看新闻·燃气
页岩水平井的两种加砂方式
文|赵薇
页岩是一种裂缝性储层，常规水力压裂是以抑制天然裂缝扩展并形成主裂缝为主。对于页岩储层压裂改造，则要力求通过多条人工裂缝沟通天然裂缝系统，增加泄流面积。同时，页岩的滤失主要是在众多层理和天然裂缝间进行，工艺上要考虑如何最大限度地利用这些层理和天然裂缝，而不是去控制它。另外，减阻水黏度低，易于滤失，页岩气储层要实现裂缝网络连续的有效支撑，需要采用段塞注入工艺来补充压裂液的滤失。
段塞加砂是页岩气开发早期普遍采用的工艺，即在泵注每个支撑剂段塞后注入一个驱替段塞（可以是减阻水或胶液）。采用这种方式的原因主要有三个。
（1）用减阻水段塞冲开前期沉砂
美国页岩开发初期，人们认识到大规模减阻水压裂中减阻水携砂性能差，担心支撑剂在近井裂缝内沉降后会形成砂丘，堵塞近井裂缝，因而需要利用（不加砂的）纯减阻水段塞将前期的沉砂冲开，保证后期继续加砂。该方式最初在巴内特页岩应用后，作为一种标准作业方法被随后其他页岩气藏开发所普遍采用。目前仍是巴内特和海恩斯威尔页岩的主流加砂方式。
这种方式可以降低砂堵机率，降低作业风险。但由于每一段加砂段塞后都要追加一个驱替液段塞，整体施工的用液量加大，平均砂比较低，因此主要适用于以下两种情况：一是储层脆性较高，压裂设计以形成较高的裂缝表面积为目标，对导流能力要求不高，裂缝形成后比较稳定，甚至不加砂裂缝也可以保持张开，例如巴内特页岩；二是储层高压，施工压力高，砂堵机率大的页岩储层。
尽管加砂风险低，但这种段塞加砂可能造成沿缝长剖面上的铺砂浓度不一致。国外对这种加砂方式进行的裂缝模拟，在整个缝长剖面上，铺砂浓度是不连续的，如果裂缝内铺砂浓度较低（或无砂）的部位发生闭合或支撑剂嵌入，则可能影响其后部整段裂缝的产量，导致裂缝出力不佳。
（2）通过施工复杂化形成裂缝复杂化
早期人们发现，在页岩气压裂中，通过使加砂程序复杂化，人为制造一些压力波动，诱发井下净压力波动，通常可以得到更好的增产效果。因为地面压力的波动通常代表着地下有更多裂缝张开和进液或进砂。换句话说，这种波动可能是裂缝复杂化的标志。因此，段塞加砂逐渐成为页岩气压裂中的标准做法。
（3）制造可控“砂堵”实现缝内转向
在中等塑性页岩储层中，为了扩展天然裂缝，提高裂缝的复杂度，关键就是要提高净压力来克服应力各向异性。提高净压可以扩大和压开天然裂缝，从而使天然裂缝贡献产能，还有可能持续打开多条新的分支裂缝，形成连通的复杂裂缝网络，并进而提高储藏接触面积。实现的方法是泵送一段高砂比段塞后，随后进行大排量驱替。其中的高砂比段塞是为了实现一定程度的“砂堵”，以提高缝内净压力，使后续液体转向打开附近的天然裂缝或形成分枝裂缝，随后利用驱替段塞将这个“砂堵”冲开，保证后续泵注和施工正常进行。
该工艺的优点是：排量和砂比频繁变化，能提高地层净压力，从而扩大原有天然裂缝；大排量纯冲洗液能将支撑剂冲到裂缝的更深处；通过不断大排量地将砂浆段塞驱替到储藏内，最终裂缝将被桥堵，在桥堵处，大排量纯液体将会压开天然裂缝。
按照这样的方式加砂，同时监测净压力和微地震成像，将可以更有效地控制压裂的过程。当压裂目标是打开和形成分支裂缝时，该技术尤为重要。
该工艺主要适用于以下两种情况：储层塑性较强，应力差异较大，形成的裂缝复杂度不够；储层压力系数不高，地面施工压力窗口较大。
随着页岩气开发的逐步深入，人们越来越认识到加砂量对产量、尤其是长期产量的重要性。许多页岩的现场施工也表明，加砂过程中不采用驱替段塞并不一定会带来砂堵，于是人们开始逐渐由早期的段塞加砂转向连续加砂。
另一种驱使人们采用连续加砂的情形是塑性页岩的开发，例如伊格福特页岩，由于储层较软，支撑剂嵌入可能性较大，而且部分区块产出凝析油，因此施工中必须提高裂缝导流能力（即砂比和砂量）。开发初期，伊格福特也借鉴采用了段塞加砂方式，但由于总砂量较大，若每个加砂段塞中都插入驱替段塞，势必造成加砂段塞砂比更加集中，增大了泵注加砂段塞后砂堵和高压的风险。为此，伊格福特页岩开发的后期逐渐改为连续加砂。
采用这种方式，不仅可以使平均砂比更高，而且可以节省用水量。这种方式下形成的缝长剖面上的铺砂浓度，相对前一种加砂方式，缝长剖面上铺砂更加连续，不用担心裂缝部分位置提前闭合的问题。
该工艺主要适用于以下三种情况：
（1）储层塑性较强，支撑剂嵌入可能性较大；
（2）储层对导流能力要求较高；
（3）储层压力系数不高，地面施工压力窗口较大。
事实上，无论是段塞加砂还是连续加砂，在当今美国页岩的开发中都在应用，一方面这是针对不同储层和岩性进行的定制设计，另一方面则是因为服务公司的经验或认识差异所致。
更多的时候，在现场应用的加砂设计是两者的结合，因为无论是段塞加砂或连续加砂，最终都是服务于压裂总体设计，利用不同液体和加砂方式，充分提高储藏改造体积，同时形成较高导流能力的主裂缝。
来源：石油观察
津公网安备 12010102000045号