂难度大；井距大，需采用造长缝压裂工艺，需要大砂量施工，施工难度大；渗透率低，泥质含量高，其值为10%～16%，储层容易受到污染。该井杨氏模量与闭合应力之比为420。选用高速通道压裂工艺进行施工，该工艺主要施工参数包括：支撑剂用量为40m3，支撑剂间隔段塞为2min，最高砂比为40%，施工排量为5m3/min，选用纤维为无机类型，纤维质量为400kg，长度为10mm，直径为15μm，质量浓度为10 kg/m3。5月严格按照方案设计施工参数实施，施工顺利完成。之后，采用强制闭合技术，立即放喷，最高产油量为21.9t/d。该井为老井，压裂后的效果好于新井压裂，递减较慢，增产幅度大于20%，目前仍自喷生产，截止到2016年12月底，累积增产原油量为2500t，效果明显。

总之，非连续支撑剂铺置导流能力实验结果表明，当闭合应力为28 MPa时，非连续铺砂的渗透率是传统连续铺砂的60～140倍，压裂裂缝的导流能力得到明显提高。通过保持高速通道的方法研究，优选纤维长度为10mm，直径为15μm，质量浓度为10kg/m3，加入纤维后，携砂液携砂能力明显提高，而且纤维支撑剂一起加入的方式为最佳方式。在室内实验研究的基础上，进行2口井现场试验，取得预期效果，高速通道压裂工艺适用于低渗透油藏开发，推广前景广阔。

参考文献：

［1］姜怀，基于低速非线性渗流新模型的垂直压裂井产能计算.2019.

［2］魏海春，浅谈高速通道压裂工艺在低渗透油藏的应用.2021.