基于水平井全井段固井质量不合格的压裂改造新方法

2023-01-12刘进军张继卓李江涛李本林张书玲

内江科技 2022年12期

◇刘进军张继卓李江涛李本林张书玲

①新疆油田公司开发公司 ②捷贝通石油技术集团股份有限公司③新疆油田公司应急抢险救援中心

水平井固井质量是影响压裂改造是否成功的重要参数，为了解决全井段固井质量不合格导致的管外窜、桥塞下入困难和投球碰压无法有效判断等问题，提出了固井桥塞分段+射孔联作+暂堵封窜压裂工艺，其中采用暂堵剂组合+暂堵纤维的组合暂堵方法，提高暂堵效果。首先根据水平段物性、岩石力学性质及段内水泥胶结情况，优选射孔位置；其次根据投球起压情况判断管外窜情况，以便确定暂堵时机；最后设计出压裂施工方案。应用于X井，该井共改造7段21簇，总共暂堵7次，升压5-19MPa，暂堵有效率为100%。保障了储层均匀分段改造，确保水平井压裂改造效果，该井压后取得了日产16吨以上的日产油量。该压裂工艺很好解决了因全井段固井质量不合格所导致的水平井压裂改造问题，为其它相类似井提供借鉴和参考，提高了单井效益。

水平井压裂是否能够成功改造储层的基础是固井质量。以往常采取净化井眼、调整钻井液性能、计算套管摩阻、软件模拟固井参数、优化设计固井前置液、优选水泥浆体系等方法来提高固井质量[1]，但这些方法在钻井前就需要进行计算和模拟。对于已钻好井的固井质量不合格，现场常常采用修井的方法解决，但有些井无法进行修井作业，就没有办法进行有效压裂。对于此类水平井提出了固井桥塞分段+射孔联作+暂堵封窜压裂工艺，利用暂堵的方法封堵老缝和环空（套管和井壁间的空隙），解决了压裂时窜槽的问题[2]，使得各段能够精准充分压裂改造。选择暂堵剂时考虑改造地层和工艺等特征，选择颗粒暂堵剂+粉末暂堵剂+暂堵纤维的组合暂堵剂进行暂堵，组合暂堵剂中加入了纤维暂堵剂[3-4]，纤维暂堵剂具有降解性能好，对储层渗透率伤害较小等特点。暂堵组合中加入暂堵剂纤维，可以很好的形成暂堵压力，达到更好暂堵转向效果[5-7]。该压裂工艺解决了水平井管外窜、投球碰压无法有效判断等风险，从而保障体积压裂能够精确充分改造储层，进而提高单井产量。

1 固井桥塞分段+射孔联作+暂堵封窜新压裂工艺

根据该井岩石力学解释结果，岩石脆性较低、两相应力差大和天然裂缝不发育等特点，因此采用细分切割手段增大裂缝与储层接触面积，从而实现体积压裂[8]。当固井质量不合格时，需要修井作业，一般是使用水泥固井[9]。但在修井过程中试挤压力均表现为快速上升，停泵压力下降缓慢，无法进行水泥固井作业。为了该井储层的充分改造，提出了一种新的组合压裂方法。

1.1 固井桥塞分段+射孔联作方法

根据地质油藏特征及现场压裂需求，合理设计段数和簇数。根据地质参数、岩石力学参数优选地质工程甜点进行集中改造[10]。考虑到固井质量不合格，尽可能优选水泥允填较好的位置座封桥塞，保证水平段之间封隔的有效性。根据段内水泥胶结情况，选择水泥胶结好的位置进行射孔，保证各簇能够独立进液，以达到储层充分改造的目的，从而提高单井生产效益。在选择桥塞位置时，优选水泥填充合格且有连续填充井段（≥5m）；无连续水泥填充时，附近必须有多个水泥填充段（有效填充长度 ≥ 5m）。在选择射孔位置时，射孔簇之间必须有连续水泥填充井段（≥2 m），实现有效封隔；射孔簇之间无连续水泥填充，附近必须有多个水泥填充段（有效填充长度 ≥2 m）。

