纖維攜砂壓裂技術(shù)在鄂爾多斯盆地子洲氣田盒8上的應(yīng)用

袁海平，池曉明，陳 飛，陳 超，劉 歡，牛成飛

(中國石油川慶鉆探工程有限公司長慶井下技術(shù)作業(yè)公司，陜西西安 710018)

纖維攜砂壓裂技術(shù)在鄂爾多斯盆地子洲氣田盒8上的應(yīng)用

袁海平，池曉明，陳 飛，陳 超，劉 歡，牛成飛

(中國石油川慶鉆探工程有限公司長慶井下技術(shù)作業(yè)公司，陜西西安 710018)

子洲氣田的主力產(chǎn)氣層盒8上儲層薄且致密，壓裂時需要使用低黏液體系控制裂縫縫高并增加縫長，常規(guī)壓裂工藝難以實現(xiàn)。運用纖維攜砂壓裂能夠很好地控制縫高，改善支撐劑在裂縫中的鋪置，提高裂縫導(dǎo)流能力。為此本文開展了可降解纖維攜砂在盒8上的可行性室內(nèi)研究，結(jié)果表明，9‰的纖維壓裂液在懸砂性、導(dǎo)流能力、可降解性和配伍性方面均滿足要求。在子洲氣田應(yīng)用7口井，通過壓后分析得到纖維攜砂壓裂比常規(guī)壓裂能夠有效改善支撐劑鋪置、提高裂縫導(dǎo)流能力，日產(chǎn)氣量比鄰井提高2倍，表明纖維攜砂對致密儲層盒8上的改造能夠達到很好的效果。

致密儲層；懸砂性；導(dǎo)流能力；纖維攜砂

長慶油田為我國典型的低壓、低滲和低豐度油田。目前，開發(fā)三低儲層的有效方法是進行水力壓裂[1]。而位于伊陜斜坡東部的子洲氣田盒8上，主要為巖屑石英砂巖，孔隙度小，平均滲透率小于1 mD，儲層致密，平均單井產(chǎn)量小于2×104m3/d，為低孔、低滲致密砂巖儲層[2]。對于致密儲層的開發(fā)，需要在壓裂時控制縫高的增長，盡可能延長縫長。因此壓裂盒8上主要采用低黏壓裂液EM50，但是降低黏度會使壓裂液的攜砂性能變差，支撐劑在裂縫中鋪置不均勻，最終影響裂縫的導(dǎo)流能力；使用低密度支撐劑能夠滿足要求，但只能應(yīng)用在低閉合壓力的儲層中[3]。

為了克服上述問題，借鑒國外經(jīng)驗，本文開展了纖維攜砂壓裂技術(shù)研究。通過在低黏壓裂液EM50中加入可降解纖維DF-1，在液體中形成纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，改善低黏壓裂液性能，提高液體攜砂能力。該纖維壓裂液的優(yōu)勢有[4-5]：①控制縫高的增長，保證裂縫在儲層內(nèi)延伸；②使支撐劑運輸?shù)搅芽p的指端，提高裂縫的支撐縫長；③防止支撐劑在裂縫內(nèi)沉降，改善支撐劑在裂縫中的鋪置；④降低壓裂液濃度，減少殘渣對儲層的損害，提高裂縫的導(dǎo)流能力。在室內(nèi)對該壓裂液的懸砂性、導(dǎo)流能力、可降解性和配伍性進行了評價，均滿足要求?，F(xiàn)場應(yīng)用7口井，有效改善了支撐劑鋪置，提高了裂縫導(dǎo)流能力，平均日產(chǎn)氣量比鄰井提高2倍，達到了較好的效果。

1 室內(nèi)研究

根據(jù)以往壓裂分析盒8上的閉合壓力為21MPa，儲層溫度為80℃[6]。普遍采用0.2%EM50、20～40目陶粒進行壓裂。試驗中纖維采用DF-1型可降解纖維。通過以上數(shù)據(jù)設(shè)置試驗條件，進行纖維壓裂液室內(nèi)試驗評價研究。

1.1 可降解纖維懸砂性能評價

懸砂性能是判斷壓裂液性能的重要指標之一。在80℃下0.2%EM50壓裂液中配置不同濃度的纖維壓裂液(0‰、3‰、6‰、9‰、12‰)，按照支撐劑濃度380 kg/m3加入20～40目陶粒，放置不同時間觀察支撐劑沉降量。試驗結(jié)果如圖1和圖2所示。

圖1 纖維懸砂性能隨時間的變化Fig.1 Proppant settling experiment for fiber fluid over time

圖2 80℃不同纖維濃度140min時懸砂效果Fig.2 Results after 140 minutes of proppant settling experiment with different fiber concentrations at 80℃

