徐兵威

(中石化华北分公司工程技术研究院，郑州 450006)

鄂尔多斯盆地大牛地气田为储量丰富的典型低孔、低渗、低压气田，其储层特点决定了水平井是获得经济开发的必要手段［1－2］。通过前期压裂改造先导试验，大牛地气田逐步形成了以多级管外封隔器分段压裂工艺为主导的水平井分段压裂技术，但该技术的推广应用面临施工管串工具较多、节流摩阻较大、无法开启特低渗储层段等技术瓶颈［2－3］。为了解决此问题，将水平井段内裂缝转向技术与裸眼封隔器完井技术有机结合，形成水平井多缝分段压裂工艺。该技术在保证合理的单井产能最大化基础上，扩大了泄气面积，同时降低了施工风险及成本投入，形成了低渗致密砂岩储层改造工艺新技术［3－5］。

1 多缝分段压裂技术原理

水平井多缝分段压裂技术的原理是，在有限的井段内增加水力裂缝的条数和密度，提高单位水平井段的改造效率，从而获得比常规水平井分段改造更大的单井有效改造体积［3－7］。

多缝分段压裂施工过程中，一次或多次向段内投送高强度水溶性多裂缝暂堵剂，遵循流体向阻力最小方向流动的原则，暂堵剂颗粒随压裂液进入已开启裂缝或高渗透层，从而在高渗透带形成滤饼桥堵。当井筒压力高于裂缝破裂压力差值时，后续压裂液无法进入裂缝和高渗透带，被迫转向高应力区或新裂缝层，促使新缝的产生和支撑剂铺置方式发生变化，最终在水平单段内形成多缝裂缝［6－9］。多缝分段压裂封堵起裂过程如图1所示。

压裂施工结束后，产生桥堵的暂堵剂将溶于地层水或压裂液，实现段内先前封堵裂缝的开启，增加水平井各段改造体积。

图1 多缝分段压裂封堵起裂示意图

2 多缝分段压裂技术特点

与常规水平井多级管外封隔器分段压裂工艺相比较，多缝分段压裂技术主要具有以下优势:

(1)多缝分段压裂技术能够实现单个水平段内裂缝转向，利用一段工具可改造多个渗透率级别层段的目标，大幅度减少下入分段工具数量，降低施工风险和生产成本。常规压裂技术使用的工具包括滑套17个，封隔器19个;而多缝分段压裂使用的工具包括滑套7个，封隔器9个。

(2)多缝分段压裂技术能有效增加水平段裂缝密度，加大段内裂缝改造规模，提高水平井一次动用储量，增加油气井初期产量，利于长期稳产，实现区域体积改造，大幅度提高气井产量［10－11］。

(3)多缝分段压裂技术施工操作方法简单，通过调整暂堵剂成分组成、颗粒大小、施工用量等参数，可以有效控制封堵时间和封堵压力等参数。

3 暂堵剂性能评价

在水平井多缝分段压裂过程中，所使用的水溶性暂堵剂起着关键作用，暂堵剂性能直接关系到压裂施工的成败和压后效果。

水溶性多裂缝暂堵剂是在地面高温高压条件下通过交联反应以及物理法的势能活化而得到的颗粒型堵剂，是化学反应与物理势能相互催化的复合体。该暂堵剂的一次交联是在生产时完成物化反应，形成颗粒。在应用时，暂堵剂颗粒随压裂液进入裂缝后，在压力差下获得势能后继续反应交联，形成高强度的滤饼，从而具备颗粒型堵剂的高强度，又兼具了交联型堵剂的封堵率。

3.1 成胶状态测定

暂堵剂形成滤饼后的胶体状态直接关系到能否有效封堵张开裂缝或天然裂缝，达到实现段内裂缝转向的效果。因此，室内应用电镜，对人造岩心封堵状况进行观测。

从电镜观测结果可明显看出(图2)，所有孔隙都被暂堵剂黏附、堵塞，且在放大1500倍时没有观察到未堵塞孔隙，表明水溶性多裂缝暂堵剂具有良好的封堵能力。

3.2 溶解性能研究

暂堵剂能否溶于混合溶液介质以及溶胀时间能否满足压裂后封堵裂缝及时返排产气，都对降低储层伤害起到关键作用。在此通过实验测试水溶性多裂缝暂堵剂在不同溶液介质中的溶胀时间。

