超低渗透油藏暂堵压裂技术研究与优化

2019-10-16杨文飞韩永泉张永德崔理博

石油化工应用 2019年9期

关键词：段塞混配软化

羊勇，杨文飞，韩永泉，梁涛，张永德，崔理博

（中国石油长庆油田分公司第九采油厂，宁夏银川 750006）

1 超低渗透油藏暂堵压裂技术体系发展与现状

长庆油田超低渗透油藏投入规模开发以来，主要试验了包括四类堵剂体系的暂堵压裂技术（见表1）。

表1 超低渗透油藏暂堵压裂技术体系

投球暂堵压裂技术应用于层间暂堵，适用范围包括储层厚度大，纵向动用不充分的低产低效井，需要实现分层压裂，但卡封间距小，不具备坐封条件的井，以及多射孔段合压，不能明确复压层段的井。技术的主要劣势是需专用投加设备，操作不便，高压下投球器故障率高。

油溶性树脂类堵剂应用于缝内暂堵，形成暂堵段塞使缝内净压力升高，从而开启天然微裂缝，对超低渗透油藏天然裂缝发育、侧向剩余油富集的地质特征针对性强。

石英砂材质堵剂采用端部脱砂压裂技术的原理，利用大直径支撑剂在缝内脱砂形成桥堵，堵剂本身可以作为支撑剂，对储层无伤害，但对设计及施工有较高要求，暂堵升压通常较低。

通过近年的矿场实践，长庆油田超低渗透油藏逐渐形成了以油溶性树脂类堵剂多级暂堵为主的暂堵压裂技术体系[1，2]。

2 油溶性树脂暂堵剂性能及应用效果分析

2.1 油溶性树脂暂堵剂成分及性能

目前长庆油田超低渗透油藏使用的油溶性树脂类的暂堵剂主要是采用具有不同熔点的石油树脂类产品，包括石蜡、改性松香、沥青等，按一定比例复配并加入添加剂制成（见表2）。

对不同软化温度的油溶性树脂暂堵剂进行软化测试试验，发现不同组分的暂堵剂性能均符合非晶体特征，即没有固定的熔点，随着温度升高，堵剂首先变软，相互胶结成团状，再变为高黏度流体，黏度持续降低，最后由稠逐渐变稀。升温超过阈值之后暂堵剂软化是立即发生的，且软化后的黏度主要受温度影响，与加温时间关系不明显（见表3）。

表2 不同原料的油溶性树脂暂堵剂软化点[1]

表3 不同组分的油溶性树脂暂堵剂软化情况

2.2 油溶性树脂暂堵剂应用效果

井下微地震裂缝监测结果显示，在压裂改造规模相近的情况下，可对比井实施暂堵压裂后裂缝带宽明显增大。全部测试资料中，均未观察到裂缝发生转向（见表4）。测试结果与油溶性树脂暂堵剂暂堵机理吻合，即是通过增大缝内净压力，增加裂缝带宽，开启裂缝壁两侧微裂缝，动用侧向剩余油。同时由于常规树脂材质缝内暂堵剂形成的暂堵段塞为柔性的高黏度流体，无法使地层内应力集中，从而开启宏观新裂缝。

表4 可对比井暂堵压裂井下微地震监测结果

3 油溶性树脂暂堵压裂的局限性与技术优化

3.1 合理软化温度的确定

为了实现全裂缝段升压，提高改造效果，暂堵压裂方案设计中经常采用多级暂堵的手段，利用压裂液对地层的降温效果，使第二级、第三级暂堵剂进入裂缝远端后再形成暂堵段塞。

适应活化过程中，氧气可参与酵母细胞内不饱和脂肪酸和甾醇类物质的合成，从而提高酵母生物量及其乙醇耐受性，从而促进二次发酵[14-15]。研究表明，少量通气可使酒精发酵过程中酵母活细胞数增加[16]，但过多氧气的存在则可能导致酵母细胞中活性氧（ROS）的积累[17]。

