致密气藏压裂工艺技术研究与应用

前言

随着常规油气资源日益枯竭，致密气等非常规天然气资源的开发越来越受到重视。致密气藏具有低孔隙度、低渗透率的特点，传统的开发方式难以获得经济产量，因此压裂工艺技术成为开发致密气藏的关键手段。本文以 H 区块为例，开展加砂压裂工艺技术研究，旨在为致密气藏的高效开发提供理论指导和技术参考。

1.研究背景

H 区块属于层状致密气藏，构造形态为一向西南倾斜的单向构造，储层岩性以长石岩屑砂岩、岩屑砂岩及岩屑石英砂为主，平均孔隙度8.5% ；渗透率分布在 0.01～9.8mD ，平均值 0.85mD ，表现为低孔、低渗、非均质性强的储层，单井常规投产自然产能低，需要进行压裂改造才能达到经济开发要求，但由于气层薄、边底水发育、隔夹层发育差等因素影响，压裂改造时裂缝易穿透下部隔夹层沟通底水，造成水侵严重影响单井产能，需要对压裂方式进行优化研究，尽可能控制造缝高度，延长水平裂缝延伸长度，提高储层导流能力，确保压裂后气井生产效果。

2.二次加砂压裂技术

2.1 技术原理

二次加砂压裂技术是把总砂量分两批加入，即在第一批压裂砂加入后，停泵一段时间，让支撑剂下沉，裂缝闭合，再开泵加入第二批砂进行压裂，这样沉降下来的第一批砂就会在水力裂缝的底部形成阻抗，迫使井筒周围的应力重新分布，致使加入第二批砂时，裂缝在垂直上的延伸受到阻碍，使裂缝沿长度和宽度方向扩展，支撑剂能够均匀的分布在产层中，形成一条较宽的高导流能力裂缝。

2.2 技术优点

相比于常规压裂技术，二次加砂压裂技术具有以下技术优点，首先是第一批压裂砂在裂缝尖端形成阻抗，控制裂缝高度，避免压穿水层。二是对于薄层压裂，可有效提措施成功率及缝内有效铺砂浓度，减少砂堵概率，提高施工成功率，延长压裂有效期。三是对于隔层条件或距离水体较近的层压裂，可以有效控制造缝高度，提高缝内有效铺砂浓度和裂缝导流能力，提高压后增产效果。

2.3 施工流程

二次加砂压裂是对同一层段分两次压裂，第一次压裂主要目的是造主裂缝，让压裂砂在裂缝底部沉积形成阻抗，控制造缝高度。第一次压裂结束后，停泵关井，使压裂液充分扩散，根据井口压力情况决定是否放喷，然后进行第二次加砂压裂，压裂液排量高于第一次，目的是让第一次压裂所形成闭合裂缝重新开启，进一步延长裂缝延伸长度，提高压裂效果。另外，在两次压裂加砂结束前，要在压裂液中加入过硫酸铵，其与水分子反应释放出氧气，氧气再和有机物反应生成二氧化碳和水，增加压裂液的压力和体积，增强压裂效果。

3.压裂参数优化

3.1 选井条件

为确保压裂效果，二次加砂压裂选井条件有以下方面：一是剩余可采储量大，含水较低，需要控制缝长的储层；二是厚度小，地层压力高及裂缝型储层；三是隔层条件差或储层疏松的井，支撑剂潜入严重的储层。

3.2 加砂量

加砂量大小与储层性质、隔夹层发育情况相关。对于隔夹层发育较好的储层，要以提高缝内铺砂浓度和控制缝长为目标，加砂方式采用梯型加砂方式，第一次压裂加砂量约为总砂量的 40%～60% ；隔夹层条件差且储层疏松或距离水层近的储层，主要以提高缝内铺砂浓度和控制缝高为目标，采用长段塞及梯型加砂方式，第一次加砂量为总砂量为的 15%～40% 。

3.3 施工排量

施工排量大小与储层厚度、物性及隔夹层条件相关，结合 H 区块气层特征，对施工排量进行优化。首先是对于薄层压裂（厚度小于3m），由于孔眼数量少，剪切速度大，施工排量控制在 2.5～ 3.0m3/min ；对于厚度在 3～5m 储层，施工排量控制在 3.0～3.5 m3/min；对于疏松储层储层和隔夹层条件差储层，施工排量控制在2.5～3.5m3/min ，可以减缓缝高延伸速度；对于隔夹层条件好，厚度在5m 以上储层，施工提量控制在 4～5m3/min ，以高排量来提高造缝效率。

3.4 停泵时间

停泵时间直接影响压裂效果，停泵时间过短，第一次压裂形成裂缝未闭合，支撑剂未能完全沉降，不利用控制二次压裂造缝高度及缝长，所以停泵时间应以第一次压裂形成的裂缝闭合时间为下限，但停泵时间也不能长，长时间停泵会增加压裂液对地层的伤害。经对 H 区块前期压裂效果分析，结合数值模拟分析，确定二次加砂压裂中途停泵时间控制在 18～20 分钟为宜。

4.应用效果

在上述技术对策指导下， H 区块先后实施水平井二次加砂压裂20 井次，取得成功，压裂后平均单井日产气量 4.5 万方，基本无水。

以某水平井为例，水平段长度 1000m ，目的层上、下部分别为20m 、 10m 泥岩隔层，并发育水体能量相对较弱的底水，分9 段压裂，累注压裂液 2500 方，加砂量 300 方。以第二段为例，第一次压裂泵入液量 130 方，泵入砂量10 方，顶替液 25 方，排量 2.8m3/min ，破裂压裂 35MPa，工作压力 32～39MPa ，停泵 15.5MPa ；第二次加砂压裂泵入液量 170 方，泵入砂量 30 方，排量 3.2m3/min ，破裂压力32.0MPa，工作压力 30～35MPa 。通过对比二次压裂参数，第一次加砂量占总加砂量 25% ，且第二次压裂工作压力、破裂压力均低于第一次，表明地层压裂开，无需克服岩石的抗张强度。该井停泵后压力为15.0MPa，放喷求产，稳定日产气量 5.2 万方，预计无阻流量 20.5 万方，取得较好压裂效果。

参考文献：

[1]梁志彬.东胜气田致密底水气藏封堵底水压裂技术研究[J].石油化工应用，2022（02）.

[2]郭培峰.长 8 储层岩石力学特征及影响因素[J].科学技术与工程，2019（18）.

作者简介：

王涛，男，1986 年 8 月出生，汉族，油气田开发工程师，2010年毕业于东北石油大学，现于压裂公司质量健康安全环保部从事管理岗。