化學(xué)轉(zhuǎn)向劑優(yōu)化水平井壓裂作業(yè)

在高溫、天然存在裂縫、地層較深的裸眼水平井中，多級壓裂的段間機(jī)械封隔風(fēng)險(xiǎn)高、成本高，有時(shí)甚至?xí)?。在酸化壓裂作業(yè)中利用化學(xué)暫堵劑替代機(jī)械封隔，已經(jīng)在某些油田進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用，并取得了喜人的成果，但目前尚缺少該技術(shù)進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)與數(shù)值研究。利用一種新設(shè)計(jì)的三軸壓裂系統(tǒng)，并通過一系列實(shí)驗(yàn)，可以驗(yàn)證化學(xué)暫堵劑在裸眼水平井多級壓裂作業(yè)中的有效性。

傳統(tǒng)的分段壓裂技術(shù)包括：雙封隔器單卡瓦多級壓裂、封隔器/滑套壓裂以及水射流多級壓裂。這些技術(shù)都是依靠機(jī)械工具來實(shí)現(xiàn)段間的封隔。在某些情況下，例如段內(nèi)的多簇壓裂，水平井的重復(fù)壓裂，高溫、松軟、天然裂縫發(fā)育的地層中，這些工具既不有效，也不可靠。利用化學(xué)暫堵劑進(jìn)行的轉(zhuǎn)向壓裂已成為一種新選擇。

暫堵劑已應(yīng)用于基質(zhì)的酸化作業(yè)，最近又應(yīng)用于壓裂作業(yè)。轉(zhuǎn)向壓裂技術(shù)可用于遠(yuǎn)場與近井筒的流體轉(zhuǎn)向。遠(yuǎn)場轉(zhuǎn)向可將裂縫導(dǎo)向至未進(jìn)行增產(chǎn)措施的區(qū)域，以產(chǎn)生復(fù)雜的縫網(wǎng)，從而增加儲(chǔ)層的接觸體積。本文主要關(guān)于近井筒轉(zhuǎn)向技術(shù)，采用機(jī)械與化學(xué)方法進(jìn)行導(dǎo)流。

最近研發(fā)出的化學(xué)暫堵材料包括：球形封堵劑、各種尺寸的顆粒與纖維。隨著時(shí)間的推移，這些暫堵劑需要降解或溶解于地層流體中。顆粒暫堵劑的尺寸從幾毫米到一微米不等，它們能夠封堵各種尺寸的孔眼，并橋接射孔、裂縫以及孔洞?？山到饫w維是另一種常用的暫堵劑。它可以彌補(bǔ)裂縫或填補(bǔ)顆粒暫堵劑之間的間隙，形成緊密的屏障。顆粒暫堵劑與可降解纖維的組合已被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)場。

在水平井中，轉(zhuǎn)向壓裂已被廣泛應(yīng)用于重復(fù)壓裂、單級多簇壓裂和裸眼井分段壓裂。重復(fù)壓裂的目標(biāo)區(qū)域擁有足夠的可開采儲(chǔ)量，但由于不均勻的射孔簇，開發(fā)效果欠佳?；瘜W(xué)暫堵劑可對這些儲(chǔ)層進(jìn)行再次增產(chǎn)。

轉(zhuǎn)向壓裂也適用于新井的完井作業(yè)。一般情況下，一口井會(huì)在單個(gè)壓裂段內(nèi)進(jìn)行多次射孔，以減少起下鉆次數(shù)、壓裂段數(shù)量以及成本。非均質(zhì)性、射孔、流量分配猶如三座大山，阻礙了所有裂縫簇的起裂與擴(kuò)展。暫堵劑可用于封堵初始裂縫。持續(xù)注入流體，將會(huì)促進(jìn)剩余射孔簇的起裂與擴(kuò)展。

