滴西18井區(qū)石炭系氣層壓裂改造技術(shù)研究

丁士輝，苑新紅，魚文軍，冉照輝

（1.中國石油西部鉆探井下作業(yè)公司，新疆鄯善 838200；2.中國石油西部鉆探工程有限公司）

1 滴西18井區(qū)儲層特征

火山巖是克拉美麗氣藏石炭系的主要儲集巖，主要巖性為玄武巖、安山巖、流紋巖、花崗巖、凝灰?guī)r和火山角礫巖。物性較好的主要是流紋巖、安山巖、花崗巖和火山角礫巖，主要的儲集空間類型為裂縫和孔隙，有利儲層主要發(fā)育在距石炭系頂面200 m的風(fēng)化殼層段內(nèi)，孔隙度主要分布在10%～25%之間，隨著距離火山巖頂面的深度加深，火山巖的孔隙度逐漸降低。通過巖心的詳細(xì)觀察并結(jié)合研究區(qū)成像測井手段分析認(rèn)為，火山巖發(fā)育的空間類型有角礫間孔、裂縫、原生氣孔、次生溶蝕空洞以及孔－縫組合。石炭系火山巖的產(chǎn)氣層段裂縫都較發(fā)育，高角度縫占統(tǒng)計(jì)總數(shù)的65%以上，溶蝕孔洞也十分發(fā)育，且孔、縫相連。

克拉美麗氣田石炭系火成巖儲層埋藏深度約為3500～3800 m，地層溫度110～114℃，地層壓力41～48 MPa，該氣藏圈閉類型為受斷裂、巖性、地層等控制形成的多個(gè)次級圈閉；滴西18井區(qū)巖性以酸性花崗斑巖、二長玢巖為主，儲集空間類型為晶間孔、長石斑晶溶孔、構(gòu)造縫、微裂縫，儲層孔隙度在5%～15%之間，滲透率約（0.01～1.00）×10－3μm2。巖心的全礦物分析表明，巖石以酸反應(yīng)礦物長石為主，粘土礦物含量集中在11%～14%，粘土礦物中以綠泥石、伊／蒙混層為主，其中綠泥石含量較高（80%左右），伊／蒙混層比高（50%～70%）。儲層的敏感性評價(jià)表現(xiàn)出了強(qiáng)水敏（水敏指數(shù)＞70%）和強(qiáng)酸敏（酸敏指數(shù)＞35%）的特征；巖心吸附能力強(qiáng)，在測試時(shí)間內(nèi)巖心吸附量為0.3033～0.3569 g，表現(xiàn)了較強(qiáng)的氣藏親水性特征。

2 壓裂難點(diǎn)分析

根據(jù)滴西18井區(qū)氣藏的地質(zhì)描述，該區(qū)儲層具有裂縫和孔隙雙重介質(zhì)特征，分析認(rèn)為壓裂改造難點(diǎn)在于：埋藏深、儲層物性差、地層溫度高、火成巖地層微裂縫發(fā)育等。

（1）該區(qū)氣藏埋藏較深，導(dǎo)致該區(qū)壓裂施工存在以下難點(diǎn)：①破裂壓力高、施工泵壓高，對壓裂設(shè)備提出了更高的要求；②施工管柱長，摩阻高，對管柱強(qiáng)度要求高，同時(shí)管柱對壓裂液剪切作用強(qiáng)，存在脫砂、砂堵的風(fēng)險(xiǎn)；③深層火山巖地層楊氏模量大，形成的人工裂縫較窄，不宜高砂比加砂。

（2）該區(qū)火山巖儲層屬于低孔、特低滲儲層，必須經(jīng)過儲層改造才能取得良好的產(chǎn)能效果，而且該儲層具有強(qiáng)水敏性和較強(qiáng)的親水性特征，水基壓裂極易造成水鎖效應(yīng)，造成氣藏的二次污染。

（3）地層溫度高，壓裂液破膠速度快，容易造成脫砂、砂堵。

（4）石炭系儲層微裂縫發(fā)育，容易造成壓裂過程中形成多裂縫，壓裂液濾失較大，單個(gè)裂縫的縫寬非常窄，容易造成砂堵。

3 壓裂改造技術(shù)研究［1－5］

為取得壓裂施工的順利進(jìn)行，針對以上難點(diǎn)，經(jīng)查閱相關(guān)文獻(xiàn)、室內(nèi)研究，總結(jié)得出以下深層火山巖壓裂改造配套工藝技術(shù)。

3.1 前置液段塞技術(shù)

