涪陵页岩气田西南区块压裂改造工艺现场试验

习传学，高东伟，陈新安，王海涛

(1.中国石化重庆涪陵页岩气勘探开发有限公司，重庆 408014；2.中国石化石油工程技术研究院，北京 100101)

0 引 言

涪陵页岩气田随勘探开发的深入，开发难度逐渐加大。焦石坝主体开发区西南区块具有构造复杂、曲率及裂缝分布复杂等特点，压裂施工中存在压裂液滤失严重、砂堵概率高、施工困难、压裂后产量偏低的问题[1]。因此，有必要采取针对性的压裂优化措施，降低施工难度，提高压裂效果。焦石坝西南区块选择典型页岩气井开展了暂堵剂转向压裂、定面射孔[2-3]、优化粉陶加入时机及用量等压裂改造工艺试验，结合产气剖面测试、微地震监测[4-7]、分段放喷测试等方法进行效果验证，评价其在页岩气田压裂的适应性，对构造复杂、曲率及裂缝发育条件下的页岩气田压裂工艺进行了积极探索，并获得一些认识，以期为同类井的压裂改造提供借鉴。

1 地质概况

涪陵页岩气田页岩储层泊松比低、杨氏模量高、脆性指数高、可压性好，有利于实施体积压裂改造[8-9]。西南区块位于焦石坝区块的西南侧乌江断背斜带，处于乌江断层、吊水岩1号断层、石门1号断层等多条断层夹持区域，区域内部断裂发育复杂，断距小于50 m的断层超过40条。整体曲率发育，呈现条带状分布且走向交错，曲率平均值大于0.002 5。多口井在钻井过程中水平段发生裂缝性滤失，说明该区域天然裂缝较发育且比较复杂[10-11]，压裂过程中压裂液易沿天然裂缝滤失，导致裂缝砂堵，对压裂改造带来不利影响[12-13]。

2 试验思路

在对西南区块已压裂井分析的基础上，结合国内外其他页岩气田压裂成功经验，以促使主裂缝延伸，增加裂缝改造复杂程度，降低施工难度，增加有效改造体积为目的，优选具有典型地质特征的井进行压裂工艺试验。主要试验思路为：焦页A井及焦页C井曲率值较大，条带状分布，呈多向性，分别进行暂堵转向压裂及粉陶加入时机优化试验；焦页B井靠近断层，曲率值大，进行暂堵转向压裂、定面射孔及粉陶用量优化试验；焦页D井井眼轨迹与最大主应力夹角小，进行段、簇间距优化试验。

试验整体效果较好，尤其是定面射孔、粉陶用量及加入时机优化及段、簇间距优化等措施可有效降低施工难度，提高改造效果，增加产气量。

3 现场试验效果评价及认识

3.1 暂堵转向压裂工艺

(1) 焦页A井前半井段压裂施工采取“暂堵剂X+暂堵剂Y+暂堵剂X”的施工模式：暂堵剂X为缝内暂堵剂，粒径范围为100～200目，与40～70目支撑剂混合使用，单次加量为70～90 kg，对地层裂缝进行桥堵；暂堵剂Y为簇间暂堵剂，粒径范围为8～200目，主体粒径为20～30目，由携砂液携带入井，单次加量为45～60 kg，封堵炮眼。第1次暂堵剂X在压裂液量达到550～700 m3时加入，暂堵剂Y在压裂液量达到1 100 m3左右时加入，第2次暂堵剂X在压裂液量达到1 500～1 700 m3时加入。后半井段实施常规压裂模式，两者压裂规模接近，但后者加砂量较少，试气效果较差。

分析认为：对于目前压裂规模(压裂液量为1 800～2 000 m3)，暂堵剂加入次数不宜过多，多次加入暂堵剂，施工泵注程序复杂，增加了施工难度，降低了铺砂浓度；页岩气压裂缝网的形成是裂缝不断延伸、不断复杂化的过程，结合微地震结果发现，在压裂液量达到1 200～1 600 m3时，裂缝轮廓基本形成[14]，即应在压裂液量达到1 200 m3左右时加入暂堵剂(不同地层会有所差异)；多次加入暂堵剂导致暂堵剂加入过早(压裂液量为550～700 m3)或暂堵剂加入间隔时间较短，期间注入压裂液量较少(平均约为470 m3)，造成暂堵前裂缝延伸受限，地层改造不充分，暂堵转向后地层改造体积有限，整体有效改造体积无明显增加，甚至更小。

