超低渗油藏分级加砂压裂工艺探讨

陈爱军

（中石油长庆油田分公司超低渗透油藏第一项目部，甘肃 庆阳745400）

姜汉峰

（中石油塔里木油田分公司油气生产技术部，新疆 库尔勒841000）

黄万龙

（中石油渤海钻探工程有限公司第一钻井工程分公司，天津300280）

王宇

（中石油塔里木油田分公司勘探开发研究院，新疆 库尔勒841000）

马海波

（中石油塔里木油田分公司秘书科，新疆 库尔勒841000）

王彦秋

（中石油塔里木油田分公司开发事业部，新疆 库尔勒841000）

张磊

（中石油塔里木油田分公司勘探开发研究院，新疆 库尔勒841000）

随着采油工艺技术水平的逐步提高，过去不具备开发价值的超低渗油藏慢慢成为了石油开采中的主力油藏。而对于超低渗透油藏的开发而言，构建油层到井筒有利的流体通道是关键，通常都是采用压裂的方式来实现。目前，压裂是低渗透油田中后期增产增注的主要进攻性措施之一，对油田中后期老井的增产增注起着重要的作用。通常，为了提高油井的单井产量，在不同的开发阶段，同一口井在不同的时期会几次实施压裂措施，也就是重复压裂。

重复压裂确实能提高油井的产能和出油时间，其在超低渗透油藏开发中做出的贡献也毋庸质疑。但随着施工次数的增加，压裂效果呈明显下降趋势，并且有效期也急剧缩短，直至到完全失去采取压裂措施的意义。分级加砂在压裂施工过程中的不同阶段加入不同粒径的支撑剂（石英砂）使之相互配合，能够弥补重复压裂过程中造成的暂堵、砂卡和压滤液滤失及压后吐砂的缺陷，起到优化压裂液通道、降滤和防止压后吐砂的效果，从而改善低渗、超低渗油藏的开采效果［1］。下面，笔者在对重复压裂效果递减原因进行分析的基础上，提出分级加砂压裂的新型工艺方案。

1 重复压裂效果递减的原因分析

1.1 因暂堵效果差而无法产生新的裂缝

在重复压裂过程中，压开老裂缝的同时，加入暂堵剂，如果注入压力没有明显的上升，说明没有新的裂缝产生，即暂堵剂没有起到堵住老裂缝的作用，导致压裂液沿老裂缝流失，而老的裂缝已经失去原有的导流能力，又无新的导流通道产生，最终造成压裂效果不明显。

1.2 砂卡的发生致使压裂效果不理想

长庆油田普遍采用的是斜井钻井方式和射孔完井方式，而大斜度井往往会产生较大的井筒效应。压裂液和支撑剂从井筒内进入主裂缝时，往往存在着附加摩阻，这种附加摩阻，经常会造成携砂液提前脱砂，使压裂施工在裂缝长度、裂缝导流能力等参数上达不到预期的要求影响压裂后的产能，甚至在高砂比注入携砂液时出现砂卡现象，此时不得不停泵进行反洗井，造成压裂过程被迫间断，严重影响压裂效果。

1.3 压裂液滤失和压后吐砂影响压裂效果

由于地层天然裂缝的存在和上次压裂产生的微裂缝，导致压裂施工过程中压裂液滤失严重，而无法达到预期的压裂效果。而压裂后地层吐砂则会让裂缝很快闭合而失去导流作用，在庄9区块的庄28－16井、庄26－17井、庄40－9井等井的作业过程中就发现井筒大量沉砂，有的甚至已经埋过了射孔段。

由于上述3方面的原因，有必要对通常采用的压裂工艺进行分析和改进，设法提高单次重复压裂措施效果。根据现场的实践，借鉴压裂工艺研究成果，提出分级加砂压裂的新型工艺方案。

2 分级加砂压裂工艺

压裂施工一般分为3个阶段，分别是注入前置液、携砂液和顶替液。分级加砂压裂工艺主要体现在2个方面：首先，前置液中加入粉砂；其次，不同阶段携砂液中加入支撑剂。

2.1 前置液加粉砂

在前置液中加入低砂比的粉砂，砂比控制在10%～15%。其作用在于含砂液体可以造成很强的水力切割作用，在不完善的射孔孔眼处和近井地带的复杂裂缝中，这种高速含砂流体形成的水力切割作用可以帮助液体对各种因素形成的毛刺、粗糙表面、迂曲构造进行水力切割和打磨，使流通路径趋于光滑，降低摩阻，减小压裂过程中发生砂卡地可能性；并且，上述不利因素越严重，取得的效果越明显。而对于近井地带的裂缝，这种低砂比的支撑剂段塞可以堵塞一些宽度较小的裂缝，有利于主裂缝的延长和拓宽。进而提高压裂液的效率，提高压裂一次成功率［2］。

