低渗透疏松砂岩纤维压裂技术

温庆志，徐 希，王杏尊，黄 越，黄 杰

（1.中国石油大学，山东 青岛，266580；2.中海油服股份有限公司，天津，300451）

引 言

疏松砂岩油藏埋深浅、渗透率低、出砂严重，自然产能低。因此，开展纤维加砂压裂技术研究对于低渗透疏松砂岩储层的开发有很重要的意义[1-7]。纤维加砂压裂技术在压裂过程中添加一定量纤维，依靠纤维材料形成的类似网状的互绕结构来固定支撑剂，提高压裂液的携砂能力，并使支撑剂在裂缝内均匀铺置，减少地层吐砂，从而提高改造效果。目前，纤维压裂技术中纤维的加入方式，加入量等问题没有得到解决，且大多数都是针对常规疏松砂岩研究的[8-16]。通过室内实验来优选出合适的纤维以及纤维的加入方式和用量，从而形成一套完善的纤维压裂技术。通过对此技术的深入研究，可以为低渗透疏松砂岩储层提供一种实用、有效的防砂手段，也能达到增产的效果，对类似储层的开发有一定的指导意义。

1 压裂用纤维的优选与评价实验

1.1 纤维的分散性

目前纤维主要有无机纤维和有机纤维两大类。不同纤维其强度和稳定性都有所不同。在防砂时应根据地层砂密度来选择纤维的材质，再综合成本进行选择。根据XX油田地质特征，确定使用SC纤维为压裂用纤维。纤维压裂工艺是在携砂液阶段，通过混砂车将支撑剂、压裂液、纤维混合均匀，然后进入地层。因此，纤维需要有良好的分散性，防止纤维在压裂液中抱团，导致施工压力的增加。

分别在清水、压裂液基液和压裂液冻胶中加入一定量的纤维，用机械搅拌器协助分散，观测其分散情况，如图1所示。

图1 纤维在不同介质中的分散状态

由图1可知，纤维在压裂液冻胶中的分散性最好，只有极少量纤维（1%～5%）未分散；基液中纤维的分散性次之，偶见少量纤维未分散；在清水中的分散性最差。由此可知，该纤维在压裂液中具有良好的分散性，可用于压裂施工中。现场取样表明，纤维与压裂液混合均匀，在施工中表现出良好的分散性能。

2.2 纤维对裂缝导流能力的影响

采用裂缝导流能力评价仪评价纤维对裂缝导流能力的影响，该仪器能模拟地层条件，可以测试不同类型支撑剂的导流能力。实验方案如表1所示。

表1 裂缝导流能力评价实验方案

分别绘制不同纤维浓度下20～40目陶粒和30～60目陶粒导流能力变化曲线（图2）。

图2 不同浓度纤维对导流能力的影响

由图2可知，70MPa时，20～40目陶粒不加纤维时，导流能力为58µm2·cm，纤维浓度为1.0%时，导流能力为53.23µm2·cm，下降幅度为8.6%；30～60目陶粒不加纤维时，导流能力为21µm2·cm，纤维浓度为1.0%时，导流能力为18.97µm2·cm，下降幅度为9.5%。由此可知，纤维对导流能力的影响较小，加入纤维后支撑剂的导流能力依然能够满足现场应用的要求。

2.3 纤维对压裂液携砂能力的影响

压裂液中加入纤维后，纤维与砂粒相互作用，可以形成一定强度的网状结构，增加砂粒下沉的阻力。因此，悬砂性能的好坏可以直接反映纤维压裂液的性能。

2.3.1 静态悬砂实验

（1）不同添加方式对携砂性能的影响。压裂液采用胍胶压裂液，纤维浓度为5kg/m3。分别按以下4种方式添加纤维：1号烧杯，配好交联液后，先添加陶粒再添加纤维；2号烧杯，配好交联液后，先添加纤维再加陶粒；3号烧杯，配好交联液后，支撑剂和纤维同时加入；4号烧杯，先将纤维与水混合，再加入交联剂交联，最后添加陶粒。将搅拌均匀的携砂液倒入量筒中，静置，观察支撑剂的沉降情况。1～4号烧杯中支撑剂完全沉降时间为2.0、3.2、3.0、1.3h。实验表明，纤维合适的加入方式为，先配好交联液，再将纤维与陶粒同时加入，纤维能够较好地分散，增加陶粒悬浮时间，压裂液混合均匀，现场操作也较为方便。

（2）不同纤维加量对携砂性能的影响。按上述优选的方式将纤维和陶粒同时加入到压裂液中，纤维浓度分别为：3、5、7kg/m3，混合均匀后记录沉降时间，对应的砂粒完全沉降时间为2.0、3.2、4.0h。随着纤维浓度的增加，陶粒完全沉降时间延长，说明纤维的悬砂性能越好。这是因为纤维分散在压裂液中，增强了网状结构的强度，起到减缓支撑剂沉降，增加悬浮时间的作用。

2.3.2 动态悬砂实验

实验采用大型可视平板裂缝模拟装置，该装置主要由压裂液配制装置、泵入装置、大型可视平板裂缝等几部分组成。

实验依据相似性原理，将现场施工排量折算为实验室内裂缝模型的缝口流速，最终确定液体流速为0.2m/s；压裂液黏度约为2mPa·s；实验过程中压裂液的实际黏度随纤维浓度的增加而增加；实验时保证恒定砂比。设计实验方案见表2。