在Bakken頁巖區(qū)塊的應(yīng)用中，利用能譜伽馬測井對轉(zhuǎn)向與射孔簇覆蓋率進(jìn)行了評價(jià)。采用兩種示蹤劑，一種在轉(zhuǎn)向前加入流體中，另一種在轉(zhuǎn)向后加入流體中。評價(jià)結(jié)果表明，采用轉(zhuǎn)向壓裂技術(shù)的覆蓋率可達(dá)92%。Eagle Ford頁巖區(qū)塊新井的完井作業(yè)中，放射性示蹤劑測井?dāng)?shù)據(jù)與微震監(jiān)測結(jié)果證明，轉(zhuǎn)向后產(chǎn)生了新的增產(chǎn)區(qū)域，驗(yàn)證了轉(zhuǎn)向壓裂的有效性。

目前，油氣作業(yè)與研究人員已從理論分析、實(shí)驗(yàn)與現(xiàn)場試驗(yàn)的角度對轉(zhuǎn)向壓裂進(jìn)行了研究，主要集中在暫堵劑降解、暫堵劑封堵能力、暫堵劑尺寸優(yōu)化等方面。針對三軸壓裂實(shí)驗(yàn)與水平井的分段壓裂作業(yè)，已經(jīng)做了大量的研究工作。然而，利用大型三軸壓裂系統(tǒng)與暫堵劑，在裸眼水平井的轉(zhuǎn)向壓裂與分段壓裂中，對裂縫幾何形狀的實(shí)驗(yàn)研究卻很少。

研究人員分三個(gè)階段對添加暫堵劑的裸眼水平井多級壓裂技術(shù)進(jìn)行了研究。首先，設(shè)計(jì)了多級三軸壓裂系統(tǒng)與試驗(yàn)程序，以滿足水平井轉(zhuǎn)向壓裂的要求。然后進(jìn)行了一系列調(diào)試，以研究使用天然碳酸鹽巖露頭立方塊進(jìn)行添加暫堵劑多級壓裂的可行性，并在每次實(shí)驗(yàn)后利用計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)獲得詳細(xì)的裂縫幾何形狀。最后還分析了不同類型、不同濃度、不同注入工藝對轉(zhuǎn)向效果的影響。兩級壓裂作業(yè)的注入程序是壓裂液，然后是暫堵液，再是壓裂液。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，產(chǎn)生了垂直于裸眼水平井的多段裂縫，驗(yàn)證了其在裸眼水平井多級壓裂的有效性?？偨Y(jié)出的經(jīng)驗(yàn)包括以下幾點(diǎn)：

1. 適當(dāng)?shù)臅憾聞ńM合）能夠有效地封堵先前產(chǎn)生的裂縫，并產(chǎn)生足夠的壓力產(chǎn)生另一條裂縫；

2. 二次壓裂的破裂壓力或擴(kuò)展壓力高于首次壓裂；

3. 暫堵劑濃度與裸眼段長度是實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵因素。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果的一個(gè)重要發(fā)現(xiàn)是，現(xiàn)場的增產(chǎn)作業(yè)中，暫堵劑不僅可以有效地封堵先前形成的裂縫，還可以提高作業(yè)壓力，張開微裂縫或?qū)永?，從而提高了裂縫網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性，對致密地層非常有利。

研究與作業(yè)結(jié)果顯示，在裸眼水平井中，使用化學(xué)暫堵劑進(jìn)行多級壓裂是可行的；

1. 纖維或纖維與顆粒的組合可有效封堵先前產(chǎn)生的裂縫，并擁有足夠的壓力以張開另一條裂縫；

2. 本文中介紹的實(shí)驗(yàn)具有可重復(fù)性。在適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)方案下，多次出現(xiàn)垂直于井筒的多級裂縫；

3. 主裂縫垂直于井筒。由于天然露頭中的裂縫或?qū)永恚恍┐紊芽p被張開。裂縫在某種程度上是復(fù)雜的；

4. 本文中的實(shí)驗(yàn)，其成功的關(guān)鍵因素是具有足夠長的裸眼段、適當(dāng)濃度的暫堵劑以及合適的泵速。

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