【石油观察家】致密砂岩气藏水平井体积压裂新技术

文|黄禹忠，刁素，栗铁峰，尹琅，何红梅，侯志明

中国石化西南油气分公司石油工程技术研究院

摘要：针对致密砂岩气藏常规缝间距80 ～ 100 m 分段压裂导致单井剩余可采储量多的问题。基于体积压裂理念，改变传统致密砂岩水平井等分段理念，将均匀布段改为针对“甜点”的加密分段，采用Y341 封隔器和不限级数滑套分段新工艺，对每个射孔段针对性压裂，实现了不动管柱多段分段压裂改造；同时，通过加砂压裂工艺和施工参数优化，实施“长、宽、高”三维立体压裂，提高储层的改造程度，以达到体积压裂和提高压后天然气产量的目的。该技术在川西低孔—特低孔、超致密砂岩储层水平井GX井成功进行了不动管柱19级分段压裂试验，一次性下入压裂管柱，连续施工，创下了国内不动管柱滑套分段数最多的记录，段间距22 ～ 76m，平均45m，压后在油压23 MPa下测试气产量12.64×10⁴m³/d，是地质预期的2 ～ 3倍，比采用常规分段、测井与录井显示更好的同井场邻井的压后测试产气量更高。该井生产296d，累计产气量是邻井的2.17倍，动态储量是邻井的1.3倍。加密分段及分段压裂新工艺为低孔—特低孔、超致密气藏提高开发效果提供了重要的技术支撑。

水平井分段压裂是致密砂岩气藏开发的有效手段，但常规缝间距80 ～ 100 m 分段导致单井剩余可采储量多。水平井体积压裂技术是此类气藏提高储量动用下限的有效手段。目前分段工艺主要有拖动管柱水力喷射多簇分段、桥塞分段、极差滑套+ 封隔器分段等，不限级数滑套+ 封隔器分段未见报道。四川盆地川西GM 区块沙溪庙组气藏储层顺河道呈“条带状”展布，河道宽度介于0.4 ～ 1.5km，砂体厚度介于15 ～ 35 m，储层埋深介于2400 ～ 2900 m，渗透率介于0.01～ 0.20 mD，孔隙度介于5% ～ 10%，地压系数介于1.73 ～ 1.90，属于低孔、致密—超致密异常高压气藏。常规体积压裂分段工艺在该区的适应性不强。因此，研制了一种不限级数分段滑套工具，配合Y341 封隔器，一次性下入分段管柱，可对每个射孔段实现针对性的加砂压裂改造，通过加砂压裂施工工艺和施工参数优化，实现“长、宽、高”三维立体体积压裂改造，在GX水平井进行了不动管柱19 段分段压裂先导试验，创下了国内不动管柱封隔器+ 滑套分段数最多的记录，并获得了远超地质预期的压裂效果。

1  体积压裂增产机理

川西致密砂岩气藏除了须家河组部分区块储层发育天然裂缝之外，其他层位裂缝不发育，且最大最小水平主应力差值大，难以形成缝网压裂，即“狭义”体积压裂。实践表明，在不产生严重缝间干扰的前提下，尽可能缩短裂缝间距、提高布缝密度，加大施工规模，可提高致密油气藏体积压裂改造效果。针对致密砂岩储层，通过对水平井“细分切割”水平段，对“甜点”加密分段；通过优选加砂工艺，根据河道宽度、砂体厚度优化人工裂缝参数，对每个射孔段针对性加砂压裂，实现“长、宽、高”三维立体的“广义”体积压裂，可达到提高储层改造程度和压后天然气产量的目的。

2  不限级数滑套分段压裂工艺

2.1 工艺优点

与传统级差式投球开滑套工艺相比，不限级数滑套不存在级差，滑套内径不需逐级变小，滑套级数理论上不受限制。其主要优点是：分段级数不受限；一趟管柱实现所有层段改造，施工连续；滑套开启工具可打捞，并且采用可溶球，能实现全通径，油气通道畅通。

2.2 压裂施工步骤

将Y341 封隔器及喷砂滑套等配套工具（图1）一趟下入井内：

1）环空注入反循环洗井，然后投球、泵送球至坐封球座，从油管逐级加压坐封封隔器。

2）打掉座封球座，露出喷砂口，对第一段进行加砂压裂。

3）待第一段施工结束后，投入不限级数滑套开关工具（滑套开启工具），待滑套开启工具到位后，加压打开滑套2，建立油管与第二段射孔段的注入通道，同时滑套开启工具掉在第二段与第一段之间的接球座上，对已经压裂的第一段有效封堵。

4）重复步骤（3），实现不动管柱不限级数多段有效封隔有针对性的分段加砂压裂。

5）停泵，采用连续油管打捞滑套开启工具，或者直接开井，油管排液。由于滑套开启工具采用可溶球对已经压裂层段进行封堵，在排液过程中，可溶球会与压裂液或地层水中的氯离子反应，逐渐溶解，即使不打捞滑套开启工具，也可实现油管压后的通畅。

