富縣區(qū)塊淺層致密油藏壓裂裂縫擴(kuò)展形態(tài)研究

常興浩

(中國(guó)石化華北分公司，河南鄭州 450006)

?油氣開(kāi)采?

富縣區(qū)塊淺層致密油藏壓裂裂縫擴(kuò)展形態(tài)研究

常興浩

(中國(guó)石化華北分公司，河南鄭州 450006)

為了提高富縣區(qū)塊延長(zhǎng)組淺層致密砂巖油藏壓裂改造效果，研究了壓裂裂縫擴(kuò)展形態(tài)及其對(duì)壓后產(chǎn)量的影響。采用室內(nèi)聲發(fā)射凱塞爾效應(yīng)方法，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)裂縫監(jiān)測(cè)、壓裂壓力降落特性和壓后試油結(jié)果進(jìn)行分析，認(rèn)為裂縫擴(kuò)展形態(tài)與油層埋深和層位直接相關(guān)，長(zhǎng)2、長(zhǎng)3和長(zhǎng)6儲(chǔ)層的壓裂裂縫主要為水平縫或復(fù)雜縫，長(zhǎng)7和長(zhǎng)8儲(chǔ)層的壓裂裂縫主要為垂直縫。水平裂縫壓后生產(chǎn)效果差，必須根據(jù)不同的深度與層位對(duì)壓裂設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)施工工藝進(jìn)行優(yōu)化，盡可能避免形成單一水平裂縫。在一口水平井進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，壓裂施工11段，試油最高產(chǎn)油量13.54 t/d，目前穩(wěn)產(chǎn)油量8.93 t/d，取得了較好的改造效果。研究結(jié)果可為其他地區(qū)淺層油藏的壓裂設(shè)計(jì)與施工提供技術(shù)參考。

淺層 致密油藏 裂縫擴(kuò)展形態(tài) 富縣區(qū)塊

富縣探區(qū)位于鄂爾多斯盆地東南部，構(gòu)造位于伊陜斜坡南部，該區(qū)中生界延長(zhǎng)組儲(chǔ)層自上而下發(fā)育有長(zhǎng)2、長(zhǎng)3、長(zhǎng)6、長(zhǎng)7和長(zhǎng)8儲(chǔ)層等多套油層，埋深150～1 300 m，儲(chǔ)層孔隙度7.5％～12.6％，滲透率小于1 mD，總體表現(xiàn)為低孔、致密的特點(diǎn)，未經(jīng)壓裂改造油井無(wú)自然產(chǎn)能。前期由于對(duì)裂縫形態(tài)認(rèn)識(shí)不清，壓裂主要設(shè)計(jì)為垂直縫，極大地影響了壓裂施工效果。目前，富縣探區(qū)部分淺層井壓裂后產(chǎn)油量很低，甚至根本不出油，也反映出這種影響的嚴(yán)重性。因此，研究富縣探區(qū)中生界延長(zhǎng)組儲(chǔ)層不同深度或?qū)游粔毫蚜芽p的擴(kuò)展形態(tài)規(guī)律，針對(duì)性選擇壓裂工藝并優(yōu)化壓裂設(shè)計(jì)，可以提高壓裂后的開(kāi)發(fā)效果。

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)裂縫擴(kuò)展形態(tài)的研究方法包括三軸應(yīng)力狀態(tài)、停泵壓力和裂縫監(jiān)測(cè)等方法[1-9]。筆者在室內(nèi)三軸應(yīng)力狀態(tài)分析試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)裂縫監(jiān)測(cè)、瞬時(shí)停泵壓力梯度分析、壓后試油結(jié)果等手段，綜合研究淺層儲(chǔ)層的裂縫形態(tài)，其中瞬時(shí)停泵壓力梯度分析方法簡(jiǎn)便可靠，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。

1 壓裂裂縫擴(kuò)展形態(tài)研究

1.1 三軸應(yīng)力狀態(tài)

采用室內(nèi)聲發(fā)射凱塞爾效應(yīng)方法，對(duì)富縣探區(qū)長(zhǎng)2、長(zhǎng)3、長(zhǎng)6、長(zhǎng)7和長(zhǎng)8等儲(chǔ)層的巖樣進(jìn)行了三軸應(yīng)力大小測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 聲發(fā)射凱塞爾效應(yīng)試驗(yàn)結(jié)果