從圖中可以看出，纖維的加入有助于延長懸砂時間、降低支撐劑的沉降速率；纖維濃度越大，支撐劑沉降越慢。這主要是因為壓裂液的懸砂能力主要取決于黏度，支撐劑沉降過程遵循斯托克斯定律[7-8]；而加入纖維后與支撐劑相互作用，形成有一定強度的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(圖3)，支撐劑沉降不再遵循斯托克斯定律，從而降低了壓裂液黏度對顆粒沉降速度的決定作用[3]。

圖3 纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)圖(50倍)Fig.3 Fiber net configuration(ⅹ50 times)

1.2 可降解纖維壓裂液導(dǎo)流能力評價

采用20～40目陶粒與纖維混合，鋪置濃度為8.0 kg/m2，模擬閉合壓力為21 MPa。測試不同纖維濃度下支撐劑的導(dǎo)流能力，如圖4所示。從圖中可以看出纖維的加入使導(dǎo)流能力相應(yīng)減少；但隨著纖維濃度的增大，導(dǎo)流能力又開始恢復(fù)，在濃度為9‰時與不加纖維的導(dǎo)流能力相當。因此選用9‰作為纖維施工加入濃度，此時纖維的懸砂性能較好(圖1)，滿足攜砂要求。

1.3 纖維可降解性

在0.2%EM50液體中按照纖維濃度9‰配制纖維壓裂液，置于80℃環(huán)境中，按降解時間分別為0.5、1、2、4、6、9、12 d，分別取出試樣，計算降解率，結(jié)果如圖5所示。從圖中可以看出，纖維在0.5 d時降解已經(jīng)達到了50%；而且在前期降解速率很大，隨著時間的延長，降解速率逐漸減小并趨于平緩，但仍然有繼續(xù)降解的趨勢，10 d可降解85%以上。這表明纖維能夠較徹底的降解，減小在儲層中的殘留。

圖4 不同纖維濃度對導(dǎo)流能力的影響Fig.4 Proppant conductivity for different fiber concentrations

圖5 纖維降解率隨時間的變化Fig.5 Fiber decomposition ratio over time

1.4 可降解纖維配伍性評價

將可降解纖維與0.2%EM50壓裂液以及模擬地層水(標準鹽水)混合，置于80℃下10 h，觀察其是否有沉淀產(chǎn)生，結(jié)果如圖6所示。對比兩組照片可以發(fā)現(xiàn)，可降解纖維在80℃條件下10 h后變細、變短，這說明可降解纖維已經(jīng)逐步降解；在EM50中的纖維降解幅度要大于在標準鹽水中的降解幅度，均沒有沉淀產(chǎn)生。因此，DF-1纖維與地層水以及壓裂液均具有良好的配伍性。

圖6 可降解纖維配伍性試驗Fig.6 Degradable fiber＇s compatibility experimenta.初始時刻在標準鹽水和EM50中的纖維；b.80℃下10 h后在標準鹽水和EM50中的纖維

2 現(xiàn)場應(yīng)用

長慶油田針對鄂爾多斯盆地東部子洲氣田盒8上儲層砂巖致密、儲層薄，開展了纖維攜砂壓裂試驗。選取該區(qū)塊M51井，該井位于伊陜斜坡東部邊緣地帶，儲層致密，厚度為6.6 m，平均滲透率為0.36 mD，孔隙度為7.9%。作為對比鄰井M55井，儲層厚度為7.5 m，平均滲透率為0.38 mD，孔隙度為7.7%。二者儲層物性特征如圖7和圖8所示，從電阻率、聲波時差和自然伽馬曲線可以看出兩口井儲層特征比較一致。

M51井纖維加入采用自主研發(fā)的KDS定量控制纖維輸送機，該設(shè)備能夠自動采集數(shù)據(jù)，實現(xiàn)纖維加入與儀表車、混砂車高效銜接、量化控制；纖維輸送排量范圍為0～40 kg/min；纖維打散率達90%，滿足現(xiàn)場施工要求。現(xiàn)場施工按設(shè)計泵注程序進行，采用0.2%EM50壓裂液，排量5.0 m3/min，壓裂過程中伴注液氮，施工曲線如圖9所示，纖維量按照砂量的9‰進行加入，共加入225 kg，后期由于壓力上升，降低纖維的加入量；而M55井采用0.4%EM50壓裂液，排量4.0 m3/min，進行常規(guī)壓裂，二者施工參數(shù)和壓后分析數(shù)據(jù)見表1。

從表中可以看出，纖維攜砂壓裂能夠在縫長和縫高上得到控制，有效改善支撐劑鋪置濃度，提高裂縫導(dǎo)流能力。壓后M51井日產(chǎn)氣5.26×104m3，而M55井僅為2.3×104m3。這是因為M51井采用低濃度EM50壓裂液，降低了壓裂液的黏度，減少了對儲層造成的傷害，并使裂縫主要在儲層內(nèi)延伸，有效控制縫高增長，減少隔層的無效裂縫；同時加入的纖維對支撐劑進行輔助攜砂，改善支撐劑在裂縫中的鋪置，提高了導(dǎo)流能力。隨著儲層溫度的恢復(fù)，纖維降解后對儲層無傷害，溶解在壓裂液中返排到地面。而M55井為了提高攜砂效果采用0.4%EM50壓裂液，高黏度壓裂液對儲層的傷害較大，同時容易造成縫高失控，從而造成對儲層的改造不充分，產(chǎn)量較低。

