高速通道压裂工艺标准化初探

■标准化

高速通道压裂工艺标准化初探

王进涛，周继东，金智荣，殷玉平

中国石化江苏油田分公司石油工程技术研究院（江苏扬州225009）

分析了高速通道压裂工艺技术特点及其标准化需求。阐述了高速通道压裂工艺标准体系及该标准体系中各类标准的技术内容。高速通道压裂工艺标准体系的建立为油田企业推广该工艺提供了基础平台，既能满足技术发展方向，又能解决当前油田企业实际应用问题。

纤维压裂液；高速通道压裂；标准化

水力压裂的主要目标是在油气藏中形成一定长度的人工渗流通道，需要裂缝具有稳定的几何形态和较高的导流能力，通常认为支撑剂在人工裂缝内需连续、均匀铺置。但是，压裂液破胶残渣、支撑剂破碎颗粒等会堵塞孔道，以及支撑剂嵌入等造成了裂缝内部污染，往往使裂缝导流能力大大降低[1]。

为增加裂缝导流能力，近几年，国内外采用了一种高速通道压裂的新工艺，该工艺通过特殊的纤维压裂液、独特的泵注程序，使普通的支撑剂颗粒聚结成团，从而可在支撑剂充填层内形成高导流能力通道，比常规裂缝导流能力高出几个数量级。高速通道压裂是在加砂过程中，通过采取以支撑剂柱塞方式泵入，先泵入一段混入纤维的支撑剂，再泵入一段纯交联液，以此作为一个加砂脉冲周期，进行反复交替循环加砂[2]。通过采取不连续的加砂泵入来改变支撑剂在裂缝内铺置形态，把常规压裂支撑剂在裂缝中均匀连续铺置变为非均匀的分散铺置，使得人工裂缝由众多像桥墩一样的“支柱”来支撑，“支柱”与“支柱”之间形成畅通的“高速通道”，众多“通道”相互连通形成网络[3]。油气主要是通过众多相连的“通道”快速流向井筒，而非依靠支撑剂颗粒间的孔隙。目前这项技术在南美、中东等多个地区已应用超过4 000多井次。在国内辽河油田、长庆油田、新疆油田、西南石油局和江苏油田等都进行了应用。效果显示：该技术与常规压裂比较，压后增油倍比提高了10%～50%，均取得了良好的效果。

在高速通道压裂工艺技术蓬勃发展的同时，该工艺的标准研究和制定却较为滞后，不利于全面推广，也给企业带来了挑战。为了促进高速通道压裂工艺技术的工程化应用，有必要尽早开展相关技术标准的研究和制定工作，使油田企业尽快摆脱无标准可依的窘境。这就要求首先从高速通道压裂工艺的设计、压前作业、现场施工等方面提出相应的标准，通过标准的制定，来指导现场施工并使该项工艺技术的实施进一步优化和规范化。

1 标准化需求分析

高速通道压裂工艺作为一种低渗透油藏、非常规油藏开发的新工艺，在压裂工艺设计、压裂前准备工作、压裂施工过程和压裂后放喷方面都有一些与常规压裂不同的新情况及新问题。

1.1 压裂工艺设计

目前国际最新三维压裂软件Stimplan和FracproPT模拟的是支撑剂均匀铺置的情况，很难模拟脉冲方式下，支撑剂在纤维混注下的流态变化，需要重新建立模型，编成软件。

1.2 压裂前射孔准备工作

为了有利于支撑剂在裂缝内形成一个个独立的支撑“柱子”，通常改变了传统的连续均匀的射孔方式，可以配合采用多簇射孔工艺（图1），在一长段内进行均匀多簇射孔，在套管上形成多段且较短进液口，达到筛子的作用。当油管中的液体携带支撑剂高速注入时，在套管上自然地出现分流效果，形成多股独立的液流注入地层，便于支撑剂在缝内形成一个个独立的支撑“柱子”。

图1 高速通道压裂与常规压裂射孔方式对比

1.3 压裂设备的准备工作

高速通道压裂工艺需要专用混砂车—Pod-STREAK混砂车或者超级混砂车，能实现每个脉冲持续时间是15s，同时需要配备添加纤维的专用系统，该设备能配合脉冲式加砂，在脉冲时间内完成纤维材料的添加。