從表1可以看出：1)各個(gè)層位最小水平主應(yīng)力和上覆巖層壓力均小于最大水平主應(yīng)力，最大水平主應(yīng)力與最小水平主應(yīng)力差為5.92～7.76 MPa，上覆巖層壓力與最大水平主應(yīng)力相差4.78～5.71 MPa；2)不同層位最小水平主應(yīng)力與上覆巖層壓力復(fù)雜變化，長(zhǎng)2、長(zhǎng)3、長(zhǎng)6和長(zhǎng)8層最小水平主應(yīng)力與上覆巖層壓力相近，長(zhǎng)2、長(zhǎng)3層應(yīng)力差不超過(guò)1.00 MPa，長(zhǎng)6、長(zhǎng)8層相差約1.60 MPa，長(zhǎng)7層最小水平主應(yīng)力明顯小于上覆巖層壓力，應(yīng)力差達(dá)2.98 MPa。

1.2 瞬時(shí)停泵壓力梯度變化規(guī)律分析

瞬時(shí)停泵壓力消除了摩阻的影響，基本代表了裂縫的延伸壓力，是最小水平主應(yīng)力與巖石應(yīng)力強(qiáng)度因子的綜合反映。根據(jù)井底瞬時(shí)停泵壓力梯度和上覆巖層應(yīng)力梯度的對(duì)比，可以大致判斷壓裂裂縫形態(tài)。

1.2.1 深度與瞬時(shí)停泵壓力梯度的關(guān)系

按深度統(tǒng)計(jì)富縣探區(qū)中生界延長(zhǎng)組儲(chǔ)層95井次壓裂的瞬時(shí)停泵壓力梯度變化情況，結(jié)果見(jiàn)圖1，可以看出：1)瞬時(shí)停泵壓力梯度受深度的影響明顯，深度越大，梯度越小；2)不同深度段的瞬時(shí)停泵壓力梯度有一定變化規(guī)律，在0～500 m深度內(nèi)，瞬時(shí)停泵壓力梯度大于0.025 MPa/m；當(dāng)深度500～800 m時(shí)，瞬時(shí)停泵壓力梯度在0.025 MPa/m上下變化；當(dāng)深度大于800 m時(shí)，瞬時(shí)停泵壓力梯度基本小于0.025 MPa/m，且比較集中。

圖1 瞬時(shí)停泵壓力梯度與埋藏深度的關(guān)系Fig.1 Relationship between instantaneous pump-stopping pressure gradient and burial depth

1.2.2 層位與瞬時(shí)停泵壓力梯度的關(guān)系

按層位統(tǒng)計(jì)分析富縣探區(qū)已壓裂井的瞬時(shí)停泵壓力梯度分布規(guī)律(見(jiàn)圖2)，可以看出：長(zhǎng)6、長(zhǎng)7和長(zhǎng)8層位的瞬時(shí)停泵壓力梯度分布各有不同，長(zhǎng)6層瞬時(shí)停泵壓力梯度為0.020～0.035 MPa/m，長(zhǎng)7和長(zhǎng)8層瞬時(shí)停泵壓力梯度基本在0.025 MPa/m以下。瞬時(shí)停泵壓力梯度的變化反映出裂縫擴(kuò)展的壓力變化。

圖2 瞬時(shí)停泵壓力梯度與井深的關(guān)系Fig.2 Relationship between instantaneous pump-stopping pressure gradient and well depth

1.3 區(qū)塊裂縫形態(tài)分布規(guī)律

水力壓裂形成的裂縫形態(tài)主要取決于巖石所受的三軸應(yīng)力狀態(tài)，當(dāng)最小水平主應(yīng)力大于垂向應(yīng)力時(shí)，產(chǎn)生水平縫[10]。根據(jù)長(zhǎng)2、長(zhǎng)3、長(zhǎng)6、長(zhǎng)7和長(zhǎng)8儲(chǔ)層的上覆巖層壓力與最大水平主應(yīng)力和最小水平主應(yīng)力的關(guān)系，初步判斷長(zhǎng)2、長(zhǎng)3層的壓裂裂縫形態(tài)主要為水平縫，長(zhǎng)6、長(zhǎng)8層的壓裂既可能形成水平縫，也可能形成垂直縫，而長(zhǎng)7層壓裂形成垂直縫。

根據(jù)巖石密度計(jì)算富縣探區(qū)上覆巖層最大應(yīng)力梯度大約為0.023～0.025 MPa/m，將該數(shù)據(jù)與井底瞬時(shí)停泵壓力梯度對(duì)比，綜合分析認(rèn)為當(dāng)該區(qū)儲(chǔ)層埋深大于800 m時(shí)以垂直縫為主，小于500 m時(shí)基本為水平縫，500～800 m內(nèi)各種形態(tài)裂縫均可能產(chǎn)生。如果按層位的瞬時(shí)停泵壓力梯度來(lái)判斷，則長(zhǎng)7、長(zhǎng)8層為垂直縫，長(zhǎng)6層可能形成水平縫或垂直縫。