图2 暂堵剂封堵电镜扫描图片

通过实验得到80℃温度条件下暂堵剂在不同溶液中的溶解曲线(图3)，可以看出，暂堵剂3.5 h后完全溶于压裂液。说明水溶性多裂缝暂堵剂在压裂液中溶解性能较好，不会对储层造成新的伤害;此外，由于溶解后的暂堵剂内含F表面活性剂，具备助排性能，利于压后残液的返排。

图3 80℃下暂堵剂在不同溶液中的溶解曲线

3.3 抗压强度性能评价

水溶性暂堵剂胶结后形成滤饼的强度是保证有效封堵已开启裂缝实现裂缝转向，从而在水平段内形成多条裂缝的关键因素。可采用流动实验仪测定暂堵剂的突破压力来确定暂堵剂的强度，评价抗压强度性能。流动实验仪测定流程如图4所示。

图4 流动实验仪测定流程图

(1)分散态突破压力测试。用计算体积的方法，采用排开体积进行计量，在80℃温度下将压裂液浸泡3～5 min后开始测试。实验样本为1#，2#，3#，4#岩心，分别测试模拟压实后厚度为 5.0，1.0，0.7，0.5 cm暂堵剂的突破压力，其测试结果见表1。

表1 分散态突破压力测试结果

从表1看出，模拟压实后滤饼厚度1 cm以上，分散态暂堵剂可以通过二次交联形成封堵滤饼，突破压力达23 MPa以上。模拟压实后滤饼厚度小于1 cm，分散态暂堵剂不能有效形成封堵滤饼，并随着驱替不断溶解流出。

(2)胶结态突破压力测试。采用溶解后风干的暂堵剂，制成厚度为0.9 cm和0.5 cm的滤饼，分别使用5#，6#岩心进行突破压力测试，测试结果见表2。

表2 分散态突破压力测试结果

从表2可以看出，水溶性暂堵剂一旦形成滤饼，突破压力就很高，滤饼厚度达到或超过0.9 cm将很难突破。这表明了该水溶性暂堵剂具备用量少，承压能力高，封堵效果好的特征。

4 现场应用

X井是大牛地气田盒1气层的一口开发水平井，垂深2551 m，水平段长1215 m，岩性主要为岩屑砂岩，物性相对较好。依据水平井多缝分段压裂理论，设计7段17条缝压裂施工，累计注入压裂液5834.1 m3，加入中密度高强度陶粒665.0 m3。X井采用多缝分段压裂技术施工后，试气油压9.9 MPa，无阻流量达 11.1 ×104m3d。

分析单段内3条裂缝的施工曲线(图5)，前置液阶段裂缝延伸压力分别上升了2.9 MPa和2.6 MPa，施工压力有明显的上升和裂缝转向。拟合破裂压力梯度分别为 0.011，0.0134，0.0164 MPam，该井施工实现了多缝分段压裂技术。

图5 X井段内多裂缝示意图

根据地面微地震裂缝监测解释结果(图6)，在压裂段内投入多裂缝堵剂，临时封堵前次裂缝迫使流体转向来达到压开多条新裂缝。此水平井多缝分段压裂技术对于大牛地气田致密砂岩储层完全适用，且压后增产效果显著。

图6 X井裂缝监测解释结果

5 结语

(1)水平井多缝分段压裂工艺能实现利用一段工具改造多个渗透率层段的目标，从而充分改造整个水平井段，提高增产效果。

(2)多缝分段压裂能够大幅度减少水平井分段工具下入数量，从而降低施工风险和节约生产成本。

(3)水溶性多裂缝暂堵剂可完全溶于压裂液中，且封堵效果好，承压能力高，实现水平井单段内重新开启新裂缝。

［1］秦玉英，杨同玉.华北分公司致密低渗油气藏水平井分段压裂技术进展［C］中国石化油气开采技术论坛论文集.北京:中国石化出版社，2012.

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