一種新型自適應(yīng)柔性暫堵封隔壓裂技術(shù)的應(yīng)用

朱碧波 張濤

中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司神府分公司 陜西 神木 719300

自適應(yīng)柔性暫堵原理是指暫堵球遇水后尾端分散展開，主要表現(xiàn)為繩結(jié)端膨脹，具有較好的擴(kuò)展能力，其尾翼進(jìn)入孔眼，在孔眼處進(jìn)行展開，而另一端尾翼針對流量再補充不規(guī)則形狀進(jìn)行補充封堵，由此隔絕地層之間的影響。自適應(yīng)柔性暫堵技術(shù)多針對于致密砂巖氣藏暫堵壓裂，目前在國內(nèi)中海油鄂爾多斯盆地臨興-神府區(qū)塊直/定井、長慶頁巖油水平井以及四川頁巖氣水平井都已經(jīng)投入使用。致密氣藏開發(fā)過程中常采用樹脂暫堵球來實現(xiàn)暫堵轉(zhuǎn)向壓裂，但是樹脂暫堵球的暫堵效果往往不理想，這主要是因為射孔彈本身的射孔原理導(dǎo)致的，常規(guī)射孔彈的射孔炮眼不規(guī)則，規(guī)則的圓球無法封堵完整，封堵效果不明顯；規(guī)則的炮眼在大量過砂后，炮眼也會有不規(guī)則的沖蝕，導(dǎo)致封堵效果不明顯（見圖1）。

圖1 常規(guī)射孔彈射孔炮眼圖

針對上述問題，本文提出采用繩結(jié)暫堵劑的柔性封堵性能，便于實現(xiàn)炮眼不規(guī)則井的封隔暫堵轉(zhuǎn)向壓裂。另外，在繩結(jié)的投放過程中，應(yīng)控制好投放的速度，是因為同時投放時繩結(jié)團(tuán)聚，相互影響造成繩結(jié)尾翼進(jìn)入孔眼困難。延長繩結(jié)的間隔投放時間，有助于繩結(jié)逐個封堵射孔孔眼，提高封堵成功率。

1 產(chǎn)品介紹及性能評價

繩結(jié)暫堵材料的性能包括：較高的暫堵率（堵射孔孔眼），合適的承壓能力（至少達(dá)到需要的壓力），地層溫度條件下的自溶解能力（水溶、油溶、氣溶）和耐受性（耐酸、耐堿、耐鹽），尺寸形狀滿足工藝技術(shù)要求（大、小、組合） ，對施工設(shè)備的適應(yīng)性（加入方式、加入速度、濃度、設(shè)備的改造、注入流程），經(jīng)濟(jì)性（投入與產(chǎn)出）。

結(jié)合以上性能特點，主要比較表1中9種可降解材料，通過比較其拉伸強(qiáng)度、收縮率、吸水率、相對密度、彎曲強(qiáng)度、斷裂伸長率、熔點、熱變形溫度，綜合比較得出PGA可降解材料其拉伸強(qiáng)度高、斷裂伸長率低、熔點高、熱變形溫度高等，但這并不代表PGA可降解材料可適用于壓裂施工投球暫堵要求。參考合金性能較純金屬更為突出，通過選擇柔性和剛性可降解材料復(fù)合制備繩結(jié)暫堵劑，通過柔性材料和剛性材料復(fù)合增加韌性性能（見表2）。

表1 可降解材料的特點比較

續(xù)表1

表2 PPC/PLA復(fù)合材料性能

使用復(fù)合材料后顯著提高了材料性能，下面展示了兩種由可降解材料復(fù)合形成的產(chǎn)品，分別使用于不同區(qū)塊的不同井溫的井（見表3）。

表3 繩結(jié)的產(chǎn)品系列

將此產(chǎn)品進(jìn)行可降解試驗，環(huán)境為清水，60℃，219小時后基本可以全部降解，見圖2。

圖2 繩結(jié)暫堵劑降解試驗

將此產(chǎn)品（2種，直徑分別為13mm和15mm）進(jìn)行承壓試驗，環(huán)境為清水，60℃，承壓強(qiáng)度為35MPa以上，見圖3。