(2) 图1为焦页A井第11压裂段压裂施工曲线。由图1可知，焦页A井第11压裂段在压裂液量为800 m3、砂比为5.2%时施工泵压显著上升，压裂液量为1 092 m3时加入暂堵剂X后发生砂堵。分析认为，出现砂堵迹象表明地层改造裂缝缝宽不足，暂堵剂X易在近井地带产生作用，加剧砂堵风险，期间注入压裂液量为292 m3，砂比仅提高至4.0%，砂堵风险仍较大。因此，一旦有砂堵迹象出现，短时间内不宜加入缝内暂堵剂，应待砂比提高、施工泵压趋于稳定后加入。

图1焦页A井第11段压裂施工曲线

(3) 焦页A井第2压裂段加入暂堵剂Y后未加入盐酸，造成施工泵压达到设备最高工作限定压力，施工中断。分析认为：暂堵剂Y对炮眼进行了有效封堵，地层二次破裂压力较首次破裂压力更高，应在加入暂堵剂Y后加入一定量盐酸，降低破裂压力。该井第3压裂段压裂时调整了工艺，加入暂堵剂Y后加入15 m3盐酸，破裂压力降低，地层发生有效破裂，后续压裂段沿用此工艺，顺利完成施工。

(4) 焦页A井加入暂堵剂Y后，排量保持不变，施工泵压升高20～30 MPa，表明已成功封堵压开炮眼，封堵成功率为100%，同时，微地震监测结果显示裂缝延伸有明显转向。表明加入暂堵剂Y后，可对已发生破裂的炮眼进行有效封堵，在前期未破裂的炮眼处发生破裂，实现压裂裂缝转向，提高孔眼的有效率，达到均匀改造地层的效果[15-18]。

(5) 焦页B井调整暂堵剂加入时机及次数，每段压裂施工在压裂液量达到800～900 m3时加入1次暂堵剂Z(暂堵剂Z为缝内暂堵转向剂，粒径范围为60～80目，用携砂液携带，加入量为100～300 kg)，共有13个压裂段应用此工艺，最终该井前半井段压裂试气产量为5.9×104m3/d，超过西南区块平均水平，取得一定效果。

该井加入暂堵剂后施工泵压上升明显的压裂段共6段，泵压上升1～3 MPa，暂堵剂在缝内发挥暂堵作用，迫使流体流向转变，开启新的裂缝，其余压裂段施工泵压上升不明显。主要原因为：①前期造缝充分，暂堵剂到位后液体有足够的泄压通道；②暂堵剂用量偏少，封堵程度不够；③暂堵剂在远端作用，施工泵压上升不明显；④携带暂堵剂的携砂液为低黏滑溜水，暂堵剂集中程度不够，影响暂堵剂作用效果。

3.2 定面射孔

强曲率段储层天然裂缝发育可能性大，压裂液滤失严重，加砂困难，砂堵概率高，现场针对强曲率段采用定面射孔工艺。焦页B井第2～4压裂段为强曲率段，其余段为中—中弱曲率段。第2～4压裂段采用定面射孔工艺，平均加砂量为52.00 m3/段，平均产气贡献率为8.08%，其他段采用常规射孔工艺，平均加砂量为40.65 m3/段，平均产气贡献率为6.30%。表明定面射孔工艺对于强曲率段的改造具有较好效果，同一横截面集中进液，扩大裂缝宽度，且有效控制水力压裂裂缝沿井筒径向延伸扩展，降低了砂堵风险，提高了压裂改造效果[19-20]。

3.3 粉陶用量及加入时机优化

(1) 焦页B井第22～25压裂段均穿行于③号小层，进行粉陶用量优化试验。第22、23段粉陶用量分别为29.5 m3和30.2 m3，总加砂量分别为56.8 m3和60.3 m3，第24、25段粉陶用量分别为11.1 m3和14.1 m3，总加砂量分别为52.6 m3和51.3 m3。图2为焦页B井第22～25段压裂施工曲线。由图2可知，第22、23段压裂施工曲线更平滑，施工更顺利，最终加砂量较高。表明增加粉陶用量可降低整体施工难度，其可对近井迂曲状裂缝进行打磨，降低压力消耗，同时封堵微裂缝，增加井底有效作用压力[12]，增加裂缝宽度，促使主裂缝的延伸。