對于多裂縫發(fā)育、近井裂縫復(fù)雜的儲層，前置液段塞技術(shù)是最經(jīng)濟(jì)、最有效的處理方法。前置液段塞技術(shù)不僅可以打磨孔眼、彎曲裂縫和人工裂縫面，有效地降低近井摩阻，而且同時(shí)也能堵塞次裂縫，控制裂縫參數(shù)，使主裂縫能夠更好地延伸，同時(shí)能夠降低壓裂液的濾失，降低脫砂的風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 提高前置液比例技術(shù)

石炭系火山巖天然裂縫發(fā)育，壓裂液濾失增大，造成壓裂液造縫效率大大降低。為達(dá)到充分造縫的目的，需適當(dāng)提高壓裂液比例。理想情況下，施工泵注程序完畢時(shí)，支撐縫長略小于（或基本等于）動態(tài)縫長，此時(shí)壓裂液用量最少，對地層傷害小。但為了保證火成巖多裂縫儲層壓裂施工的順利進(jìn)行，在設(shè)計(jì)中主要考慮到地層物性、裂縫發(fā)育情況、壓裂液濾失系數(shù)等，最終確定前置液體積分?jǐn)?shù)在40%～50%之間。

3.3 排量優(yōu)化

施工排量是壓裂設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)，它會影響施工泵壓和裂縫的幾何尺寸。對于天然裂縫發(fā)育的地層，如果采用小排量施工，壓裂液主要沿天然裂隙流動；采用大排量進(jìn)行壓裂時(shí)，能夠形成宏觀裂縫。根據(jù)各種壓裂模型的計(jì)算公式，施工排量越大，形成的裂縫寬度、長度都有所增加，有利于后期加砂。綜合考慮，選用3.0～4.0m3／min的施工排量。

同時(shí)采用變排量工藝技術(shù)，能夠起到一定的控高作用。首先采用較低排量壓開地層，僅有部分微裂縫張開，而在前期支撐劑進(jìn)入地層以后，均被壓裂液送至裂縫端部，此時(shí)提高排量后，前期的支撐劑形成的砂橋能夠起到一定的降濾失、遮擋作用，在一定的造縫空間中，縫長、縫高受阻，縫寬有所增大，有利于后期加砂，降低了高砂比階段的施工風(fēng)險(xiǎn)。

3.4 低砂比、小階梯砂比加砂工藝

對于低滲透地層，壓裂增產(chǎn)的原理主要在于造長縫，擴(kuò)大滲濾面積，改善井筒與儲層的溝通。針對火山巖氣藏的情況，不需要較高的裂縫導(dǎo)流能力，并且高砂比會導(dǎo)致砂堵，故確定平均砂比介于15%～20%之間。

小階梯砂比加砂工藝縮小了每級砂液比的上升幅度，減少了因?yàn)樯氨茸兓蠖鸬膲毫Σ▌?，使施工壓力更加平穩(wěn)，同時(shí)支撐劑的充填也更加飽滿，支撐劑的鋪置濃度趨于合理。對于現(xiàn)場施工來說，通過小幅度提高砂比后的壓力變化，能夠迅速判斷地層的加砂難易情況，及時(shí)調(diào)整施工參數(shù)，降低砂堵的風(fēng)險(xiǎn)。

3.5 快速返排技術(shù)

氣井的壓后管理是氣井壓裂成功的重要保證，這是由于氣井對外界流體的敏感性決定的?？焖俜蹬偶夹g(shù)就是通過控制壓裂液的破膠時(shí)間，使入井流體盡快返排出地層，最大限度地降低壓裂液在地層中的滯留時(shí)間，降低壓裂液對地層的傷害。

排液速度的大小要根據(jù)排液過程中排出物的分析而定，如發(fā)現(xiàn)砂子大量排出，就要控制排液壓差，一般應(yīng)采取低壓差多次關(guān)放方式，逐漸排凈殘液。其實(shí)質(zhì)是通過調(diào)節(jié)角式節(jié)流閥來優(yōu)選產(chǎn)氣量，使氣井在井筒中的天然氣流速能達(dá)到連續(xù)排液的臨界流速。

3.6 防水鎖壓裂液體系

克拉美麗火山巖氣藏受到低孔、特低滲儲層的影響，儲層開發(fā)過程中極易受到水鎖傷害，因此氣井壓裂的關(guān)鍵就是選用適合氣層壓裂的壓裂液體系。

在壓裂或酸化過程中，大量的壓裂液或酸液沿縫壁滲濾到儲層中，使儲層的原始含水飽和度增加，流動阻力加大。如果儲集層壓力不能克服升高的毛細(xì)管力，則會出現(xiàn)嚴(yán)重而持久的水鎖效應(yīng)。對于低滲透氣藏，氣、水及少量的油賴以流動的通道很窄，滲流阻力很大，液、固界面及液、氣界面的相互作用力很大，水鎖效應(yīng)相對更為嚴(yán)重，而且儲層孔隙度和滲透率越低，儲層孔喉越小，水鎖效應(yīng)就越嚴(yán)重。