1.2 颗粒暂堵剂+粉末暂堵剂+暂堵纤维的组合暂堵方法

（1）暂堵时机优化。根据射孔对地层破裂压裂的影响致使射孔位置的储层容易破裂，裂缝优先在射孔处开启[11]。根据射孔作业程序，先射孔第一级后对第一级进行压裂，第二至其它级，由于管外窜不能正常压裂，考虑暂堵方式进行封隔，根据投球起压情况考虑是否进行层间暂堵。

（2）暂堵组合优化。由于固井质量不合格，套管和井壁间存在空隙，为了防止管外窜的风险，采取组合暂堵剂进行暂堵。为了提高暂堵效率以及环空可能的窜液，在暂堵剂中加入可溶解暂堵纤维。暂堵纤维形状细小，能够堵住暂堵颗粒间的缝隙，形成更加紧密的滤饼。传统的暂堵是堵住炮眼，而本文考虑到环空窜液的风险，暂堵剂将环空部分也一起封隔，见图1。由于大粒径暂堵剂组合可以提高暂堵效率，暂堵纤维可以很好地堵住环空，防止管外窜，所以采用暂堵剂组合+暂堵纤维进行压裂缝口暂堵，封堵已压裂缝及部分环空，压开新缝。

图1 传统暂堵与复合暂堵区别

（3）溶解实验和承压实验评价。为了选择合适的暂堵球和暂堵颗粒大小，对不同大小的暂堵球和暂堵颗粒进行了溶解实验。采用不同暂堵剂组合对3mm缝宽封堵的承压实验。分别在70℃、85℃对不同暂堵球和暂堵剂颗粒大小进行溶解实验，实验结果表明85℃溶解效果比70℃溶解效果好；70℃暂堵剂颗粒经3小时溶解的外观由固体颗粒变为晶状软体，暂堵球由球体变为粘性球形轮廓。85℃暂堵剂颗粒经3小时后全部溶解，暂堵球5小时后才全部溶解，见图2。

图2 不同温度下不同暂堵球和暂堵颗粒大小的溶解

本文对暂堵剂组合在3mm缝宽的承压情况进行了试验，具体承压结果如图所示。由图可知，相较于传统的暂堵组合压裂，“暂堵剂组合+纤维”这种暂堵方式的承压效果更好。优化暂堵组合为5-10mm颗粒暂堵剂+3mm暂堵剂+粉末暂堵剂+纤维。组合暂堵方式可实现快速有效封堵，封堵压力超过40MPa，实验结果见图3。

图3 暂堵剂封堵实验

2 现场应用

2.1 X井固井质量

根据CBL固井解释该井水泥返高700m，水平段及其附近3325-4325m解释合格率7.6%，固井质量不合格；RCD固井解释测量井段3400-4338m内水泥允填充中等占比39.4%，综合解释固井质量不合格。综合两种声幅测井解释结果可知，该井的固井质量不合格。对该井进行修井作业，共进行三次泥浆试剂，试挤压力均表现为快速上升，停泵压力下降缓慢，无法进行水泥固井作业。

2.2 固井桥塞+段内多簇+暂堵剂组合暂堵+胍胶压裂液压裂

该井固井质量不合格，压裂改造存在管外窜施工风险，采用中等排量、中等压裂工艺提高有效改造体积。采用固井桥塞分段分簇射孔改造工艺，结合地质改造需求，该井改造长度989.8m（3356.0-4345.8m）井段内共分7段21簇，段间距95-269m，平均141.4m，簇间距32.0-110.0m，平均55.0m。

表1 X井分段分簇和射孔位置

通过地层温度关系式，计算出该井层中部温度在84℃左右，属于高温储层，应选择适应该条件的暂堵剂进行封堵，同时要求压裂液具有良好的携砂性能及破胶性能。本井采用胍胶压裂液进行压裂，90℃长效暂堵剂进行暂堵，选择HHTP-90A、HHTP-90B、HHTP-90F的暂堵剂，这几种暂堵剂分别适应于60-90℃油气藏压裂缝内暂堵、缝口暂堵、暂堵。HHTP系列暂堵剂具有粒径可调、承压强度高、封堵效果好、溶解性好、返排彻底、时间可控、安全环保、操作方便等特点。对HHTP90系列的颗粒和纤维分别进行了溶解实验，见图4、图5；并针对暂堵剂形成的不同滤饼厚度进行承压实验，见表2。溶解实验表明HHTP90系列长效暂堵剂在72小时以上开始溶解，150小时后完全溶解；承压实验表明该暂堵剂承压差大于40MPa，承压性能优越。