(2) 焦页C井的邻井压裂施工困难，结合邻井施工经验，对该井的施工工艺进行调整：第1段粉陶加入时机由压裂液量为250 m3时加入变为压裂液量为170 m3时加入，对微裂缝提前封堵，且前期阶梯控排量，排量为8～12 m3/min，降低初期裂缝发散程度，促进主裂缝的延伸；第1段粉陶段塞加入后转注胶液170 m3，再利用滑溜水携带5段粉陶段塞，之后转注胶液80 m3，增大裂缝缝宽；中途采取转加粉陶变粒径施工工艺(常规工艺均为40～70目支撑剂)，进行封堵降滤处理，降低砂堵风险。图3为焦页C井和邻井压裂施工曲线。由图3可知，焦页C井施工整体施工泵压较低且可控，砂堵风险低，采用该工艺的压裂段均未出现明显砂堵，而邻井因砂比敏感(砂比小幅提升引起压力大幅上涨)导致施工困难的概率大于50%。对比表明，前期加粉陶封堵、阶梯控排量、胶液扩缝，结合中途转粉陶变粒径工艺可有效降低裂缝发育区压裂施工加砂难度，提高改造效果。

图2 焦页B井第22～25段压裂施工曲线

图3 焦页C井和邻井压裂施工曲线

3.4 段、簇间距优化

焦页D井井眼轨迹与最大主应力方向夹角仅为21 °，压裂改造裂缝易沿最大主应力方向延伸，形成斜交缝，裂缝在井筒径向方向延伸严重受限，在井筒轴向方向易前后沟通，影响改造效果。该井前半井段平均压裂段长为69.7 m，段间距为37.6 m，簇间距为23.7 m，后半井段平均压裂段长为60.1 m，段间距为31.3 m，簇间距为19.0 m，前半井段测试产气量为2.0×104m3/d，后半井段测试产气量为0.6×104m3/d，前半井段试气效果明显优于后半井段。表明对于井眼轨迹与最大主应力夹角较小的压裂段，适当放大段、簇间距，可提升改造效果。

4 现场应用

江东区块某平台3口井，前期1口井(E1井)平均加砂量为41.3 m3，测试压力为15.54 MPa，测试产气量为14.9×104m3/d，试气施工难度大，试气效果一般。后期2口井(E2、E3)在西南区块工艺试验的基础上，优化工艺，采取中途粉陶变粒径施工思路，施工难度降低，铺砂浓度明显提升，平均测试产气量为21.2×104m3/d，提高43%，增产效果明显(表1)，表明转粉陶变粒径工艺降低了施工风险，提升了改造效果。

目前该工艺成为涪陵气田二期主体压裂工艺，20余口井的平均试气产量达到20.0×104m3/d以上，取得较好效果。

表1 江东区块某平台3口井测试数据

5 结 论

(1) 针对涪陵焦石坝西南区块压裂改造困难的问题，暂堵转向压裂、定面射孔、优化粉陶用量和加入时机及优化段、簇间距等措施试验目的明确，效果较好，可为类似井的压裂改造提供依据和参考。

(2) 对于目前涪陵页岩气田主体压裂工艺，暂堵剂加入次数不宜过多，建议控制在1～2次为宜；簇间暂堵剂加入后需加入一定量的盐酸降低施工泵压，簇间暂堵剂加入后施工泵压响应明显，起到明显转向效果；在出现砂堵迹象后短时间内不宜加入缝内暂堵剂，应待砂比提高、施工泵压趋于稳定后加入；暂堵剂试验为页岩气井压裂改造提供了一种新的思路，建议根据地质特征进行选井，结合微地震监测技术，进一步优化不同地层暂堵剂类型、加入时机、加入量等参数，提升暂堵转向效果。

(3) 定面射孔方式在强曲率段效果较好，可适当采用。

(4) 增加前期粉陶用量一定程度上可降低施工难度，提高综合砂液比，提高改造效果；对于裂缝发育地区的页岩气井压裂，适当提前加入粉陶，并结合阶梯控排量、胶液扩缝、中途变粒径等工艺，可降低压裂液滤失，降低施工风险，提升改造效果。

(5) 对于井眼轨迹与最大主应力夹角较小的压裂段，应适当放大段、簇间距，减小前后压裂段沟通的可能性，提高沿井筒方向上压裂改造效果。

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