通過實(shí)驗(yàn)研究，加入水鎖處理劑可以有效地降低進(jìn)入地層液體的表界面張力，降低地層的水鎖效應(yīng)，降低對儲層滲透率的傷害，提高返排率。

YLYJ－10防水鎖壓裂液體系的研制，很好地解決了該區(qū)塊壓后水鎖效應(yīng)的影響，同時(shí)該壓裂液體系具有良好的防膨、抗剪切、低摩阻、耐高溫性能。

4 現(xiàn)場應(yīng)用

以滴西184氣井3551.0～3567.0m井段壓裂改造為例，分析以上壓裂改造技術(shù)的應(yīng)用。

4.1 滴西184井基本情況

滴西184井位于滴南凸起的滴西18井區(qū)，該井區(qū)位于準(zhǔn)噶爾盆地陸梁隆起滴南凸起的中段，滴西8井南石炭系火山巖巖性圈閉。滴西184井頂部的3551.0～3567.0m井段為一套凝灰質(zhì)火山碎屑巖儲層，厚度16.0m。根據(jù)取心資料（取心井段3550.75－3557.15 m）顯示，巖心整體上不規(guī)則微細(xì)裂縫發(fā)育，縫寬0.2～0.5 mm，裂縫密度5～10條／10 cm；巖心表面氣孔及溶蝕孔洞發(fā)育，氣孔一般孔徑1～3 mm，最大孔徑5～10 mm，氣孔密度10～15個(gè)／10 cm，物性較好。

4.2 壓裂改造技術(shù)優(yōu)化

（1）采用40／70目高強(qiáng)中密陶粒、5%—10%—10%三級段塞技術(shù)，段塞共計(jì)5 m3。

（2）通過分析及參考鄰井壓裂數(shù)據(jù)，確定平均砂比為21.85%，施工砂比從10%到34%，以4%階梯砂比增加。

（3）采用變排量工藝，前置液階段采用排量3.0～3.5 m3／min，加砂階段采用排量3.5～4.0m3／min。

（4）選用YLYJ－10防水鎖壓裂液體系。

（5）排液時(shí)間縮短為2小時(shí)，若不能自排，配備制氮車及時(shí)氣舉。

4.3 施工情況

2010年8月11日對滴西184井壓裂，入井液量427.6 m3，壓裂施工時(shí)間157 min，平均砂比為19.5%，加砂42 m3（40／70目前置液陶粒段塞5 m3，20／40目高強(qiáng)中密陶粒37 m3），最高施工壓力54.5 MPa，施工成功。

4.4 壓后效果

該井壓后取得了良好的試氣效果，采用7 mm油嘴試氣，油壓30.59～28.62 MPa，套壓30.91～29.63 MPa，日產(chǎn)氣量約15×103m3，日產(chǎn)油量約18.6 m3。

5 認(rèn)識與結(jié)論

（1）采用前置液段塞技術(shù)、提高前置液比例、采用大排量施工及變排量工藝很好地解決了石炭系天然裂縫發(fā)育的問題，保障了施工的順利進(jìn)行。

（2）選用YLYJ－10防水鎖壓裂液體系解決了低滲致密氣藏水鎖嚴(yán)重的問題，同時(shí)其耐高溫、抗剪切、低摩阻及防膨性能也大大降低了施工的風(fēng)險(xiǎn)。

（3）加強(qiáng)氣井排液管理，減少壓裂液在地層中的滯留時(shí)間，能夠最大程度地減少氣層的污染。

參考資料

［1］許江文.新疆克拉美麗氣田火成巖壓裂改造技術(shù)的應(yīng)用［J］.油氣井測試，2010，19（1）：59－65.

［2］秦玉英.綜合壓裂技術(shù)在低壓致密氣藏儲層中的研究與應(yīng)用［J］.吉林大學(xué)學(xué)報(bào)（地球科學(xué)版），2009，39（3）：503－506.

［3］馮程濱.深部火山巖儲層壓裂改造主要技術(shù)對策［J］.大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，2008，27（5）：85－88.

［4］王曉磊.克拉美麗氣田火山巖氣藏儲層改造技術(shù)［J］.天然氣工業(yè)，2010，30（2）：63－65.

［5］李林地.氣井壓裂裂縫參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)［J］.油氣地質(zhì)與采收率，2008，15（5）：105－107.