洛带蓬莱镇组气藏压裂工艺技术研究及应用

丁 咚 刘 林 李思洲

(1.中国石化西南油气分公司工程技术研究院 2.中国石化西南油气分公司龙星公司)

0 引言

洛带气田上侏罗统蓬莱镇组(J3p)气藏，其产层埋藏浅(400m～1600m)，已证实自上而下发育Jp1—Jp44个气藏和12套含气砂体[1]。该气藏储层岩石类型以岩屑石英砂岩为主，局部夹有薄层泥岩、粉砂质泥岩。胶结物含量较高，成分以方解石为主，胶结类型主要为孔隙式胶结。气藏平均孔隙度11.2%，平均渗透率2.173mD，平均含水饱和度40.39%，粘土含量10.3%，地层温度23℃～48℃，地压系数0.5～1.0，属于低渗、低温、低压气藏。由于储层非均质性强、储量丰度低、含气砂体的展布规模较小、砂体连续性普遍较差，气井初产量低。同时经过多年的勘探开发，随着采出程度的逐年增加，气藏地层压力不断下降，压裂液返排率逐年降低，滞留地层的压裂液给储层带来的伤害逐年增加，导致了无论是新井开发，还是老井挖潜，压裂效果均不明显，影响了气藏产量的稳定和采收率的提高，给压裂工艺技术的针对性提出了更高的要求。

1 加砂压裂关键工艺技术

1.1 液氮增能技术

目前洛带蓬莱镇组气藏低压、压后压裂液返排能力较差，滞留地层的压裂液对储层伤害大，而且，前置液及先期泵注的携砂液在裂缝中暴露时间长，滤失量大，液氮能量在地层中会部分扩散导致其增能作用下降，且实际有效的液氮量低于混注的液氮量。因此，应采取大排量阶梯式全程拌注液氮的施工工艺。根据施工过程中压裂液在裂缝中的暴露时间的不同，将前置液及先期泵注的携砂液的混气量增大，同时通过加入性能优良的起泡剂，使得注入压裂液中的液氮能最大限度地形成泡沫以降低压裂液滤失，提高液氮的使用效果，进而降低储层伤害。

泡沫质量是液氮增能压裂设计的重要参数之一，在气体的启动压力规律的基础上根据压力平衡原理，得出压裂液自喷返排的最小泡沫质量计算公式：

(1)

式中：

ρl—压裂液密度，g/cm3；

h—井深，m；

ρgm—在p、T条件下氮气的密度，g/cm3；ρgm=pM/RT×10-3；

pe—地层压力，MPa；

h—液柱高度，m；

δp—启动压力、摩阻及气体滑脱损失，MPa。

洛带蓬莱镇组气藏由于地层压力较低，为了提高液氮的增能助排能力，选择泡沫质量最大在35%左右。此工艺在洛带蓬莱镇气井进行了成功的推广应用(表1)，使得大部分气井压后返排速度显著加快，返排率明显提高，见气点火时间缩短至7小时内，具有较好的针对性。

表1 液氮增能效果

1.2 全程纤维加砂技术

为了降低水基压裂液残渣形成滤饼对储层的伤害，洛带蓬莱镇组气藏常采用超低稠化剂浓度的压裂液体系。然而，对超低浓度稠化剂压裂液来说，要想在降低稠化剂浓度的时候，还能不影响压裂液性能，通常依靠多种工艺方法来提高压裂液性能，如纤维的加入可以弥补由于稠化剂浓度的降低所带来的携砂性能的降低[2]。因此，鉴于洛带蓬莱镇组气藏使用的压裂液稠化剂浓度相对较低，采用全程纤维加砂的方法以增强其携砂性能。通过实验，以支撑裂缝导流能力和渗透率为目标，对纤维的浓度进行了优化(图1)，由图1可见，当纤维量为砂量的7‰时，对导流能力和渗透率的改善作用最好。