在压裂施工至老裂缝张开到一定程度后，一般会加入暂堵剂，用来堵塞老裂缝以利于新裂缝的产生。但是，由于暂堵剂对近井地带微裂缝（包括天然微裂缝和以前压裂施工形成的微裂缝）的封堵能力有限，往往达不到预期的封堵目标。而采用前置液加粉砂工艺，利用粉砂对微裂缝的封堵能力与暂堵剂配合，通过这种双重的封堵配合，将大大提高暂堵的成功率。

2.2 携砂液加支撑剂（石英砂）

该阶段的主要特点是将携砂液分为3个阶段注入并配以不同直径的支撑剂（石英砂），一是在老裂缝压开时注入粉砂作为一级支撑剂；二是在新裂缝产生时注入中砂作为二级支撑剂；最后再以尾追粗砂的方式注入三级支撑剂。

1）粉砂作为一级支撑剂 粉砂作为一级支撑剂注入地层的优点有很多，主要表现在2个方面：一是粉砂首先进入压裂时形成的微细裂缝或被压开的地层本身微裂缝中，有效地阻止压裂液滤失进去，提高液体效率，保证造缝效果，降低前置液用量，从而减少入井液总量，降低压裂液对储层的伤害；二是地层破裂时产生的细裂缝可以得到粉砂的有效支撑成为较高导流能力的原油通道。粉砂在压裂施工过程中能够起到有效的降滤作用，而施工结束裂缝闭合后又能起到有效支撑微裂缝的作用，成为沟通地层和人工主裂缝的油流通道，提高储层导流能力，支撑的微裂缝有助于提高压裂增产效果，延长措施有效期。一般采用粒径100目的粉砂并用38%左右的平均砂比注入，效果较理想。

2）中砂作为支撑新裂缝的二级支撑剂 在重复压裂施工过程中，压开老裂缝已经不是施工的主要目的，而产生新的导流通道才是重点。因此，当压裂施工至老裂缝张开到一定程度时就会加入暂堵剂对老裂缝进行战略性的暂时封堵，以利于新裂缝的产生。当新裂缝产生时再次加入的支撑剂成为二级支撑剂，此时对二级支撑剂的选择就十分重要了。如果此时选用粉砂作为二级支撑剂，由于压后新裂缝的闭合能力较强，特别是在地层岩石硬度比较低得情况下，粉砂很容易渗入到裂缝两边的缝面中去。而且，伴随着新裂缝产生的同时还会形成许多微裂缝，粉砂就容易被这些微裂缝吸收，反而使新的主裂缝得不到有效的支撑。对于此种情况中砂的支撑能力将大大高于粉砂。采用粒径约为30目的中砂作为二级支撑剂并以36%的平均砂比注入，就能达到比较优良的支撑效果。

3）粗砂作为三级支撑剂 在施工的最后阶段采用粘度较低的压裂液携带粒径大约为15目的粗砂，并用较高的砂比，砂比控制在70%～75%（根据井筒具体情况可适当调整），填充在井眼附近。粗砂就会最先在井眼附近坐实，形成一个筛网阻止中砂返出，而中砂又形成了一个筛网阻止了粉砂的返出，这样就避免了压后吐砂严重和井筒沉砂严重的现象，也就保证了裂缝的导流能力和有效期［3］。

3 效果分析

分级加砂压裂工艺可以克服重复压裂中存在的比较突出的矛盾，降低不利因素的影响，且相对而言比较容易操作。从庄9区块庄40－9井的试验结果来看，分级加砂压裂工艺在超低渗透油田实施油井增产措施是具有一定可行性的。

虽然笔者讨论到的只有三级支撑剂，但并非该工艺只能用到三级支撑剂。根据地层条件、井筒的具体情况以及对经济成本的计算，支撑剂的级数是可以调整的。

4 结论

1）重复压裂工艺因暂堵效果差、砂卡和压裂液滤失和压后吐砂而导致超低渗油藏在开发过程中效果递减，对油田稳产、高产不利。

2）分级加砂压裂工艺的优势主要体现在2个方面，即前置液中加入粉砂，以及不同阶段携砂液中加入支撑剂（石英砂）。这2方面的优势相互补充，优化压裂液通道、降滤和防止压后吐砂，提高了人工裂缝导流能力和延长重复压裂有效期。

［1］王成旺，范文敏，陆红军.长庆油田老井增产增注工艺技术研究与应用 ［J］.油气测井，2007，16（6）：45－48.

［2］夏方亮.浅层低渗透油藏压裂工艺优化及应用 ［J］.技术前沿·中国石油和石化标准与质量，2010，2（6）：71－76.

［3］林运辉.低渗透裂缝性油藏降滤压裂工艺技术研究 ［J］.内蒙古石油化工，2011，7（4）：163－164.