交會圖在控縫高壓裂影響因素分析中的應(yīng)用

張 蕾，吳玉昆，孫曉蘭

（中國石化江漢油田分公司采油工藝研究院，湖北 武漢430035）

0 引言

在油田壓裂過程中，當產(chǎn)層很薄或產(chǎn)層與上下隔層間應(yīng)力差較小時，裂縫往往在縫高方向上突破隔層延伸，造成裂縫高度過大而裂縫長度過小，難以達到設(shè)計要求。如若遇到產(chǎn)層上下有鹽層或水層時，極有可能壓竄，起不到增產(chǎn)作用。

1 江漢潛4 3油組地質(zhì)特點及壓裂情況

江漢潛43油組縱向上分1、2、3小層，油藏埋深2 000 m～3 500 m，有效厚度3 m～8 m。儲層巖性主要為細砂巖、粉－細砂巖，儲層具低滲特點，取芯資料表明裂縫普遍存在。潛43油組普遍具有油層薄、上下隔層多為水層、鹽層的特點，儲層平均有效厚度2.8 m。其薄油層屬于低滲透油藏的第二、三類差儲藏，必須進行壓裂改造才能獲得產(chǎn)能。

統(tǒng)計近幾年壓裂情況（見表1），2000年－2011年潛43油組壓裂施工278口，占壓裂總井數(shù)38.94%。潛43油組措施層上下100 m內(nèi)含水層或鹽層的油井共94口，占潛43油組壓裂井數(shù)的33.81%。該油組實施控縫高壓裂共92口，其中疑似井共29口（包括可能竄層井和已確定竄層井），有效井共63口（壓裂有效）（見表2）。隨著油藏開發(fā)對象的轉(zhuǎn)移和2003年GOHFER軟件的引入應(yīng)用，排除部分不符合施工條件井之外，該油組實施控縫高壓裂井數(shù)逐年減少，但疑似井比例仍高達50%。壓裂措施后部分油井出現(xiàn)了水淹、出鹽、早期砂堵，給生產(chǎn)開發(fā)帶來諸多問題。因此，如何有效控制人工壓裂裂縫高度，找尋影響因素的內(nèi)在規(guī)律尤為重要。

表1 2000年－2011年壓裂施工井數(shù)統(tǒng)計表

表2 2000年－2011年控縫高壓裂施工統(tǒng)計表

2 江漢潛4 3油組控縫高壓裂影響因素分析

國內(nèi)外研究發(fā)現(xiàn)影響裂縫高度的因素很多，分為不可控因素和可控因素。不可控因素包括地應(yīng)力差、巖石物性、油層厚度、斷層天然裂縫等地質(zhì)因素，可控因素包括壓裂液性能、施工排量、壓裂液黏度、前置液量、支撐劑量等工程因素。地應(yīng)力對裂縫高度影響最顯著，其次是施工排量。但從現(xiàn)場效果看，約32% 滿足以上條件井仍出現(xiàn)竄層現(xiàn)象，有必要在此基礎(chǔ)上引入交會圖圖版法進一步研究其中影響規(guī)律。

從2000年－2011年潛43油組控縫壓裂井中篩選出28口油井（疑似井9口，有效井19口），所選井均為單層壓裂，上部或下部有1個隔層，隔層厚度小于80 m。分別對地層巖性因素、壓裂工藝因素進行了交會圖圖版分析，以是否有效為標準繪制了33個圖版，發(fā)現(xiàn)“分界”圖版，得出了縫高影響規(guī)律。

2.1 地層巖性因素

由于壓裂目的層均為同一層位，不考慮地層巖石的非均質(zhì)性、地層滲透率等地質(zhì)特征因素，主要對以下地層巖性參數(shù)進行統(tǒng)計（見表3），其中隔層平均厚度、純泥巖有效厚度、儲隔層應(yīng)力差差異較大。

表3 疑似井與有效井地層巖性參數(shù)統(tǒng)計表

2.1.2 地層應(yīng)力

大量研究證明地層應(yīng)力差是控制裂縫高度增長的主要因素，隨著應(yīng)力差值的減小，抑制裂縫延伸的閉合壓力也減小，增大了作用于裂縫壁面的凈張開壓力，裂縫高度呈加速增長的趨勢。D.M.Talbot認為，1.4 MPa～4.8 MPa的地層應(yīng)力障礙可有效的減緩或停止裂縫高度的生長。通過江漢油田壓裂實際效果和GOHFER軟件模擬得出：當?shù)貞?yīng)力差 ≥5 MPa時能夠控制縫高。

2.1.2 純泥巖有效厚度

隔層中純泥巖有效厚度是較為重要的因素。單因素條件下，隨著純泥巖有效厚度的增加，裂縫高度減小，但在一定范圍內(nèi)，只靠純泥巖有效厚度限制裂縫延伸是不可靠的。運用GOHFER軟件模擬出純泥巖有效厚度＞2 m且伽馬值GR＞140 API可控制縫高。

2.1.3 多因素交會分析

壓裂影響因素極為復(fù)雜，將多個因素綜合分析，才能得出真實的內(nèi)在規(guī)律。因此對隔層平均厚度、純泥巖有效厚度、儲隔層應(yīng)力差這三個因素進行兩兩交會分析，將各因素循環(huán)對比發(fā)現(xiàn)規(guī)律（見圖1 a，b，c）。

圖1 b、圖1 c顯示出隔層厚度對統(tǒng)計點影響產(chǎn)生了分區(qū)但仍有混合區(qū)，為了充分反映地層巖性對縫高的影響，進一步將儲層厚度、儲層隔層伽馬值GR與隔層厚度進行多因素交會，從13個多因素圖版中篩選得到疑似井與有效井良好的分區(qū)圖（見圖2）。