圖3 繩結(jié)暫堵劑承壓試驗

2 現(xiàn)場優(yōu)化

排量優(yōu)化。根據(jù)中海油臨興-神府區(qū)塊應(yīng)用效果，繩結(jié)在較低的排量即可獲得較好的封堵效率，通常排量為0.3～0.5m3/min。但考慮到從地面投放繩結(jié)暫堵劑后一直保持低排量會大大延長施工時間，在繩結(jié)暫堵劑未達(dá)炮眼時可以略微提高施工排量，待頂替量即將到達(dá)井筒容積時再降低排量，仍可取得不錯的效果。

繩結(jié)用量優(yōu)化。暫堵球為剛性封堵，可能會由于各種各樣的原因?qū)е聼o法封堵在炮眼之上，因此會考慮增加投球數(shù)量來確保暫堵成功。但柔性繩結(jié)暫堵劑和常規(guī)暫堵球不一樣，它在封堵后就不會出現(xiàn)封堵失效的問題。在地面進(jìn)行了不同孔眼和繩結(jié)比例的試驗，試驗數(shù)據(jù)見圖4，由此得出結(jié)論柔性繩結(jié)暫堵數(shù)量和封堵射孔孔眼數(shù)量為1∶1即可。

圖4 不同孔眼和繩結(jié)比例的試驗

投入方式優(yōu)化。柔性繩結(jié)暫堵劑在中海油臨興-神府區(qū)塊剛投入使用時出現(xiàn)了暫堵失敗的問題，壓裂監(jiān)督和暫堵工程時進(jìn)行原因分析后得出結(jié)論：同時投放時大量繩結(jié)會導(dǎo)致繩結(jié)團(tuán)聚，造成繩結(jié)尾翼進(jìn)入孔眼困難。因此在繩結(jié)的投放過程中，應(yīng)控制好投放的速度，延長繩結(jié)的間隔投放時間，有助于繩結(jié)逐個封堵射孔孔眼，提高封堵成功率。

3 應(yīng)用效果

此項應(yīng)用在中海油臨興神府-神府大規(guī)模應(yīng)用。2021—2022年使用井?dāng)?shù)超20口，同排量下井底壓力上漲3.97～12.3MPa，暫堵效果明顯，分析認(rèn)為開啟了新的裂縫，壓后產(chǎn)氣效果基本符合預(yù)期。

寧某井某段，射孔方式為定面射孔，孔密為10孔/m、相位角60°，射孔孔徑7.0mm，12簇，4孔/簇，每簇0.3m，總共48孔。段間封隔繩結(jié)34個（18～22mm之間共34個），壓裂曲線為見圖5。

圖5 寧某井某段施工曲線

壓裂后繩結(jié)封堵孔眼微地震監(jiān)測得到，本段第二次壓裂分2個階段（如圖6所示）。階段1：該階段微地震監(jiān)測整體東側(cè)微地震事件比西側(cè)多，且分布范圍較廣；在井筒兩側(cè)遠(yuǎn)端均監(jiān)測到強(qiáng)能量事件，其中在井筒東北位置監(jiān)測到少許強(qiáng)能量事件聚集，根結(jié)合螞蟻體該區(qū)域存在天然裂縫；本段壓裂過程加砂困難，多次嘗試低濃度加砂，效果不理想；本段中部井筒附近未監(jiān)測到事件，推測中部射孔簇未開啟。階段2：繩結(jié)封堵階段，該階段分別進(jìn)行了3次繩結(jié)封堵，繩結(jié)個數(shù)分別為8個、6個和20個，該階段微地震事件整體靠近北端，事件首先出現(xiàn)在井筒東側(cè)隨后在北側(cè)出現(xiàn)，最后在中部近井筒處出現(xiàn)，由此推測繩結(jié)封堵首先從南端開始，依次由東側(cè)孔簇向西封堵，封堵憋壓階段中間少許孔簇開啟，根據(jù)微地震監(jiān)測結(jié)果以及壓裂曲線的壓力攀升，本段封堵效果較理想。

圖6 寧某井某段壓后監(jiān)測分析結(jié)果

3 結(jié)論

此應(yīng)用適用于非常規(guī)致密氣藏壓裂改造，尤其是大厚儲層和隔層發(fā)育儲層。 柔性繩結(jié)暫堵相較于常規(guī)機(jī)械分層優(yōu)點明顯，主要表現(xiàn)為費用低，施工簡易，不需提前下入管柱，壓裂施工后易降解。此論文可為低孔低滲油氣田開發(fā)提供經(jīng)驗。