為進(jìn)一步分析驗(yàn)證巖心三軸應(yīng)力測(cè)試與瞬時(shí)停泵壓力梯度的裂縫形態(tài)判斷結(jié)果，現(xiàn)場(chǎng)采取了壓裂前后的井溫測(cè)井[11-12]和壓裂過(guò)程中的地面微地震等裂縫監(jiān)測(cè)技術(shù)。壓裂前后2口直井(長(zhǎng)2和長(zhǎng)6儲(chǔ)層)的井溫測(cè)井曲線(見(jiàn)圖3和圖4)負(fù)異常情況不同，表明A井長(zhǎng)2儲(chǔ)層壓后形成了水平縫，B井長(zhǎng)6儲(chǔ)層壓后形成了垂直縫。

圖3 A井長(zhǎng)2儲(chǔ)層井溫測(cè)井曲線Fig.3 Temperature logging curve of Chang 2 layer in Well A

圖4 B井長(zhǎng)6儲(chǔ)層井溫測(cè)井曲線Fig.4 Temperature logging curve of Chang 6 layer in Well B

地面微地震法監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，長(zhǎng)6層既出現(xiàn)了水平縫，也出現(xiàn)了垂直縫，而長(zhǎng)7、長(zhǎng)8層則形成垂直縫(見(jiàn)表2)，表明富縣延長(zhǎng)組儲(chǔ)層裂縫形態(tài)的研究結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)施工情況基本相符。

表2 地面微地震監(jiān)測(cè)結(jié)果

綜合三軸應(yīng)力測(cè)試、瞬時(shí)停泵壓力梯度統(tǒng)計(jì)與井溫測(cè)井和微地震監(jiān)測(cè)結(jié)果，基本確定了富縣探區(qū)延長(zhǎng)組儲(chǔ)層壓裂裂縫擴(kuò)展形態(tài)規(guī)律，即埋深大于800 m時(shí)以垂直縫為主，小于500 m時(shí)為水平縫，而500～800 m時(shí)各種形態(tài)裂縫均可能產(chǎn)生。

1.4 裂縫形態(tài)對(duì)壓裂后產(chǎn)量的影響分析

壓裂形成水平縫后，油氣從地層到壓裂裂縫的滲流主要為垂向滲流，致密儲(chǔ)層垂直滲透率較低，僅相當(dāng)于水平滲透率的1/10左右，導(dǎo)致原油很難從地層流到裂縫，形成水平縫的油井壓裂后產(chǎn)油量普遍較低，甚至不產(chǎn)油(見(jiàn)表3)。

表3 富縣探區(qū)部分淺層井試油結(jié)果統(tǒng)計(jì)

2 現(xiàn)場(chǎng)施工工藝

鑒于水平縫對(duì)壓后油井產(chǎn)量的不利影響[14-15]，在實(shí)際壓裂設(shè)計(jì)及施工時(shí)需要采取控制措施，避免或者減少水平縫的形成。針對(duì)長(zhǎng)2、長(zhǎng)3和長(zhǎng)6等容易形成水平縫的儲(chǔ)層，壓裂工藝設(shè)計(jì)與現(xiàn)場(chǎng)施工可采取以下技術(shù)措施[18-19]。

定向水力噴射射孔優(yōu)化噴嘴位置和方向，沿套管壁垂向噴射出一定長(zhǎng)度和深度的孔眼，來(lái)代替常規(guī)射孔孔眼，壓裂時(shí)，壓裂裂縫受水力噴射孔眼的誘導(dǎo)，直接向前延伸，形成指定形式的裂縫。

高密度排狀對(duì)稱射孔采用相位角為180°定向排狀對(duì)稱高孔密射孔，利用孔密較高的排狀射孔孔眼形成垂向破碎帶，誘導(dǎo)人工裂縫直接沿排狀射孔孔眼向破碎帶延伸[15]。

縫內(nèi)轉(zhuǎn)向壓裂采取化學(xué)暫堵劑暫堵和施工參數(shù)控制技術(shù)，在主裂縫內(nèi)形成局部堵塞和縫內(nèi)壓力升高，突破地應(yīng)力對(duì)壓裂裂縫延伸方向的控制，壓開(kāi)新的支裂縫、實(shí)現(xiàn)裂縫轉(zhuǎn)向，或突破泥質(zhì)薄夾層、實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)層縱向更多含油小層的充分改造。

壓裂現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)診斷裂縫形態(tài)與調(diào)整針對(duì)長(zhǎng)6層或深500～800 m的油井，在壓裂前置液泵入階段瞬時(shí)停泵一次，根據(jù)瞬時(shí)停泵壓力梯度判斷裂縫形態(tài)，并對(duì)設(shè)計(jì)和施工參數(shù)做出相應(yīng)調(diào)整。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

