脉冲纤维压裂在苏东气田的应用评价

常 鹏，张 瑛，李 化，申 坤，王 力，郭玉杰

（1.中国石油长庆油田分公司第五采气厂，内蒙古鄂尔多斯 017300；2.中国石油长庆油田分公司第二采气厂，陕西榆林 719000；3.西南油气田分公司川西北气矿邛崃作业区，四川邛崃 611530）

苏东气田属于典型的“三低”致密气藏[1，2]，常规压裂方式改造后，气井产量低、地层压力下降快。为最大限度发挥储层的潜能，2013 年苏东气田与斯伦贝谢合作，将体积压裂建立复杂裂缝网络与脉冲纤维的高导流能力理念相结合，开展了“低黏度滑溜水造裂缝网络+脉冲泵注形成高导流通道”的先导性试验，截止目前已进行了16 口井/45 层位的压裂施工，取得了初步成效。

自斯伦贝谢公司提出脉冲纤维压裂理念以来[3]，国内外的研究学者围绕着脉冲纤维压裂做了大量的研究：（1）关于脉冲纤维压裂基础理论的研究，其代表学者主要为国外的Medvedev 及国内温庆志、郭玉杰等[4-6]，主要基于可视化单、缝（网）模拟装置研究射孔簇、纤维加量、脉冲时间间隔等不同因素对高导流通道形态及通道率的影响，然而，却缺乏大量相对应的、不同因素下的改造效果的现场数据支撑；（2）关于脉冲纤维压裂的应用评价方面主要集中在增产效果的评价，尚未涉及不同因素（例如施工参数等）对脉冲纤维压裂改造效果的影响。

为了验证脉冲纤维缝（网）模拟结论，指导苏东气田下步优选井层和施工参数提高脉冲纤维压裂的改造效果，以苏东气田16 口井/45 层位的现场改造数据为研究对象，研究了不同影响因素对改造效果的影响，并做了评价分析。

1 脉冲纤维压裂技术原理及施工特点

1.1 技术原理

脉冲纤维压裂基于脉冲泵注、多簇射孔工艺将支撑剂与纤维以高频率、短脉冲的形式交替打入多簇射孔的储层中，从而将传统的支撑剂颗粒间的达西渗流模式变为Navier-Stokes、达西渗流共存、并且N-S 渗流模式占主导的流动模式，将导流能力提高数个数量级。

1.2 关键工艺技术及特点

苏东气田脉冲纤维压裂分为两个主要阶段：2013-2015 年为斯伦贝谢施工时期，该阶段主要进行了SD34-51C4 等5 口井的施工；2015 年至今，为国内自主施工时期，该阶段主要进行了SD30-50 等11 口井的施工。

1.2.1 多簇射孔 射孔具有“等簇、等距，多簇射孔”的特点，单井射孔簇数目为2～22 簇，其中斯伦贝谢公司射孔集中在16～22 簇，普遍高于国内射孔簇数（见表1）。

1.2.2 泵注工艺 泵注程序前置液阶段采用低黏度滑溜水造复杂缝网，携砂液阶段以12 s 为间隔交替泵注含纤维基液与含纤维携砂液，脉冲泵注过程排量2.64 m3/min～5.5 m3/min，斯伦贝谢施工排量（4.3 m3/min～5.0 m3/min）高于国内公司施工排量；此外，斯伦贝谢前置液比例36.5 %～48.1 %，比国内前置液比例26 %～35 %高；而纤维加量浓度范围在0.77 kg/m3～1.65 kg/m3，斯伦贝谢公司略高，为1.10 kg/m3～1.50 kg/m3，平均加量为1.32 kg/m3，比国内平均多加0.42 kg/m3。

表1 本溪组某井第一级射孔方案表

2 脉冲纤维压裂改造效果影响因素分析

2.1 储层物性因素影响

脉冲纤维压裂的16 口井的无阻流量与储层厚度呈正相关，随着储层厚度的增加，脉冲纤维压裂的无阻流量随之增加，改造效果变好（见图1）。

无阻流量/米无阻流量随着孔隙度的增加呈现先增加后减小的趋势，孔隙度存在最优值；在8 %～10 %的小范围区域内，无阻流量/米无阻流量与孔隙度呈正相关性（见图2）。

脉冲纤维压裂的米无阻流量与含气饱和度呈现一定的正相关性。E 杨氏模量/S 闭合应力是衡量脉冲纤维压裂是否具有压裂可行的重要参数（见图3（a）），脉冲纤维压裂米无阻流量与E/S 值呈明显的正相关，即随着E/S 值的变大，脉冲纤维压裂改造效果越好（见图3（b））。进一步的研究表明，脉冲纤维压裂的米无阻流量则与渗透率呈现一定的负相关性。由此可知，脉冲纤维压裂在低渗透储层中改造效果更显著。