图4 HHTP90B产品（颗粒）溶解实验结果

图5 HHTP90F产品（纤维）溶解实验结果

表2 HHTP90系列暂堵剂承压实验数据表

采用5-10mm暂堵剂+3-5mm暂堵剂+20/60目粉末暂堵剂+6mm暂堵纤维组合方式暂堵，该暂堵剂能够承压40MPa以上，降解率99%以上。该井暂堵组合规格及用量，总共暂堵次数9次，暂堵簇数20次，5-10mm暂堵剂总计1160kg，3-5mm暂堵剂总计590kg，20/60目粉末暂堵剂总计590kg，纤维总计195kg，所有暂堵剂总计2535kg。具体用量可以根据现场施工压力情况做相应的调整，以达到更好的封堵效果，从而提高储层充分改造。

2.3 X井暂堵压裂施工及分析

X井采用先对第一段进行射孔后压裂，第一段进行常规压裂；第二至七段，由于管外窜，根据投球起压情况是否进行层间暂堵。现场技术人员可以根据压力情况实施暂堵剂加入方式及用量。X井共完成7段施工，施工排量3.0-10.0m3/min，破裂压力57.0-67.0MPa，施工压力67.0-39MPa，停泵压力24-28MPa，暂堵7次，施工注入液量8002.1 m3，砂量650.0 m3，平均砂比17.2%，压裂施工参数统计表，见表3。设计液量6425.9 m3，实际液量8002.1m3，主要是第2段和第6段用液量大，原因为施工压力过高，加砂困难；设计砂量和实际砂量一致。

表3 X井压裂施工参数统计表

X井设计暂堵9次，而实际根据现场施工压力情况实际暂堵7次。本次压裂改造储层中暂堵剂共计用量1460kg，单次暂堵剂用量160-240kg，单次暂堵纤维用量10-20kg，各段暂堵剂用量和暂堵时机，见图6。设计升压3MPa以上，实际升压5-19MPa，表明暂堵起到了憋压的效果，形成了高强度的滤饼，暂堵效果好，能够充分地改造储层，形成良好的缝网。从图7可以看出，每段暂堵前后压力升压比较明显，其中第2段暂堵升压最高，第4段段内暂堵、第5段段内暂堵和第6段段间暂堵升压较高。在每段进行体积压裂改造时，初始压力是逐渐升高的趋势，表明段间暂堵有效。

图6 X井实际暂堵剂用量和暂堵时机

图7 暂堵前后压力对比图

桥塞球到位后升压明显的段，提高排量比较容易，压裂曲线趋势较为一致，说明该井层段压裂较易。本井储层较易破裂和提排，易于压裂施工。第3段和第7段桥塞球到位后升压明显，说明该段环空固井水泥隔段较好，压裂施工排量快速提升至设计排量，表明该段易于压裂。

该井全井段固井质量不合格，因无法进行常规修井作业，不能保证压裂的正常进行。采取大颗粒暂堵剂组合+纤维+粉砂暂堵+胍胶组合暂堵措施进行缝口封堵，提高各段压裂改造效果，暂堵后施工压力升压均大于5MPa以上，表明暂堵效果好，暂堵均有效。采用该方法进行暂堵升压和暂堵效果明显，为后期油气排采奠定了基础。

2.4 应用生产效果

X井压裂施工作业后，2021年7月19日开井以来，日产油呈稳定上升趋势，平均日产油量达到5.6t，平均日产液量19.73t。最高日产油量达到16.3t，最高日产液量达到35t，具体产量情况如图8所示。可以看出，纤维暂堵转向压裂技术的增产效果较好，能够较大幅度的提高低孔、特低渗非常规致密砾岩水平井产量。