富縣區(qū)塊某水平井水平段長(zhǎng)1 000 m，采用多級(jí)管外封隔器分段壓裂工藝分11段進(jìn)行壓裂投產(chǎn)。該井長(zhǎng)3層垂深463.2 m，由于儲(chǔ)層埋藏淺，易形成水平縫，壓裂設(shè)計(jì)時(shí)主要以水平縫進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，采用大排量、低砂比、大砂量的設(shè)計(jì)思路，目的是在壓裂時(shí)盡可能不形成單一的水平縫；同時(shí)做了一套針對(duì)垂直縫的壓裂設(shè)計(jì)預(yù)案。

2012年10月，對(duì)該井長(zhǎng)3油層進(jìn)行了分段壓裂施工作業(yè)。為了進(jìn)一步確認(rèn)裂縫形態(tài)，在該井泵入第一段前置液階段進(jìn)行了一次瞬時(shí)停泵測(cè)試，瞬時(shí)停泵壓力8.8 MPa，停泵壓力梯度0.028 8 MPa/m，根據(jù)壓裂裂縫形態(tài)研究結(jié)果，判斷該層壓后將形成水平縫，因此按照水平縫的壓裂設(shè)計(jì)方案進(jìn)行施工。

該井壓后放噴、機(jī)抽排液10 d后開(kāi)始見(jiàn)油，試油期間最高日產(chǎn)油13.54 t/d，目前穩(wěn)產(chǎn)8.93 t/d，平均含水29.8％，取得了較好的改造效果。

4 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

1)根據(jù)三軸應(yīng)力測(cè)試、瞬時(shí)停泵壓力梯度統(tǒng)計(jì)與井溫測(cè)井和微地震監(jiān)測(cè)結(jié)果，基本確定了富縣探區(qū)延長(zhǎng)組儲(chǔ)層壓裂裂縫擴(kuò)展形態(tài)規(guī)律，埋深大于800 m時(shí)以垂直縫為主，小于500 m時(shí)基本為水平縫，而500～800 m時(shí)各種形態(tài)裂縫均可能產(chǎn)生。

2)長(zhǎng)2、長(zhǎng)3和長(zhǎng)6儲(chǔ)層的人工裂縫形態(tài)主要為水平縫或復(fù)雜裂縫，而長(zhǎng)7和長(zhǎng)8儲(chǔ)層的人工裂縫形態(tài)主要為垂直縫。壓裂設(shè)計(jì)要依據(jù)儲(chǔ)層和深度，按不同的裂縫形態(tài)分別設(shè)計(jì)施工方案。

3)水平縫影響壓裂后增產(chǎn)效果，對(duì)于長(zhǎng)2、長(zhǎng)3和長(zhǎng)6儲(chǔ)層的壓裂應(yīng)從射孔、壓裂施工參數(shù)與縫內(nèi)轉(zhuǎn)向等方面采取措施，盡量減小形成單一水平縫的概率，最大程度地增加裂縫的復(fù)雜性或裂縫的改造體積，以提高單井產(chǎn)量。

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FracturePropogationinShallowTightReservoirsofFuxianBlock

ChangXinghao

(SinopecHuabeiSub-Company,Zhengzhou,Henan，450006，China)

Reservoirs in Yanchang Fomation of Fuxian Block are shallow in buried depth,and complex in fracture propagation and shape.In order to improve fracturing effect in shallow tight sandstone reservoirs,the fracture propagation shape and its effect on production were investigated.On the basis of acoustic emission Kessel Effect experiment results,the analysis was made with fracture monitoring data,the fracturing pressure drop characterization and oil test results after fracturing,show that fracture propagation shape is directly related to the depth and layers of reservoirs,the main fractures created in the layers Chang 2,Chang 3 and Chang 6 were horizontal or complex,but main fractures in the layers Chang 7 and Chang 8 are vertical.Because the horizontal fractures greatly affect the fracturing effect,it is very important to optimize the fracture design and the technique to avoid forming horizontal fractures.One horizontal well fractured with 11 stages,has high output of oil 13.54 t/d,and kept stable oil production of 8.93 t/d currently,indicating good fracturing results.The research results of this article can provide technical reference for other similar shallow reservoirs.

shallow formation；tight reservoir；fracture propagation shape；Fuxian Block

2013-01-07；改回日期2013-05-11。

常興浩(1962—)，男，云南楚雄人，1985年畢業(yè)于成都地質(zhì)學(xué)院石油系，2005年獲中國(guó)礦業(yè)大學(xué)資源普查專業(yè)博士學(xué)位，高級(jí)工程師，長(zhǎng)期從事石油天然氣及煤層氣勘探開(kāi)發(fā)研究及項(xiàng)目管理工作。

聯(lián)系方式：(0371)86002172，hbsjchangxh@vip.163.com。

10.3969/j.issn.1001-0890.2013.03.021

TE357.1+1

A

1001-0890(2013)03-0109-05

[編輯 滕春鳴]