纤维加砂压裂在靖边气田水平井的应用

桂阳　陈恒　曹阳

摘要：纤维加砂压裂是目前最新支撑剂回流控制技术之一，可大幅提高填砂裂缝的临界出砂流速，也能大幅提高压后排液的速度，从而有效预防支撑剂回流。为此，在加砂压裂井中伴注可降解纤维，来提高返排效率和降低地层伤害，进而提高裂缝导流能力。现场试验表明：其不仅可降解纤维材料，性能稳定，满足现场加砂压裂要求，还可以降解纤维，提高了交联液的携砂能力，在排液后期有效降低了支撑剂回流，改善了压裂效果。文章建议进行水平井压后关井时间和控制放喷优化，提高可降解纤维加砂压裂工艺效果。

关键词：纤维；压裂；水平井；靖边气田；支撑剂

1靖边气田研究背景

靖边气田是长庆油田重要的生产基地，为了增储上产，压裂试气完井水平井数量逐年剧增。随着水平井分段压裂规模的增大，压裂液入地量不断增加。为了降低压裂液对储层的伤害，需要压裂后用油嘴快速排液，以提高压裂液返排效率，降低其对储层的伤害，同时快速排液容易造成支撑剂大量回流。支撑剂回流将刺坏地面流程，威胁现场排液人员的人身安全，降低压裂效果。

近年来，利用节流放喷管汇来进行压后放喷排液，在一定程度上控制了支撑剂回流，减少了针闸阀的使用数量，但未能从根本上解决问题。纤维加砂压裂通过纤维提高支撑剂固定强度，可有效预防压裂后支撑剂回流，实现压裂液的快速返排。同时纤维还具有较强的携砂功能，可降低携砂液中支撑剂的沉降速度，改善裂缝中支撑剂铺置剖面。2012年长庆井下在苏里格气田直井进行了纤维加砂压裂先导性试验。加纤维压裂的18口天然气探井在放喷排液过程中，试验井均压后出砂量为0.108 m³，而未加纤维的压裂施工井，平均出砂量在0.500 m³以上。纤维加砂压裂的直井与对比井相比，出砂明显减少，压裂返排速度加快（见表1）。加纤维压裂先导性试验在直井中取得了良好的效果。

本研究在纤维加砂压裂技术在直井先导性试验取得一定认识的基础上，开展了气田水平井纤维加砂压裂技术现场试验，进一步扩展纤维加砂压裂的应用范围，实现水平井快速排液，改善压裂效果。

2工艺原理

该技术是把人造纤维混在携砂液中尾追注入，在井筒附近的裂缝中形成复合性支撑剂，支撑剂是基体，纤维是增强项，从而将支撑剂稳固在原始位置，而流体可以自由通过，达到预防支撑剂回流的目的。

裂缝中的纤维通过多种机理来稳固砂拱。每根纤维与若干支撑剂颗粒相互接触，通过接触压力和摩擦力相互作用。这种纤维稳定支撑剂技术是通过纤维与支撑剂间的相互作用形成空间网状结构而提供支撑剂与裂缝之间额外的粘结力，从而将支撑剂稳定在原始位置，而流体可以自由通过。压裂施工结束时，裂缝中的支撑剂因承受压力，颗粒间以接触的形式相互作用而达到力学平衡，压裂液开始返排后，由于流体流动的冲刷，这种平衡受到破坏，支撑剂颗粒就发生塑性剪切形变，形成一系列的拱形结构，即砂拱。

在压后排液过程中，砂拱的剪切变形引起纤维的变形，诱发的纤维轴向力分解为切向、法向两部分，切向分量直接抵抗砂拱剪切变形，法向分量增加侧限压力，进而增大支撑剂间的摩擦力，间接抵抗砂拱剪切变形，从而提高砂拱的稳定性和临界返排速度，有利于控制支撑剂的回流。由此可见，支撑剂中的纤维成分能够增强支撑剂砂拱移动变形的阻力；另外，一条纤维可以同时与10～20个砂粒作用缠绕在一起，从而增加了支撑剂耐冲刷的能力。这两种作用将大大提高支撑剂充填层稳定性，使一盘散沙变成了一个整体，从而防止支撑剂发生回流（见图1）。