3  实例应用

3.1 GX井基本情况

GX 井为GM 区块的一口水平井，水平段长865 m，目的层位J₂s₃^3-1，垂深2910 m，水平段声波时差值介于63.0 ～ 67.5 μs/ft（1 μs/ft=3.2808 μs/m， 下同），平均65.1 μs/ft ；孔隙度介于4.1% ～ 8.8%，平均6.4%；渗透率介于0.03～ 0.10 mD，平均0.07 mD；含水饱和度介于40% ～ 67%，平均55.7%，属于低孔—特低孔、超致密储层。

3.2 压裂参数优化

3.2.1 段间距设置

段间距分段原则应地质和工程相结合，充分认识储层的非均质性；同时综合考虑单井储层类型组合情况，地质、工程资料相结合开展优化布缝，达到好、中、差储层全部动用的目的。

段间距优化综合了参考应力干扰、生产动态分析和数值模拟的结果，优化结果如表1 所示。

根据优化结果，对GX井水平段细分切割，对测井、录井显示好的“甜点”加密分段，段间距22 ～76 m，平均45 m。

3.2.2 加砂压裂工艺优选

常规台阶或线性加砂是连续加砂、缝内连续铺砂，依靠支撑剂间隙形成导流通道，压后动态分析表明有效缝长短，导流能力有限。现场实践表明，采用脉冲式加砂方式，加砂过程全程纤维伴注，在裂缝中形成砂团，依靠砂团间稳定且没有支撑剂的开放式流动通道网络形成的导流通道，可大大提高裂缝的导流能力和压后产量。

脉冲加砂工艺优势：①适用于任何井型；②不用改变现有的加砂压裂设备，一段携砂液一段冻胶交替注入；③可降低加砂压裂砂堵施工风险；④可形成高导流裂缝，降低流动阻力；⑤与传统加砂工艺相比，达到相同目标缝长，可节约支撑剂40% 左右，该技术可显著提高有效缝长。

3.2.3 人工裂缝参数优化

裂缝长度优化主要依据河道砂体宽度以及储层含气性，裂缝高度根据储层厚度进行优化，实现水平井在河道上“长、宽、高”立体三维改造。

GX井河道宽度介于400 ～600 m，砂体厚度约30 m。采用FracproPT软件进行优化，优化各段加砂规模7 ～ 20 m³不等，采用脉冲加砂工艺，模拟裂缝缝长194 ～470 m，缝高27.9 ～ 32.8 m，对含气性好的层段加大支撑剂规模充分改造，总加砂规模为253 m3。图2 为12 m³加砂规模裂缝形态模拟图。

3.2.4 压裂液配方优化

GM 沙溪庙组气藏属于凝析气藏，存在中等偏强的水敏伤害，为减少凝析油乳化堵塞孔道降低渗透率，优化压裂液配方中破乳剂加量为0.1%，30 min 破乳率为100%；为尽可能防止黏土膨胀运移，降低伤害，优化压裂液中氯化钾加量为1%，防膨率为92%。优化后的配方为：0.42%稠化剂+0.3% 杀菌剂+0.5% 黏土稳定剂+0.5% 助排剂+0.5% 增效剂+0.3%Na₂CO₃+0.1%破乳剂+1%KCL。

3.3 现场应用试验

3.3.1 压裂施工及测试

采用Y341封隔器和不限级数滑套组合不动管柱、脉冲加砂工艺，施工历时2 d，完成了该井19 段分段加砂压裂，投入滑套开启工具18 支，施工排量介于3.5 ～ 4 m³/min，平均砂比介于11.78% ～ 16%，入地液量为3081m³，加入支撑剂253 m³，纤维1226 kg，施工曲线如图3所示。压后初测，在油压19.5 MPa 条件下求得天然气产量为11.46×10⁴ m³/d，是地质预期效果的2 ～3 倍。之后打捞滑套开启工具，当第10支滑套开启工具出井后，再次测试，在油压23 MPa 条件下，天然气产量为12.64×10⁴ m³/d。

3.3.2 效果对比

对比同井场同层位、采用常规分段、测录井显示更好的邻井水平井GY 井（表2），可知，较GY 井，GX 井储层更致密，物性和含气性均更差。GY 井采用常规8 段分压，平均缝间距107m，单段加砂规模是GX 井的2.1倍，但压后测试产量更低。GX 井生产296 d累计天然气产量是GY井的2.17倍，两口井水平段均折算成1000 m, GX 井动态储量是GY 井的1.3倍。说明在“三维立体”改造基础上，增加分段数后，对提高单井采出程度效果明显。

4  结论及认识

1）GX井19级封隔器滑套分段压裂创下了国内不动管柱封隔器滑套分段数最多的记录。

2）不限级数滑套开启工具可实现水平井不动管柱不限级数分段压裂，针对性强，效果好，为致密油气藏水平井体积压裂提供了针对性更强、改造更充分的分段压裂工艺。

3）致密砂岩气藏细分段及“长、宽、高”三维立体针对性改造，对于提高水平井单井产量效果明显，为低孔—特低孔、超致密油气藏高效开发提供了参考。（来源：《天然气勘探与开发》（季刊），2017年第1期）