对比不同油藏，不同配注的注水井井温测试资料，注入水对地层的降温效果并不明显（见表5）。

表5 超低渗透油藏注水井井温测试资料

从不同油藏多级暂堵压裂施工情况看，暂堵升压均发生在暂堵剂进入地层阶段，次级暂堵升压时间与前一级暂堵升压时间对比，并没有出现明显的后延。暂堵剂进入裂缝后，在地层温度下即开始软化形成暂堵段塞，前一级压裂液对地层的降温作用没有明显效果。考虑停砂暂堵铺砂剖面不连续，不停砂暂堵施工风险大，多级暂堵压裂意义不大，暂堵压裂工艺应采用前置液阶段单级暂堵。

由暂堵剂软化测试试验可以看出，暂堵剂软化前为脆性颗粒，不具备形成缝内暂堵段塞的条件。开始软化胶结到完全软化的温度范围5 ℃～10 ℃，此后随温度升高，黏度逐渐降低，暂堵段塞性能下降。因此，暂堵剂的软化点温度控制在比地层温度低5 ℃～10 ℃范围内较为合理。

3.2 油溶性树脂暂堵剂封堵性能研究

压裂施工中的裂缝宽度可由下式求得[2]：

式中：ww-缝口缝宽，ft；qi-施工排量，bbl/min；μ-黏度，cp；L-裂缝半长，ft；E'-平面应变模量，psi；hf-裂缝高度，ft；E-杨氏模量，psi；ν-泊松比，一般取值0.2。

按井下微地震测试资料测算，根据经验按20 %考虑压裂液滤失量，求得平均缝宽为31 mm（见表6）。

表6 超低渗透油藏井下微地震测试资料

压裂施工中的平均裂缝宽度与缝口缝宽有如下关系[2]：

式中：ww-缝口缝宽，ft；w'-平均缝宽，ft。

以此测算平均裂缝宽度为39 mm，与理论计算结果基本吻合。

以此结果分析暂堵剂进入裂缝后的状态，缝口宽度43 mm，裂缝高度15 m，压裂排量2.0 m3/min，射孔段长设为4.0 m，暂堵剂投加量按600 kg，密度为1.15 g/cm3。

图1 暂堵剂封堵储层情况示意图

第一种情况（见图1），理想状态下暂堵剂可形成厚度0.8 m 的封堵层，考虑压裂液从射孔孔眼进入缝口流速超过5.5 m/s，暂堵剂软化后强度不足，在冲刷下容易被突破。

第二种情况（见图2），考虑暂堵剂从缝口进入地层，裂缝中部厚度大，抗冲刷能力强，但裂缝上下两端厚度薄，在冲刷下容易从两端被突破。

图2 暂堵剂封堵储层情况示意图

由此可见，提升暂堵剂封堵性能，是提升暂堵压裂效果的重要方向。

3.3 提高暂堵段塞强度的尝试

对暂堵压裂技术的初步优化思路是考虑选择强度高、抗剪切性好、可降解、可返排的颗粒堵剂与树脂暂堵剂组合投加，实现缝内“架桥”。通过室内实验和现场试验，探索合理的粒径、配比。证实可行后，尝试研制树脂包裹颗粒型暂堵剂，以解决混配不均的问题。

在试验初期，因暂未找到合适的颗粒堵剂，选取了橡胶颗粒进行小范围试验。按混凝土靶射孔资料，常规127 射孔弹孔眼直径为11 mm。为稳妥起见，初次试验选择了1 mm～3 mm 橡胶颗粒。第一口试验井Q88-102采用500 kg 橡胶颗粒和500 kg 树脂暂堵剂混配投加。压裂时升压状况与常规暂堵压裂相比变化不明显（见图3），压后冲砂，未见橡胶颗粒返出。

图3 1 mm～3 mm 橡胶颗粒混配暂堵剂压裂

图4 5 mm～8 mm 橡胶颗粒混配暂堵剂压裂

此后试验井Q94-81 调整使用5 mm～8 mm 橡胶颗粒，仍然采用500 kg 橡胶颗粒和500 kg 树脂暂堵剂混配投加。升压状况得到改善，但存在严重的橡胶颗粒堵塞射孔孔眼情况（见图4）。颗粒堵剂粒径还需优化。压后冲砂，颗粒堵剂、树脂暂堵剂与石英砂混合物在井下胶结，冲砂无进尺，采用磨钻方式处理井筒成功。说明颗粒堵剂与树脂暂堵剂混配投加，增加暂堵段塞封堵强度的思路可行。