蘇里格氣田西區(qū)堵水壓裂技術(shù)研究與應(yīng)用

蔣文學(xué)， 文 果， 蘇偉東

(1川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術(shù)研究院 2低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實(shí)驗(yàn)室)

蘇里格氣田西區(qū)位于蘇里格氣田的西部，氣田勘探面積4×104km2，天然氣資源近4×1012m3。該區(qū)儲(chǔ)層致密，儲(chǔ)層不經(jīng)壓裂改造基本無自然產(chǎn)能[1]，需經(jīng)壓裂作業(yè)后投產(chǎn)；底水氣層發(fā)育，壓裂改造后單井產(chǎn)水量大，產(chǎn)水井?dāng)?shù)量多，嚴(yán)重的制約了氣田的開發(fā)進(jìn)程。國內(nèi)外底水氣藏的增產(chǎn)改造工藝以控縫高壓裂和改變相滲壓裂為主[2-4]，本文提出了一種通過溫控固化的下沉劑對(duì)氣藏的底水層進(jìn)行堵水壓裂，達(dá)到對(duì)底水氣藏增產(chǎn)改造。

一、堵水壓裂技術(shù)原理

堵水壓裂工藝是以溫控固化下沉劑和溫控型攜帶液為載體，并配套以相應(yīng)的壓裂設(shè)計(jì)工藝，實(shí)現(xiàn)對(duì)底水層的封堵和氣層的支撐。

堵水壓裂施工步驟為：①在主壓裂施工前進(jìn)行小型測(cè)試壓裂，以獲得較為準(zhǔn)確的地層參數(shù)；②大排量泵注以溫控型攜帶液作為前置液，前置液中攜帶溫控固化下沉劑同時(shí)壓開縱向上的氣水層；③以小排量頂替，使得下沉劑在裂縫內(nèi)充分沉降，封堵已壓開的水層裂縫；④進(jìn)行加砂壓裂作業(yè)，支撐上部氣層。壓裂作業(yè)結(jié)束后，關(guān)井，待溫控固化下沉劑在人工裂縫內(nèi)膠結(jié)，形成非滲透性固化塊后，開井排液、生產(chǎn)。由于在裂縫下部由溫控固化下沉劑膠結(jié)形成的非滲透性固化塊為疏水性和微膨脹性，能對(duì)底水氣藏起到堵水作用，同時(shí)延長堵水有效期，上部支撐劑有正常導(dǎo)流能力能滿足正常天然氣開采。

二、堵水壓裂工作液體系研發(fā)及性能評(píng)價(jià)

堵水壓裂工作液主要為溫控固化下沉劑和溫控型攜帶液。溫控固化下沉劑為30～70目固體顆粒，具有在90℃～140℃下溫控固化特征，下沉劑表面有強(qiáng)疏水特性，膠結(jié)固化后具有微膨脹性能。下沉劑骨架材料為高密礦石顆粒(40～100目)，外表由可固化疏水樹脂、水解丁腈橡膠、聚乙烯醇和少量異丙基異氰酸酯、三聚氰胺包裹組成。溫控固化下沉劑在一定條件下可膠結(jié)固化形成為非滲透性的固體；溫控型攜帶液為川慶鉆探工程有限公司自主研發(fā)產(chǎn)品G509-LHA，該產(chǎn)品在超過一定溫度時(shí)，黏度變化較敏感，其在低溫下具有較好的黏彈性和攜帶性能，溫度升高到產(chǎn)品的臨界溫度后迅速降黏，從而達(dá)到在井筒內(nèi)較好的攜帶下沉劑和在裂縫內(nèi)使下沉劑快速沉降的目的。

1.下沉劑固化測(cè)試

取下沉劑產(chǎn)品20 g，加入30 mL地層水(蘇里格西區(qū)總礦化度平均為30 180 mg/L)均勻混合，放入WHY-300型微機(jī)控制恒應(yīng)力壓力試驗(yàn)機(jī)內(nèi)進(jìn)行加壓加溫，反應(yīng)4 h，測(cè)試下沉劑固化狀況與溫度和壓力的關(guān)系，結(jié)果見表1。

表1 下沉劑固化反應(yīng)與溫度、壓力的關(guān)系

結(jié)果顯示，當(dāng)溫度為90℃～130℃、壓力大于30 MPa、反應(yīng)4 h，下沉劑固化反應(yīng)徹底，固化成型后強(qiáng)度較好，滲透率極低。

2.下沉劑長期導(dǎo)流能力測(cè)試

為了驗(yàn)證溫控固化下沉劑固化后與縫壁面間的滲透性，模擬110℃、閉合壓力50 MPa(蘇里格西區(qū)閉合壓力)、5 kg/m2鋪置濃度下，以不同介質(zhì)(蒸餾水、氮?dú)?測(cè)試了陶粒和溫控固化下沉劑在導(dǎo)流池內(nèi)的長期導(dǎo)流能力，結(jié)果見圖1。

圖1 陶粒與溫控固化下沉劑氣、液測(cè)長期導(dǎo)流能力對(duì)比

結(jié)果顯示，下沉劑固化后液測(cè)導(dǎo)流為0.01 μm2·cm，氣測(cè)導(dǎo)流為0.05 μm2·cm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于陶粒支撐劑的液測(cè)導(dǎo)流(67.3 μm2·cm)和氣測(cè)導(dǎo)流(152.9 μm2·cm)能力；液體介質(zhì)對(duì)溫控固化下沉劑固化后導(dǎo)流無影響，說明下沉劑固化后有較好耐沖刷能力，可延長堵水增產(chǎn)效果。