圖7 M51井盒8上測井曲線圖Fig.7 Log data for He-8upper member of well M51

圖8 M55井盒8上測井曲線圖Fig.8 Log data for He-8upper member of well M55

圖9 M51井盒8上施工曲線圖Fig.9 Main fracturing treatment for He-8upper member of well M51

參數(shù)M51(加纖維)M55(未加纖維)EM50濃度/%0．20．4施工排量/(m3·min-1)5．04．0液氮排量/(m3·min-1)0．60．45施工泵壓/MPa36．75～45．0540．9～44．8入地液量/m3340254陶粒用量/m325．925．9最高砂濃度/(kg·m-3)470440平均砂比/%18．718．5加入纖維量/kg225—有效支撐裂縫半縫長/m120．6114．9支撐縫高/m33．144．8縫寬/cm0．3770．712平均支撐劑濃度/(kg·m-2)7．44．69無因次導(dǎo)流能力11．439．203井口產(chǎn)量/(104m3·d-1)5．262．3

子洲氣田對盒8上段共進行纖維攜砂壓裂7口井，日產(chǎn)量均在(2～5)×104m3，如圖10所示；而采用常規(guī)壓裂日產(chǎn)量為(0.06～3)×104m3。表明纖維攜砂壓裂對致密儲層盒8上的改造能夠達到很好的效果。

圖10 盒8上纖維攜砂壓裂井日產(chǎn)氣量Fig.10 The daily production for fiber-assisted transport wells at He-8upper member

3 結(jié)論

(1)子洲氣田盒8上為低孔、低滲致密砂巖儲層，開發(fā)該類儲層需要在壓裂時控制縫高增長，盡可能延長縫長。

(2)纖維攜砂壓裂能夠使支撐劑運輸?shù)搅芽p的指端，提高裂縫的支撐縫長；防止支撐劑在裂縫內(nèi)沉降，改善支撐劑在裂縫中的鋪置；降低壓裂液殘渣對儲層的損害，提高裂縫的導(dǎo)流能力。

(3)室內(nèi)試驗評價可降解纖維壓裂液有較好的攜砂能力，加入9‰的纖維對導(dǎo)流能力影響較小，懸砂效果理想；在地層溫度下0.5 d可降解率達50%；與地層水和壓裂液均有良好的配伍性，滿足施工要求。

(4)纖維攜砂壓裂現(xiàn)場應(yīng)用取得了理想效果，縫高得到有效控制，有效改善支撐劑鋪置，產(chǎn)量比常規(guī)壓裂提高2倍，表明纖維攜砂壓裂對致密儲層盒8上的改造能夠達到很好的效果。

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TheApplicationofFiber-assistedTransportTechniqueinHe-8upperMemberofZizhouGasField

Yuan Haiping, Chi Xiaoming, Chen Fei, Chen Chao, Liu Huan, Niu Chengfei

(ChangqingDownholeTechnologyCompany,ChuanqingDrillingEngineeringCo.,Ltd.,CNPC,Xi＇an,Shaanxi710018,China)

The He-8uppermember which is the main pay zone of Zizhou gas field is tight and thin. For such formation, lower viscosity fracturing fluid must be used to control the fracture vertical growth and extend the fracture length, which the conventional fracturing operation is unreached. The fiber-assisted transport technique can get that purpose and meanwhile improve proppant concentration in the fracture, which can increase fracture conductivity. So a set of laboratory studies about proppant settling, fracture conductivity, the fiber decomposition and compatibility has been carried out for He-8uppermember to prove the feasibility of degradable fiber. The results indicated that the 9‰ degradable fiber is optimal. This technology has been applied for 7 wells in Zizhou gas field. The hydraulic fracturing analysis indicated that the fiber-assisted transport technique increased the fracture conductivity, compared to the conventional fracturing operation. The daily production is twice time higher than the offset wells. This fact proves that the fiber-assisted transport technique is feasible for the He-8uppermember.

tight reservoir; proppant suspension capacity; fracture conductivity; fiber-assisted transport

國家重大專項“大型油氣田及煤層氣開發(fā)”(2011ZX05037-004)資助。

袁海平(1988—)，男，四川綿竹人，2011年畢業(yè)于成都理工大學石油工程專業(yè)，2014年獲得中國石油大學(北京)石油與天然氣專業(yè)碩士學位，助理工程師，現(xiàn)從事石油壓裂方面的研究工作。郵箱：cj_yuanhp@cnpc.com.cn.

TE348

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