纖維加砂壓裂在靖邊氣田水平井的應(yīng)用

桂陽　陳恒　曹陽

摘要：纖維加砂壓裂是目前最新支撐劑回流控制技術(shù)之一，可大幅提高填砂裂縫的臨界出砂流速，也能大幅提高壓后排液的速度，從而有效預(yù)防支撐劑回流。為此，在加砂壓裂井中伴注可降解纖維，來提高返排效率和降低地層傷害，進而提高裂縫導(dǎo)流能力?，F(xiàn)場試驗表明：其不僅可降解纖維材料，性能穩(wěn)定，滿足現(xiàn)場加砂壓裂要求，還可以降解纖維，提高了交聯(lián)液的攜砂能力，在排液后期有效降低了支撐劑回流，改善了壓裂效果。文章建議進行水平井壓后關(guān)井時間和控制放噴優(yōu)化，提高可降解纖維加砂壓裂工藝效果。

關(guān)鍵詞：纖維；壓裂；水平井；靖邊氣田；支撐劑

1靖邊氣田研究背景

靖邊氣田是長慶油田重要的生產(chǎn)基地，為了增儲上產(chǎn)，壓裂試氣完井水平井?dāng)?shù)量逐年劇增。隨著水平井分段壓裂規(guī)模的增大，壓裂液入地量不斷增加。為了降低壓裂液對儲層的傷害，需要壓裂后用油嘴快速排液，以提高壓裂液返排效率，降低其對儲層的傷害，同時快速排液容易造成支撐劑大量回流。支撐劑回流將刺壞地面流程，威脅現(xiàn)場排液人員的人身安全，降低壓裂效果。

近年來，利用節(jié)流放噴管匯來進行壓后放噴排液，在一定程度上控制了支撐劑回流，減少了針閘閥的使用數(shù)量，但未能從根本上解決問題。纖維加砂壓裂通過纖維提高支撐劑固定強度，可有效預(yù)防壓裂后支撐劑回流，實現(xiàn)壓裂液的快速返排。同時纖維還具有較強的攜砂功能，可降低攜砂液中支撐劑的沉降速度，改善裂縫中支撐劑鋪置剖面。2012年長慶井下在蘇里格氣田直井進行了纖維加砂壓裂先導(dǎo)性試驗。加纖維壓裂的18口天然氣探井在放噴排液過程中，試驗井均壓后出砂量為0.108 m³，而未加纖維的壓裂施工井，平均出砂量在0.500 m³以上。纖維加砂壓裂的直井與對比井相比，出砂明顯減少，壓裂返排速度加快（見表1）。加纖維壓裂先導(dǎo)性試驗在直井中取得了良好的效果。

本研究在纖維加砂壓裂技術(shù)在直井先導(dǎo)性試驗取得一定認(rèn)識的基礎(chǔ)上，開展了氣田水平井纖維加砂壓裂技術(shù)現(xiàn)場試驗，進一步擴展纖維加砂壓裂的應(yīng)用范圍，實現(xiàn)水平井快速排液，改善壓裂效果。

2工藝原理

該技術(shù)是把人造纖維混在攜砂液中尾追注入，在井筒附近的裂縫中形成復(fù)合性支撐劑，支撐劑是基體，纖維是增強項，從而將支撐劑穩(wěn)固在原始位置，而流體可以自由通過，達到預(yù)防支撐劑回流的目的。

裂縫中的纖維通過多種機理來穩(wěn)固砂拱。每根纖維與若干支撐劑顆粒相互接觸，通過接觸壓力和摩擦力相互作用。這種纖維穩(wěn)定支撐劑技術(shù)是通過纖維與支撐劑間的相互作用形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)而提供支撐劑與裂縫之間額外的粘結(jié)力，從而將支撐劑穩(wěn)定在原始位置，而流體可以自由通過。壓裂施工結(jié)束時，裂縫中的支撐劑因承受壓力，顆粒間以接觸的形式相互作用而達到力學(xué)平衡，壓裂液開始返排后，由于流體流動的沖刷，這種平衡受到破壞，支撐劑顆粒就發(fā)生塑性剪切形變，形成一系列的拱形結(jié)構(gòu)，即砂拱。

在壓后排液過程中，砂拱的剪切變形引起纖維的變形，誘發(fā)的纖維軸向力分解為切向、法向兩部分，切向分量直接抵抗砂拱剪切變形，法向分量增加側(cè)限壓力，進而增大支撐劑間的摩擦力，間接抵抗砂拱剪切變形，從而提高砂拱的穩(wěn)定性和臨界返排速度，有利于控制支撐劑的回流。由此可見，支撐劑中的纖維成分能夠增強支撐劑砂拱移動變形的阻力；另外，一條纖維可以同時與10～20個砂粒作用纏繞在一起，從而增加了支撐劑耐沖刷的能力。這兩種作用將大大提高支撐劑充填層穩(wěn)定性，使一盤散沙變成了一個整體，從而防止支撐劑發(fā)生回流（見圖1）。