3.溫控型攜帶液黏溫測(cè)試

為了實(shí)現(xiàn)井筒內(nèi)較好的攜帶下沉劑和在裂縫內(nèi)使下沉劑快速沉降的目的，室內(nèi)采用高溫高壓流變儀對(duì)5%溫控型攜帶液(G509-LHA)進(jìn)行了黏溫測(cè)試，測(cè)試條件為3.5 MPa、170 s-1，結(jié)果見圖2。

圖2 不同溫度下攜帶液黏度變化測(cè)試

結(jié)果顯示，溫度低于20℃時(shí)，攜帶液的黏度大于90 mPa·s；當(dāng)溫度大于70℃時(shí)黏度迅速降至5 mPa·s以下，有利于下沉劑的加速下沉。

4.下沉劑沉降速率測(cè)試

根據(jù)文獻(xiàn)，下沉劑在垂直裂縫中靜態(tài)沉降速率為10 cm/min時(shí)可形成分層鋪置[5]。在室內(nèi)配制5%溫控型攜帶液(G509-LHA)加熱到不同溫度，加入一定比例的下沉劑，測(cè)量下沉劑的沉降速率，結(jié)果見表2。

表2 下沉劑在攜帶液中沉降速率測(cè)試結(jié)果

結(jié)果顯示，當(dāng)溫度低于70℃時(shí)，下沉劑在溫控型攜帶液沉降緩慢；當(dāng)溫度超過80℃時(shí)，下沉劑在溫控型攜帶液(G509-LHA)體系中沉降速度明顯加快，有利于鋪置封堵底水層。

三、堵水壓裂工藝參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)

1.下沉劑加量計(jì)算

為了使下沉劑充分沉降，且在裂縫遠(yuǎn)端鋪置的下沉劑濃度達(dá)到最高，起到盡可能避免后期生產(chǎn)裂縫遠(yuǎn)端的底水突破至產(chǎn)層出水，可以選擇下沉劑從氣層上部加入最佳，因此，裂縫兩端形成兩個(gè)砂丘，中部砂堤高度最低。

假設(shè)水層都?jí)洪_，通過模擬計(jì)算，在支撐縫長分別為100 m、140 m、180 m情況下(壓開裂縫高度為10 m)，對(duì)應(yīng)不同水層厚度所需的下沉劑加量見圖3。

蘇里格西區(qū)水層厚度一般為4～5 m，支撐縫長為140 m，根據(jù)以上優(yōu)化結(jié)果，下沉劑加量應(yīng)為15～20 m3。

圖3 不同支撐縫長下對(duì)應(yīng)不同水層厚度下沉劑加量

2.下沉劑注入排量?jī)?yōu)化

注入的下沉劑既要保證到達(dá)人工裂縫遠(yuǎn)端鋪置一定的濃度，又要保證向下沉降形成足夠的遮擋。排量過大，可能突破氣水層所在的砂體，排量過小，可能未形成足夠長的人工裂縫。對(duì)于蘇里格氣田儲(chǔ)層，考慮壓開后的裂縫盡量在氣水層的同一砂體內(nèi)，設(shè)計(jì)最大施工排量不超過4.5 m3/min，再結(jié)合溫控型攜帶液的性質(zhì)和常用壓裂管柱結(jié)構(gòu)等方面考慮，一般設(shè)計(jì)下沉劑泵注排量為3.0～4.0 m3/min。

在加砂壓裂之前進(jìn)行小排量頂替尤其重要，目的是形成的人工裂縫保持張開，下沉劑充分沉降，表現(xiàn)出施工過程中壓力平穩(wěn)，當(dāng)注入裂縫內(nèi)的液量等于裂縫內(nèi)液體向地層濾失的液量即達(dá)到理想情況，下沉劑處于平穩(wěn)狀態(tài)，根據(jù)溫控型攜帶液的性質(zhì)和儲(chǔ)層特征等，設(shè)計(jì)小排量頂替1.0～1.5 m3/min。

四、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

在蘇里格氣田西區(qū)的2口井進(jìn)行了溫控固化下沉劑堵水壓裂的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。下沉劑的泵注排量為3.8 m3/min，下沉劑頂替后的泵注排量為1.2 m3/min，頂替時(shí)間為33 min，下沉劑加量為15 m3；加砂壓裂注入排量為3.0 m3/min，加砂量為10.0 m3。堵水壓裂應(yīng)用井綜合測(cè)井解釋結(jié)果及改造效果見表3。

表3 堵水壓裂測(cè)井綜合解釋及改造效果

結(jié)果顯示，堵水壓裂技術(shù)在蘇里格西區(qū)底水氣藏改造含水率下降了70.8%，產(chǎn)氣量大幅度提高，在控水、增產(chǎn)方面取得了較好的效果。

五、結(jié)論及認(rèn)識(shí)

(1)溫控固化下沉劑具有在90℃～140℃下溫控固化特性，下沉劑在蘇里格西區(qū)儲(chǔ)層條件下固化后滲透率低于0.02 mD，液測(cè)長期導(dǎo)流為0.01 μm2·cm，遠(yuǎn)低于常規(guī)支撐劑導(dǎo)流能力，對(duì)氣藏底水層封堵效果顯著。

(2)溫控?cái)y帶液體系在超過70℃時(shí)具有快速降黏效應(yīng)，可滿足井筒內(nèi)攜帶下沉劑和裂縫內(nèi)下沉劑快速沉降的目的，且利于下沉劑封堵底水層。

(3)優(yōu)化出不同支撐縫長下對(duì)應(yīng)不同水層厚度下沉劑加量及注入排量，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工提供了有利的支撐。

(4)溫控固化下沉劑堵水壓裂在蘇里格西區(qū)底水氣藏改造含水率下降了70.8%，產(chǎn)氣量大幅度提升，取得了較好的改造效果，為底水氣藏改造難題找到突破口。

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