表2 动态悬砂实验方案

对比3种纤维浓度下的砂堤形态，如图3所示。

图3 不同纤维浓度下砂堤分布

由图3可知，纤维浓度对砂堤形态影响较大，随纤维浓度增加，砂堤在平板中的分布更加均匀。无纤维实验组，90%的支撑剂沉积在处；纤维浓度为5kg/m3组，支撑剂分布均匀，砂堤高度十分平缓，从堤峰开始到平板末端，砂堤高度变化不明显；纤维浓度为 10kg/m3组，支撑剂分布较均匀。随纤维浓度增加，平板内残留的支撑剂量减少。表明更多的支撑剂被携带入了更深的地层，有利于增加裂缝的有效支撑长度。

随纤维浓度增加，堤峰位置向右推移。无纤维组和纤维浓度为5kg/m3组堤峰出现在接近缝口处；纤维浓度为10kg/m3组堤峰出现在平板中间处。证明纤维浓度为10kg/m3组可以辅助形成更长的砂堤，增加缝长。

为测定颗粒的运移速度，对部分颗粒进行特殊标记，观测记录在特定时间内颗粒的运移轨迹，计算颗粒的水平运移速度和沉降速度（表3）。

表3 不同纤维浓度下颗粒的运移速度

16.92 2.85 5 15.53 2.14 16.33 3.31 17.69 3.12 16.61 2.85 18.27 1.82 1017.94 2.74 17.03 2.32 17.98 2.04 17.81 2.3

由表3可知，随着纤维浓度的增加，支撑剂颗粒的水平运移速度逐渐增大，沉降速度逐渐减小，并趋于平缓。因此，纤维浓度的增加有利于支撑剂的运移，但是在现场施工时纤维的大量加入，会导致施工摩阻增大，射孔孔眼和裂缝中容易发生砂堵。因此，纤维浓度不宜过大，结合现场经验，适宜的纤维浓度为5kg/m3。

3 现场应用

根据室内实验和理论研究成果，并结合XX油田储层特征，进行了纤维压裂技术的现场应用。以XX13-1油田A井为例。XX13-1油田A井渗透率为6×10-3μm2，孔隙度为18.8%，属于低渗透疏松砂岩储层。试验选用SC纤维，直径为10μm，长度为10mm，纤维加量为5kg/m3。纤维加入方式为分阶段楔形加入。

纤维加砂施工时，采用延迟交联压裂液，为防止纤维堵塞油管，顶替液的前2m3加交联剂，采用冻胶顶替，然后微过量顶替0.5～1.0m3的纯液，以保证纤维和支撑剂完全进入地层中，防止井筒沉砂和沉纤维。压裂施工后，该井出砂量明显减少，由3.00m3/d减至0.01m3/d，产量明显增加，由6.15m3/d增至24.80m3/d，增加303%。说明纤维压裂技术可应用于低渗透疏松砂岩储层。

4 结论

（1）随着纤维浓度的增加，支撑剂导流能力略微有所下降，可以忽略纤维对导流能力的伤害。

（2）不同纤维加入方式和不同加量对压裂液携砂能力均有影响。先加入交联剂，再加入纤维，最后加入支撑剂，体系沉降慢，悬砂时间长，效果好；随着纤维浓度的增加，压裂液的携砂性能增加。

（3）根据纤维加入方法及纤维加入量优化的实验结果，结合纤维压裂设计软件，确定了XX油田泵入程序，施工后，储层出砂减少，产量增加，压裂效果显著。

[1]黄禹忠，任山，兰芳，等.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）：77-79.

[2]周林刚.纤维加砂压裂工艺研究及应用[J].西部探矿工程，2010，22（11）：92-95.

[3]任山，向丽，黄禹忠，等.纤维网络加砂压裂技术研究及其在川西低渗透致密气藏的应用[J].油气地质与采收率，2010，17（5）：86-89.

[5]曲占庆，翟恒立，温庆志，等.加纤维压裂支撑裂缝导流能力实验研究[J].内江科技，2012，33（4）：14-16.

[7]王雷，张士诚.防回流纤维对支撑剂导流能力影响实验研究[J].钻采工艺，2009，33（4）：97-99.

[8]刘琦，刘淼，李存荣，等.海拉尔油田混注纤维压裂技术[J].特种油气藏，2009，16（6）：74-76.

[9]庄照锋，张士诚，张劲，等.可降解纤维压裂液的破胶性能实验研究[J].油田化学，2010，27（1）：26-29.

[10]张绍彬，谭明文.实现快速排液的纤维增强压裂工艺现场应用研究[[J].天然气工业，2005，25（11）：53-55.

[11]彭洪军.纤维加砂工艺研究与应用[J].油气地质与采收率，2010，17（3）：108-110.

[12]张冲，张振兴，李永明，等.纤维加砂压裂技术在十屋油田中的应用[J].内蒙古石油化工，2010，37（22）：91-93.

[13]佟文全，夏宏，兰乘宇.海拉尔盆地防膨低滤失压裂液的研究与应用［J］.大庆石油地质与开发，2011，30（1）123-127.

[14]郑贵,付海江,胡景新,等.压裂用支撑剂检验方法［J］.大庆石油地质与开发，2011，30（3）：122-125.

[15]温庆志，翟恒立，罗明良，等. 页岩气藏压裂支撑剂沉降及运移规律实验研究[J].油气地质与采收率，2012，19（6）：104-107.

[16]牟建业，张士诚. 酸压裂缝导流能力影响因素分析[J].油气地质与采收率，2011,18（2）：69-71,79.