1.4 压后放喷

因为有纤维固砂，高速通道压裂工艺比常规压裂的放喷时间要短。

面对挑战，现有工艺相关标准已经无法完全满足要求或存在缺失，需要修订和补充。比如：由于相关标准缺失，各个油田不得不自行制定高速通道压裂工艺标准，造成高速通道压裂脉冲时间、放喷时间等不一样，给工艺信息交换和共享带来困难，对油田企业来说，要加紧制定高速通道压裂工艺标准，从而为油田企业带来实效。

2 高速通道压裂工艺标准体系框架

2.1 标准体系构建原则

遵循“重点突破”和“超前发展”的指导思想来构建标准体系。

2.1.1 重点突破

高速通道压裂工艺施工操作规范标准是油田企业迫切需求的标准，进行重点突破，优先开展制定工作。

2.1.2 超前发展

目前高速通道压裂工艺技术研究和应用都处于快速发展的状态，相应标准应具有适当的前瞻性，应超前或同步于技术发展现状，如：高速通道压裂射孔模型建议、裂缝形态模型建议和高速通道压裂施工参数计算等。

2.2 标准体系框架

针对高速通道压裂工艺技术标准化需求，遵循标准体系构建原则，提出了高速通道压裂工艺标准体系，主要包括高速通道压裂设计标准、高速通道压裂施工规范标准和压后放喷施工规范标准。其中，高速通道压裂设计标准为后2个标准的支撑。

2.2.1 高速通道压裂设计标准

高速通道压裂设计标准是本领域中的支撑标准，包括术语与定义标准、高速通道压裂前资料收集、设计原则、高速通道关键技术、纤维材料的优选与评价、压裂方案及施工参数优化和压裂设计文本。

1）术语与定义标准规定高速通道压裂技术词汇，如：高速通道压裂定义、脉冲周期定义和隔离液（中顶液）定义、通道率定义等。

2）高速通道压裂前资料收集包括该井地质构造资料、钻完井资料、邻近油水井资料、录井资料、测井资料、岩心资料、地下流体资料、储层测试及生产测试资料、历次措施情况、生产动态资料和井场资料。

3）设计原则包括待实施区块高导缝压裂岩石力学参数标准的建立，通过岩石力学标准来判断压裂目的层段高速通道压裂的适应性，根据经验，在某些高闭合应力、低杨氏模量地层中，容易引起支撑剂“支柱”垮塌，使通道堵塞、裂缝闭合、导流能力降低，所以，引入杨氏模量和闭合应力的比值作为高速通道压裂可行性判断的关键参数。室内研究和现场试验认为，杨氏模量与闭合应力之比等于350为判断的基础值，比值小于350，高速通道压裂形成的裂缝稳定性差，比值在350～500区间，能够形成稳定的缝内网络通道，若比值大于500，则是实施条件较好的地层。实施该工艺之前，建议率先测得目的井或工区压裂层段的杨氏模量和闭合应力，再通过实验手段研究形成稳定高速通道裂缝的地质条件，编制矿区的判断标准，为设计和施工提供参考。高速通道压裂选井其余原则根据SY/T 5289-2016《油、气、水井压裂设计与施工及效果评估方法》的要求实施。

4）压裂液体系的评估与优选包括耐剪切压裂液的类型和基础配方。对于高速通道压裂，其压裂液通常要求黏度要高于常规压裂井压裂体系，要达到该黏度就需要加入比常规压裂更多的稠化剂，由于高速通道压裂的裂缝的排液能力强，稠化剂的增加不会影响裂缝的导流能力，通常要求压裂液黏度目的层内要达到100～300MPa·s，这就涉及高黏压裂液体系的优选及性能参数评价。

5）压裂支撑剂优选及评价。对于高速通道来讲，其支撑剂通常要求物理化学性能满足行业标准，强度满足地层压力的要求，粒径较常规压裂井来讲要大一些。

6）纤维材料优选及评价。纤维材料的使用是形成油层高速通道的关键，是区别常规压裂与通道压裂的支撑剂形态的关键材料，纤维材料的优选通常包括纤维材质本身、评价包括纤维长度影响、纤维浓度影响、动态及静态携砂实验、形成砂堤形态的最终通道率等。

