一种新型自适应柔性暂堵封隔压裂技术的应用

2023-11-14朱碧波张涛

石化技术 2023年11期

朱碧波张涛

中联煤层气有限责任公司神府分公司陕西神木 719300

自适应柔性暂堵原理是指暂堵球遇水后尾端分散展开，主要表现为绳结端膨胀，具有较好的扩展能力，其尾翼进入孔眼，在孔眼处进行展开，而另一端尾翼针对流量再补充不规则形状进行补充封堵，由此隔绝地层之间的影响。自适应柔性暂堵技术多针对于致密砂岩气藏暂堵压裂，目前在国内中海油鄂尔多斯盆地临兴-神府区块直/定井、长庆页岩油水平井以及四川页岩气水平井都已经投入使用。致密气藏开发过程中常采用树脂暂堵球来实现暂堵转向压裂，但是树脂暂堵球的暂堵效果往往不理想，这主要是因为射孔弹本身的射孔原理导致的，常规射孔弹的射孔炮眼不规则，规则的圆球无法封堵完整，封堵效果不明显；规则的炮眼在大量过砂后，炮眼也会有不规则的冲蚀，导致封堵效果不明显（见图1）。

图1 常规射孔弹射孔炮眼图

针对上述问题，本文提出采用绳结暂堵剂的柔性封堵性能，便于实现炮眼不规则井的封隔暂堵转向压裂。另外，在绳结的投放过程中，应控制好投放的速度，是因为同时投放时绳结团聚，相互影响造成绳结尾翼进入孔眼困难。延长绳结的间隔投放时间，有助于绳结逐个封堵射孔孔眼，提高封堵成功率。

1 产品介绍及性能评价

绳结暂堵材料的性能包括：较高的暂堵率（堵射孔孔眼），合适的承压能力（至少达到需要的压力），地层温度条件下的自溶解能力（水溶、油溶、气溶）和耐受性（耐酸、耐碱、耐盐），尺寸形状满足工艺技术要求（大、小、组合），对施工设备的适应性（加入方式、加入速度、浓度、设备的改造、注入流程），经济性（投入与产出）。

结合以上性能特点，主要比较表1中9种可降解材料，通过比较其拉伸强度、收缩率、吸水率、相对密度、弯曲强度、断裂伸长率、熔点、热变形温度，综合比较得出PGA可降解材料其拉伸强度高、断裂伸长率低、熔点高、热变形温度高等，但这并不代表PGA可降解材料可适用于压裂施工投球暂堵要求。参考合金性能较纯金属更为突出，通过选择柔性和刚性可降解材料复合制备绳结暂堵剂，通过柔性材料和刚性材料复合增加韧性性能（见表2）。

表1 可降解材料的特点比较

续表1

表2 PPC/PLA复合材料性能

使用复合材料后显著提高了材料性能，下面展示了两种由可降解材料复合形成的产品，分别使用于不同区块的不同井温的井（见表3）。

表3 绳结的产品系列

将此产品进行可降解试验，环境为清水，60℃，219小时后基本可以全部降解，见图2。

图2 绳结暂堵剂降解试验

将此产品（2种，直径分别为13mm和15mm）进行承压试验，环境为清水，60℃，承压强度为35MPa以上，见图3。

图3 绳结暂堵剂承压试验

2 现场优化

排量优化。根据中海油临兴-神府区块应用效果，绳结在较低的排量即可获得较好的封堵效率，通常排量为0.3～0.5m3/min。但考虑到从地面投放绳结暂堵剂后一直保持低排量会大大延长施工时间，在绳结暂堵剂未达炮眼时可以略微提高施工排量，待顶替量即将到达井筒容积时再降低排量，仍可取得不错的效果。

绳结用量优化。暂堵球为刚性封堵，可能会由于各种各样的原因导致无法封堵在炮眼之上，因此会考虑增加投球数量来确保暂堵成功。但柔性绳结暂堵剂和常规暂堵球不一样，它在封堵后就不会出现封堵失效的问题。在地面进行了不同孔眼和绳结比例的试验，试验数据见图4，由此得出结论柔性绳结暂堵数量和封堵射孔孔眼数量为1∶1即可。

图4 不同孔眼和绳结比例的试验

投入方式优化。柔性绳结暂堵剂在中海油临兴-神府区块刚投入使用时出现了暂堵失败的问题，压裂监督和暂堵工程时进行原因分析后得出结论：同时投放时大量绳结会导致绳结团聚，造成绳结尾翼进入孔眼困难。因此在绳结的投放过程中，应控制好投放的速度，延长绳结的间隔投放时间，有助于绳结逐个封堵射孔孔眼，提高封堵成功率。

3 应用效果

此项应用在中海油临兴神府-神府大规模应用。2021—2022年使用井数超20口，同排量下井底压力上涨3.97～12.3MPa，暂堵效果明显，分析认为开启了新的裂缝，压后产气效果基本符合预期。

宁某井某段，射孔方式为定面射孔，孔密为10孔/m、相位角60°，射孔孔径7.0mm，12簇，4孔/簇，每簇0.3m，总共48孔。段间封隔绳结34个（18～22mm之间共34个），压裂曲线为见图5。

图5 宁某井某段施工曲线

压裂后绳结封堵孔眼微地震监测得到，本段第二次压裂分2个阶段（如图6所示）。阶段1：该阶段微地震监测整体东侧微地震事件比西侧多，且分布范围较广；在井筒两侧远端均监测到强能量事件，其中在井筒东北位置监测到少许强能量事件聚集，根结合蚂蚁体该区域存在天然裂缝；本段压裂过程加砂困难，多次尝试低浓度加砂，效果不理想；本段中部井筒附近未监测到事件，推测中部射孔簇未开启。阶段2：绳结封堵阶段，该阶段分别进行了3次绳结封堵，绳结个数分别为8个、6个和20个，该阶段微地震事件整体靠近北端，事件首先出现在井筒东侧随后在北侧出现，最后在中部近井筒处出现，由此推测绳结封堵首先从南端开始，依次由东侧孔簇向西封堵，封堵憋压阶段中间少许孔簇开启，根据微地震监测结果以及压裂曲线的压力攀升，本段封堵效果较理想。