目前该技术主要应用于蓬莱镇组单层压裂或多层分压裂最上层的压裂施工。根据现场应用经验，为降低施工风险，避免纤维堵塞油管，施工时设计纤维浓度为4-5‰，从已成功实施的20口洛带蓬莱镇组气井的应用效果来看，配合采用全程液氮拌注，可弥补由于稠化剂浓度的降低而引起压裂液携砂性能的降低，进而满足洛带蓬莱镇气藏压裂施工的要求。

图1 纤维浓度-导流能力、渗透率评价结果

1.3 快速返排技术

在水力压裂设计施工中，为了尽量减少压裂液破胶液在地层中滞留时间过长对储层造成的伤害、提高支撑剂在储层内的支撑效率，往往采取裂缝强制闭合技术。裂缝强制闭合技术的目的在于压裂后，不等裂缝自然闭合，就用一定尺寸的油嘴以高于压裂液的自然滤失速度控制放喷，使支撑剂还未沉降或沉降不多时就被裂缝壁夹住，从而最大限度地保证支撑剂在产层里的有效支撑，并防止有效支撑缝长的缩短。

为达到这一目的，根据裂缝强制闭合理论[3]，计算出在洛带蓬莱镇组20MPa左右的闭合应力下不出砂的临界流速为20mm/s，根据各井的实际情况从而可最终确定返排油嘴的大小。

通过对洛带蓬莱镇组气藏的压裂改造中实施该快速返排技术，液体的返排率比以前提高了5%，在避免出砂的同时缩短了排液周期，降低了液体对地层的伤害，改善了裂缝支撑剖面，从而提高了裂缝的导流能力。如果配合采用拌注纤维工艺，还可进一步提高支撑剂移动的临界流速和缩短排液周期，进一步降低储层伤害。

1.4 多层分压工艺技术

针对洛带蓬莱镇组气藏储层纵向砂体多的特点，为提高气井产量、促进储量的有效动用，提高气田整体开发效益，可以考虑采用多层分压(裂)合采的方式。以气井纵向地应力剖面为基础，针对不同的地层、井筒和应力情况，自2009年以来形成的以Y241工具为主的不动管柱的分压工艺在洛带气田发挥了重要作用，该不动管柱工艺采用封隔器和滑套组合，其施工工序是：从油管注入进行分层压裂，压后从油管进行合采。

在原有两层分层压裂工艺的基础上，通过对各种多层压裂工艺的适应性评价和技术攻关，在洛带气田L87D井成功开展了Y241封隔器不动管柱分别压裂三层的工艺试验，并获得了成功，其压裂管串结构(由下至上)为：座封球座+接球座+Y241封隔器+喷砂滑套+接球座+Y241封隔器+喷砂滑套+油管至井口。

2009年以来，洛带蓬莱镇组加砂压裂改造中有15口井都采用该工艺进行分层压裂，一次性施工成功率达到100%，均取得了好的效果，使气藏得到了高效开发。

1.5 施工参数优化

通过对洛带气田蓬莱镇组气藏工程地质特征的研究，在分析前期压裂施工参数和对储层进一步认识的基础上，对洛带气田蓬莱镇组气藏压裂施工参数进行了优化，提出了以Ellins目标缝长标准(表2)为参考，并以控制裂缝高度为目的，形成了以“低砂量、低砂比、小排量、低前置、高效返排”为特色的压裂设计思路。

表2 Ellins对致密油气藏确定的压裂规模及压裂裂缝的缝长标准

储层类型储层渗透率(mD)改造方式裂缝半长(m)常规储层>1.0常规压裂<100非常规储层低渗透层0.1^1.0中型压裂100^250致密层0.05^-0.10大型压裂>250很致密层0.001^0.050超级压裂>600超致密层 <0.001超级压裂>750