7）高速通道射孔工艺。常规压裂一般对目的层段进行连续大段射孔，但高速通道压裂则采用限流压裂的多簇射孔工艺，在一长段内进行均匀的多簇射孔，相位和孔密度与常规射孔相同，需要针对单井进行射孔设计及优化。

8）脉冲泵注工艺。高速通道压裂前置液注入与常规压裂工艺一致，主要区别在于携砂液阶段支撑剂以脉冲段塞形式注入，一段支撑剂、一段纯液体交替进行，支撑剂浓度逐级升高。前置液阶段可以泵注冻胶液或者滑溜水，支撑剂段塞阶段采用冻胶混合纤维注入，确保获得稳定的支撑“柱子”。在施工末期，需要尾追一个连续支撑剂段塞，使缝口位置有稳定而均匀的支撑剂充填层。段塞式泵注工艺有利于在裂缝中形成“通道”，纯液体把前一段支撑剂推入地层，形成一段支撑剂“支柱”带，由于中间纯液体的隔离，使各“支柱”间留有一定空间的支撑剂真空带，液体破胶返排后便形成众多的通道网络。

9）压后放喷优化。对于高速通道压裂，通过加入纤维的固砂作用，使得压裂井放喷返排的时间通常比常规井要短，因而整个返排时间要重新优化。

10）压裂设计文本需要重新做格式出来。

2.2.2 高速通道压裂施工规范标准

高速通道压裂施工规范标准包括压裂层段射孔、井筒准备、工具入井、压裂施工[4]。

1）压裂层段射孔包括弹型选择、射孔方式选择、多簇射孔工艺的标准化实施。

2）井筒准备包括通井及刮削、洗井标准。

3）工具入井包括工具丈量、工具组装、工具入井。

4）压裂施工包括现场车辆摆放规范、纤维混注施工操作、脉冲式加砂操作。

2.2.3 高速通道压裂后放喷施工标准

高速通道压裂后放喷施工标准包括压裂队与作业队的协调、放喷标准和压后工具取出[5]。

1）压裂队与作业队的协调包括现场施工车辆的退场、压裂罐的搬运、作业队作业车的进场及摆放。

2）放喷标准包括放喷管线的固定、放喷原则、油嘴的选择、放喷时间的确定及放喷的HSE。

3）压后工具取出包括洗井、封隔器起出事项、负荷限额。

3 结束语

高速通道压裂工艺是低渗透油藏重点发展的核心技术之一，其理论和方法在快速发展的油田企业处于推广阶段，如何建立既满足技术发展方向，又能够解决当前油田企业实际应用问题的高速通道压裂工艺是一项新的课题，通过探讨，希望能对高速通道压裂工艺标准化工作起到一定的积极作用。

[1]吴顺林,李宪文,张矿生,等.一种实现裂缝高导流能力的脉冲加砂压裂新方法[J].断块油气田,2014,21(1):110-113.

[2]程忱,陈金菊.脉冲加砂工艺在江汉油田的应用探讨[J].能源与节能,2014,10(8):190-192.

[3]牛宝荣.提高裂缝导流能力的新方法[J].国外油田工程, 2001,17(3):1-5.

[4]采油采气专业标准化技术委员会.油、气、水井压裂设计与施工及效果评估方法：SY/T 5289-2016[S].北京:石油工业出版社,2016.

[5]石油工业安全专业标委会.井下作业安全规程:SY 5727-2014[S].北京:石油工业出版社,2015.

The characteristics of high speed channel fracturing technology and its standardization requirement are analyzed,and the standard system of high speed channel fracturing technology and the technical content of various standards in the standard system are expounded.The establishment of the standard system of high speed channel fracturing technology will provide a basic platform for the promotion of the technology in oilfield enterprises.

fiber fracturing fluid;high speed channel fracturing;standardization

路萍

2016-08-23

王进涛（1982-），男，工程师，现主要从事油井储层改造技术研究工作。