3現(xiàn)場試驗及效果分析

3.1現(xiàn)場試驗情況

在靖邊氣田水平井進行了加纖維壓裂試驗，依據(jù)試驗井地質(zhì)隋況及壓裂設(shè)計方案，進行纖維加入方案設(shè)計，對放噴過程進行了監(jiān)測，2016年，在氣井水平井累計試驗9口井，平均單井伴注纖維817 kg，平均單井出砂量5.1 m³。通過前3口井試驗后優(yōu)化了伴注比例，取得了顯著效果，試驗成功井平均壓后返排砂量為2.3 m³，而不加纖維壓裂施工井，返排砂量平均在10～15 m³。下面以蘇X井為例，介紹加纖維壓裂和放噴返排的試驗情況。

蘇X井采用7段水力噴射壓裂，壓裂時共加砂277.4 m³，加纖維1506.2 kg，施工排量2.2～2.6 m³/min，施工壓力38.5～66.2 MPa，總?cè)氲匾毫? 254.5 m³。

全井改造層段纖維尾追伴注，設(shè)計可降解纖維加入5‰～7‰，該井第一、六段整體施工壓力高，因施工因壓力高停止纖維伴注；第二至第七段，現(xiàn)場調(diào)整纖維加入方案為全井段全程纖維遞增伴注，順利完成纖維加砂壓裂施工。施工曲線顯示加注可降解纖維對施工壓力、排量、砂比、入地液量等參數(shù)有影響，特別對排量和砂比影響很大，實際是流量計芯子被纖維絲纏繞，造成計量不準(zhǔn)，產(chǎn)生偏差，纖維加完后，流量計的監(jiān)測值恢復(fù)正常。

蘇x井壓后關(guān)井，油壓12.6 MPa，套壓13.5 MPa，隨即開井排液。該井累計入井液量4 254.5 m³，累積排出液量3 800 m³，返排率為89.3%，放噴返排過程中累積出砂1.1 m³，出砂率0.389%，返出陶粒對井口及地面管線沖蝕小，同時返排液帶出分散較好的纖維絲，未出現(xiàn)纖維堵塞油管和針閥或閘閥的損毀情況的現(xiàn)象，纖維防支撐劑回流效果良好。

3.2控砂效果評價分析

3.2.1加纖維與不加纖維井同放噴制度對比

以同井場靖A井、靖B井為例來進行效果評價分析，兩口井均采用水力噴射壓裂施工，靖A井全井段采用全程伴注纖維防支撐劑回流。

靖A第一次放噴出砂3.1 m³，后期放噴累計出砂0.8 m³，整個放噴過程出砂3.9 m³（同井場靖B出砂嚴(yán)重油管內(nèi)沉砂放噴火器），出砂率1.585%，纖維控砂防支撐劑回流效果顯著（見表2）。

3.2.2纖維加砂井相同放噴制度情況對比

以蘇X井、靖A井為例來進行效果評價分析（表3），兩口井均采用水力噴射壓裂施工七段，壓裂規(guī)模相近，設(shè)計兩口井全井段采用纖維尾追伴注纖維防支撐劑回流，實際施工中因壓裂高，靖A井伴注纖維6段。

靖A井相對蘇X井出砂量較大，分析認(rèn)為主要原因在于：

（1）靖A井壓后第一次放噴時間長、排出量大，排出程度高達61%（蘇X井第一次放噴排出程度40%），返排液對支撐劑的攜帶能力較強。

（2）靖A井纖維全程伴注比例相對蘇X井較均勻、較低，而水平井返排過程出砂主要體現(xiàn)在后期施工段的近井筒附近。該井在后3段的攜砂液末期纖維加入濃度相對較低，因此纖維防砂效果沒有蘇X井顯著，刺壞一個針閥。

4結(jié)語

（1）現(xiàn)場應(yīng)用表明纖維加砂壓裂在預(yù)防支撐劑回流上是可行的，顯著減少了支撐劑回流量，提高放噴排液速度，同時還降低了排液過程中由于支撐劑回流導(dǎo)致的針、閘閥損毀發(fā)生的概率。

（2）該技術(shù)現(xiàn)場操作簡單、應(yīng)用效果好，具有推廣應(yīng)用前景。

（3）建議適當(dāng)選擇同井場水平井進行纖維加入現(xiàn)場試驗，放噴過程適度加強放噴排量，對比纖維伴注井不同放噴制度（加強放噴力度）、加纖維與不加纖維井同放噴制度下的出砂情況及地面放噴設(shè)備損壞情況。