(1)加砂规模优化

加砂规模的设计主要是以达到理想产量所需要的裂缝长度及导流能力为目的。目前，压裂目标缝长优化主要参考Ellins标准，洛带蓬莱镇组气藏储层的渗透率主要分布在0.6mD～6mD，多为Ⅱ类～Ⅲ类储层。据统计，洛带蓬莱镇组Ⅱ类～Ⅲ类储层的平均渗透率约为0.8mD，参考Ellins标准，压裂所形成的人工裂缝长度在100m～250m为最佳。同时应用FracproPT软件对蓬莱镇的不同加砂规模进行模拟，得到单层施工的加砂强度以1.0m3/m～2.0m3/m为最佳。

(2)前置液量的确定

压裂设计的前置液确定原则：保证施工正常进行的前提下，应尽量减小前置液量以降低储层伤害。理论上最优前置液百分数应当是最后一批砂子进入时，前置液正好滤失完。但在实际施工设计时为保险起见，要求以支撑裂缝半长与动态裂缝半长比值为85%～90%来确定前置液的百分数为宜，据此，优化设计确定的前置液量与砂量之比在1︰1～1.2︰1。

(3)施工排量的优化

施工排量是压裂设计的关键参数, 它会影响施工泵压和裂缝的几何尺寸。一方面由于洛带蓬莱镇组气藏储层较薄，采取小排量施工能够更好控制缝高，增加裂缝的长度；另一方面考虑到与大排量液氮增能助排工艺相结合，压裂设计的泵注排量以1.5m3/m～2.5m3/min为宜。

(4)砂比的优化

砂比的设计主要应根据压裂区块先前的压裂经验和设计规模条件下所需要达到的裂缝缝长来确定，前期洛带蓬莱镇组气井压后压裂液返排困难，为了尽可能减少加入液体量，施工平均砂比较高，约在27%左右。洛带蓬莱镇组储层薄、压裂规模较小，为了减少入地液量，降低压裂液对储层的伤害，需要减少携砂液量而提高砂比。然而，在给定加砂规模的条件下，提高砂比可能会减小缝长而降低支撑裂缝的导流能力，因此，在设计压裂施工砂比时，原则上应以形成较长的人工裂缝为主要目标而适当降低砂比，故目前优化选择的洛带蓬莱镇组气藏压裂施工的平均砂比为20%左右。

2 现场应用效果

2009年以来，通过以上压裂工艺及配套技术的集成应用，压裂施工33井次50层次，措施成功率100%，增产有效率83.3%，压后效果由压前的无气或产气微量增加到压后累计测试产量33.3447×104m3/d，增产倍比及投入产出比显著，获得了良好的经济效益。该集成技术盘活了低品位储量、挖掘发挥了小气田的巨大潜力，为川西地区中浅层气藏难动用储量的开发提供了新的压裂改造技术思路和技术保障。

3 结论

(1)洛带气田蓬莱镇组储层非均质性强、储量丰度低、含气砂体的展布规模较小、砂体连续性普遍较差、气井初产量低，压裂时压裂液返排率低，压裂效果不明显。

(2)结合气藏工程地质特征的研究，同时通过室内实验和现场应用，在洛带蓬莱镇组形成了液氮增能、全程纤维、快速返排、分压合采、优化参数等关键压裂技术。

(3)2009年以来压裂井增产效果由压前的无气或产气微量增加到压后累计测试产量33.3447×104m3/d，增产倍比及投入产出比显著，获得了良好的经济效益。

(4)洛带气田蓬莱镇组压裂技术的应用，为推动川西中浅层气藏难动用储量的开发，提高西南分公司资源动用程度提供了新的技术支撑和改造工艺技术。

1 张晓莉,罗锋.川西洛带气田蓬莱镇组储层特征[J].长安大学学报,2003,25(3): 33-37.

2 黄禹忠,任山.纤维网络加砂压裂工艺技术先导性试验[J],钻采工艺,2008,31(1).

3 Ely J W，Arnold W T and Holditch S A．New Techniques and Quality Control Find Success in Enhancing Productivity and Minimizing Proppant Flowback.SPE 20708,1990.