3现场试验及效果分析

3.1现场试验情况

在靖边气田水平井进行了加纤维压裂试验，依据试验井地质隋况及压裂设计方案，进行纤维加入方案设计，对放喷过程进行了监测，2016年，在气井水平井累计试验9口井，平均单井伴注纤维817 kg，平均单井出砂量5.1 m³。通过前3口井试验后优化了伴注比例，取得了显著效果，试验成功井平均压后返排砂量为2.3 m³，而不加纤维压裂施工井，返排砂量平均在10～15 m³。下面以蘇X井为例，介绍加纤维压裂和放喷返排的试验情况。

苏X井采用7段水力喷射压裂，压裂时共加砂277.4 m³，加纤维1506.2 kg，施工排量2.2～2.6 m³/min，施工压力38.5～66.2 MPa，总入地液量4 254.5 m³。

全井改造层段纤维尾追伴注，设计可降解纤维加入5‰～7‰，该井第一、六段整体施工压力高，因施工因压力高停止纤维伴注；第二至第七段，现场调整纤维加入方案为全井段全程纤维递增伴注，顺利完成纤维加砂压裂施工。施工曲线显示加注可降解纤维对施工压力、排量、砂比、入地液量等参数有影响，特别对排量和砂比影响很大，实际是流量计芯子被纤维丝缠绕，造成计量不准，产生偏差，纤维加完后，流量计的监测值恢复正常。

苏x井压后关井，油压12.6 MPa，套压13.5 MPa，随即开井排液。该井累计入井液量4 254.5 m³，累积排出液量3 800 m³，返排率为89.3%，放喷返排过程中累积出砂1.1 m³，出砂率0.389%，返出陶粒对井口及地面管线冲蚀小，同时返排液带出分散较好的纤维丝，未出现纤维堵塞油管和针阀或闸阀的损毁情况的现象，纤维防支撑剂回流效果良好。

3.2控砂效果评价分析

3.2.1加纤维与不加纤维井同放喷制度对比

以同井场靖A井、靖B井为例来进行效果评价分析，两口井均采用水力喷射压裂施工，靖A井全井段采用全程伴注纤维防支撑剂回流。

靖A第一次放喷出砂3.1 m³，后期放喷累计出砂0.8 m³，整个放喷过程出砂3.9 m³（同井场靖B出砂严重油管内沉砂放喷火器），出砂率1.585%，纤维控砂防支撑剂回流效果显著（见表2）。

3.2.2纤维加砂井相同放喷制度情况对比

以苏X井、靖A井为例来进行效果评价分析（表3），两口井均采用水力喷射压裂施工七段，压裂规模相近，设计两口井全井段采用纤维尾追伴注纤维防支撑剂回流，实际施工中因压裂高，靖A井伴注纤维6段。

靖A井相对苏X井出砂量较大，分析认为主要原因在于：

（1）靖A井压后第一次放喷时间长、排出量大，排出程度高达61%（苏X井第一次放喷排出程度40%），返排液对支撑剂的携带能力较强。

（2）靖A井纤维全程伴注比例相对苏X井较均匀、较低，而水平井返排过程出砂主要体现在后期施工段的近井筒附近。该井在后3段的携砂液末期纤维加入浓度相对较低，因此纤维防砂效果没有苏X井显著，刺坏一个针阀。

4结语

（1）现场应用表明纤维加砂压裂在预防支撑剂回流上是可行的，显著减少了支撑剂回流量，提高放喷排液速度，同时还降低了排液过程中由于支撑剂回流导致的针、闸阀损毁发生的概率。

（2）该技术现场操作简单、应用效果好，具有推广应用前景。

（3）建议适当选择同井场水平井进行纤维加入现场试验，放喷过程适度加强放喷排量，对比纤维伴注井不同放喷制度（加强放喷力度）、加纤维与不加纤维井同放喷制度下的出砂情况及地面放喷设备损坏情况。