圖2 隔層厚度與（隔層厚度×隔層GR／油層厚度×油層GR）交會圖

圖2 中，將縱坐標（隔層厚度×隔層GR差）／（油層厚度 × 油層GR差）記為α，橫坐標為隔層厚度。α不僅反映了隔層與油層的厚度變化關(guān)系，而且反映了地層巖性變化關(guān)系，是綜合四個因素的影響因子。根據(jù)統(tǒng)計點集中范圍分別劃分三個區(qū)域，得出了各因素對壓裂的影響規(guī)律。從圖中表明當隔層厚度 ＜8 m、α＜7處于Ⅰ區(qū)，壓裂竄層；當8 m＜ 隔層厚度 ＜20 m、7＜α＜20處于Ⅱ區(qū)，壓裂可能竄層；當隔層厚度＞20m、α＞20處于Ⅲ區(qū)，壓裂有效。而A井位于Ⅲ區(qū)，仍出現(xiàn)竄層。結(jié)合單井地質(zhì)情況與施工參數(shù)分析：該井于2011年4月實施控縫壓裂，井深1 298.5 m。上部41.6 m為水層，儲層厚度3 m，隔層的純泥巖有效厚度僅為4.3 m，儲隔層應(yīng)力差僅4 MPa。該井在統(tǒng)計井中加砂量最大25 m3，加砂強度最大8.3 m3／m，壓裂工程因素很大程度上也影響了縫高的有效控制。

2.2 壓裂工程因素

影響裂縫縱向延伸的因素不僅僅是地質(zhì)因素，為了全面反映縫高影響情況，工藝參數(shù)的影響規(guī)律也需進一步研究。由于所有井壓裂液均為常規(guī)胍膠壓裂液體系，其壓裂液粘度變化不大。不考慮壓裂液性能因素，在地質(zhì)因素的基礎(chǔ)上，主要分析平均排量、加砂強度等影響因素，對疑似井和有效井進行統(tǒng)計（見表4）。

表4 疑似井與有效井壓裂工藝參數(shù)統(tǒng)計

2.2.1 平均排量

施工排量對裂縫的壓開程度、裂縫形態(tài)可產(chǎn)生很大影響。通過現(xiàn)場施工效果統(tǒng)計，隨著施工排量的增加，裂縫的高度隨之增加。用GOHFER軟件模擬單井縫高隨施工排量的變化趨勢（見圖3）。

圖3 排量對縫高的影響趨勢

2.2.2 加砂強度

加砂量在壓裂改造中，影響裂縫充填效果和裂縫最終形態(tài)，統(tǒng)計有效井和疑似井的平均加砂量相同。因此從相關(guān)的加砂強度參數(shù)分析，通過模擬不同加砂強度的裂縫形態(tài)（見圖4，5），結(jié)果顯示當加砂強度2.5 m3／m時，裂縫高度為9.1 m；當加砂強度3 m3／m時，裂縫高度為11.2 m。隨著加砂強度增大，縫高高度增加。

2.2.3 多因素交會分析

工程因素與地質(zhì)因素相互影響，相互制約，有必要將地質(zhì)因素引入其中進行多因素的交會分析。因此將地質(zhì)、工程等12個單因素進行交會，繪制圖版，找出有規(guī)律性的圖版。

將儲層有效厚度與隔層厚度相除，比值記為β，表示儲隔層厚度變化關(guān)系；將加砂量與儲層有效厚度相除得出加砂強度，通過儲層有效厚度／隔層厚度與加砂強度交會圖（見圖6）可將有效井與疑似井較好地分區(qū)：Ⅰ 區(qū)為竄層區(qū)，Ⅱ 區(qū)為有效區(qū)。根據(jù)數(shù)據(jù)回歸得出：當加砂強度 ＜9 m3／m，β＜0.5時，縫高可得到有效控制；加砂強度 ＞9 m3／m，β＞0.5時，縫高不易控制，會發(fā)生竄層。

圖6 儲層有效厚度／隔層厚度與加砂強度交會圖

3 結(jié)論與認識

1）影響縫高控制的因素有很多，除地應(yīng)力、儲層的楊氏模量、斷裂韌性等地質(zhì)參數(shù)外，施工排量、壓裂液黏度、前置液量、支撐劑量等因素也可影響裂縫高度的增長。不能單純地從地質(zhì)因素或工程參數(shù)某一個影響因素進行分析，應(yīng)綜合多種因素分析研究。

2）統(tǒng)計分析江漢潛43油組控制縫高的儲層內(nèi)在因素，利用壓裂是否有效的施工井地質(zhì)信息與工藝參數(shù)進行了交會，得到了兩套多因素分區(qū)交會圖版（見圖2，6），找到了影響縫高控制因素的內(nèi)在規(guī)律，較前期壓裂控縫高認識更符合現(xiàn)場實際，可為現(xiàn)場壓裂判斷是否有效提供參考依據(jù)。

3）應(yīng)用交會圖圖版法可用于繪制不同類型油藏的壓裂工藝參數(shù)優(yōu)化圖版系列，也可應(yīng)用于其他不同工藝領(lǐng)域應(yīng)用效果的研究分析，有較強的實用性和推廣前景。

4）鑒于統(tǒng)計的施工井數(shù)和所掌握的地質(zhì)、測井相關(guān)資料有限，得出的圖版應(yīng)根據(jù)信息的補充加以不斷修正完善。

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