图1 脉冲纤维压裂（米）无阻流量与储层厚度的关系图

图2 脉冲纤维压裂（米）无阻流量与孔隙度的关系图

图3 （a） 脉冲纤维压裂（米）无阻流量与含气饱和度关系图

图3 （b） 脉冲纤维压裂（米）无阻流量与E/S 的关系图

2.2 施工参数因素影响

为探究射孔簇多少对脉冲纤维压裂的无阻流量影响，制作了射孔簇-无阻流量关系图（见图4）。从图4可知，脉冲纤维压裂无阻流量随射孔簇的增加而增加，呈现正相关关系。脉冲纤维压裂模拟结果则表明随着射孔簇的增加，形成的通道效果变好，说明数据统计结果与试验结论一致（见图5）。

大量的研究表明，在压裂液中添加可溶性纤维材料，可实现对支撑剂颗粒的包裹缠绕，降低支撑剂颗粒的沉降速度。根据苏东气田16 口井的脉冲压裂纤维加量和米无阻流量的数据做出纤维-米无阻流量关系图，从图中可知：脉冲纤维压裂米无阻流量与米纤维加量、纤维量呈正相关，即随着脉冲纤维压裂的纤维增加，米无阻流量随之增加（见图6）。

图4 脉冲纤维压裂（米）无阻流量与射孔簇的关系图

图5 脉冲纤维压裂在不同射孔簇下的模拟通道形态

图6 米无阻流量与纤维加量的关系图

图7 苏东气田16 口井脉冲纤维压裂排量与米无阻流量关系

苏东气田主要采取的工艺方式是“体积压裂+脉冲纤维压裂”的组合方式，为探究排量对脉冲纤维压裂的影响，作出了排量与米无阻流量的关系图。脉冲纤维压裂米无阻流量、无阻流量随着排量的增加先增加后减小，在排量4.5 m3/min 处存在最优值（见图7）。进一步的研究表明，无阻流量与前置液比例、总泵注液量呈正相关，与支撑剂浓度加量呈负相关。

2.3 主控因素分析研究

基于灰色分析法分析脉冲纤维压裂的选井、选层条件，其中各项指标数据（见表2）。

2.3.1 确定最优指标集 从研究区域中16 口井的各个指标参数中，选择最有利于脉冲纤维压裂增产的数据作为最优指标集。根据前面的分析，储层厚度、含气饱、C 值等指标与无阻流量有明显的正相关，应取大值；无阻流量等随着孔隙度的变换而变换，先增加后减小存在最优范围，取最优值。由此可以确定最优指标集为：

由此可以确定最优指标集和各评价井组成的矩阵为：

2.3.2 数据的无量纲化 根据公式（1）对X 进行无量纲化，得到如下矩阵：

表2 苏东气田研究区域脉冲纤维压裂16 口井指标数据

表2 苏东气田研究区域脉冲纤维压裂16 口井指标数据（续表）

2.3.3 确定灰色相关系数 根据式（1）可以获得R 矩阵，假设权重系数均为1，可以得到各个参数的关系系数（见表3）。

各个参数的平均灰色关联度ri（见表4）。

同理，可以得到施工参数与脉冲纤维压裂无阻流量的关联度。

由此可知，影响脉冲纤维压裂选井、选层的因素重要性为：含气饱和度>孔隙度>E/S>储层厚度>渗透率。同理可以获得各个施工参数对脉冲纤维压裂无阻流量的关联度ri（见表5），影响脉冲纤维压裂的施工参数的重要性程度依次为前置液比例>总液量>射孔簇>纤维加量>排量>支撑剂加量。

3 改造效果评价

在苏东地区累计实施脉冲式纤维加砂压裂井16口/45 层，试气平均无阻流量12.259 7×104m3/d，相比邻井，单井平均无阻流量提高5.113×104m3/d，增幅为75.5 %，最高无阻流量是常规压裂的5.76 倍，试验效果显著（见图8）。则说明脉冲纤维压裂改造的井稳产时间较长、产气量高，相比常规压裂增产效果明显（见图9）。

4 结论

（1）脉冲纤维压裂的改造效果与储层厚度、含气饱和度、E/S、射孔簇数目、前置液比例、总泵注液量呈正相关，与支撑剂浓度、渗透率呈负相关，而孔隙度、排量等参数存在最优范围值。

（2）影响选井、选层的因素重要性依次为含气饱和度>孔隙度>E/S>储层厚度>渗透率；影响改造效果的施工参数的重要性因素依次为前置液比例＞总液量＞射孔簇＞纤维加量＞排量＞支撑剂加量。

表3 各施工参数的灰色关联度

表4 储层物性参数与脉冲纤维压裂无阻流量的关联度

表5 施工参数与脉冲纤维压裂无阻流量的关联度

图8 苏东气田16 口井脉冲纤维压裂增产倍数

图9 （a） 苏东气田SD61-36 累积产气量（脉冲纤维压裂改造井）

图9 （b） 苏东气田SD60-39 累积产气量（邻对比井，常规压裂）

（3）满足高含气饱和度、孔隙度在10 %附近、高E/S、储层厚度大、低渗透储层可作为脉冲压裂首选改造对象；采用高前置比、大排量（前置液阶段）、高泵总液量、多射孔簇、高纤维加量、中等脉冲排量（4 m3/min～5 m3/min）、低支撑剂浓度的泵注程序可提高脉冲纤维压裂改造效果。

（4）试验井脉冲纤维压裂相比常规压裂井平均日产量、累积产量高、生产平稳、增产效果明显。