塔里木油田克深區(qū)塊致密砂巖氣藏的儲(chǔ)層改造技術(shù)

馮 虎 徐志強(qiáng)

（中國礦業(yè)大學(xué)（北京）化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，北京 100083）

塔里木油田克深區(qū)塊致密砂巖氣藏的儲(chǔ)層改造技術(shù)

馮 虎 徐志強(qiáng)

（中國礦業(yè)大學(xué)（北京）化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，北京 100083）

塔里木油田克深區(qū)塊超深井溫度高、壓力高、射孔段長，利用常規(guī)壓裂手段很難達(dá)到儲(chǔ)層改造的目的。本研究通過對(duì)目標(biāo)井的地質(zhì)分析和儲(chǔ)層評(píng)價(jià)，針對(duì)該井壓裂改造的難點(diǎn)，提出了相應(yīng)的改造思路并進(jìn)行現(xiàn)場施工。研究采用以凍膠壓裂為主，滑溜水體積壓裂為輔的混合壓裂方式；采用分簇射孔和纖維暫堵轉(zhuǎn)向工藝進(jìn)行分級(jí)施工，并根據(jù)監(jiān)測裂縫發(fā)育情況實(shí)時(shí)調(diào)整壓裂施工方案?，F(xiàn)場施工成功實(shí)現(xiàn)了超深高溫高壓井的分層壓裂改造，將目標(biāo)井產(chǎn)量從1.5×104m3/d增加到21×104m3/d，對(duì)該區(qū)塊同類型井的儲(chǔ)層改造具有很好的指導(dǎo)意義。

致密砂巖氣藏；超深井；纖維轉(zhuǎn)向壓裂；裂縫監(jiān)測；凍膠；滑溜水

塔里木盆地庫車坳陷克深區(qū)塊白堊系巴什基奇克組的砂巖儲(chǔ)層是塔里木油田近兩年產(chǎn)能建設(shè)的重點(diǎn)攻關(guān)對(duì)象，部分井段天然裂縫發(fā)育，基質(zhì)孔隙度4.3%~11.8%，滲透率0.04~1.1 mD，為低孔低滲裂縫型致密砂巖氣藏，使儲(chǔ)層壓裂改造面臨諸多挑戰(zhàn)：（1）儲(chǔ)層埋藏深，地層壓力系數(shù)高，使該地區(qū)施工壓力極高（加砂階段可達(dá)100 MPa以上），施工排量增加受限，甚至出現(xiàn)井口壓力超過設(shè)備限壓無法進(jìn)行施工的情況；（2）地層溫度高，對(duì)壓裂液的耐溫性能和酸處理液的緩蝕性能都有較高要求；（3）天然裂縫發(fā)育在造縫初期易形成多裂縫，裂縫延伸過程中也會(huì)加大液體濾失，從而出現(xiàn)脫砂現(xiàn)象，進(jìn)一步導(dǎo)致砂堵；（4）目的層是典型低孔低滲致密砂巖儲(chǔ)層，泥質(zhì)含量低，彈性模量高，很難形成較寬的人工裂縫，同時(shí)提高了砂堵風(fēng)險(xiǎn)；（5）儲(chǔ)層跨度大，中間沒有明顯的高應(yīng)力泥巖隔擋層，縫高不易預(yù)測，井下分層工具選擇難度大，高溫高壓易導(dǎo)致工具失效。

針對(duì)以上問題調(diào)研了國外類似儲(chǔ)層加砂壓裂的成功做法，其中有幾種情況值得借鑒：火山巖儲(chǔ)層壓裂［1］，北美Barnett和Woodford區(qū)塊的頁巖氣壓裂［2］，北美Bakken區(qū)塊的頁巖油壓裂，沙特高溫高壓井壓裂施工。這些井的儲(chǔ)層特點(diǎn)是基質(zhì)滲透率極低，依靠溝通天然裂縫保證產(chǎn)量。在借鑒國外類似儲(chǔ)層的施工經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，結(jié)合本區(qū)塊鄰井加砂壓裂施工情況，制定了對(duì)庫車區(qū)塊超深井的壓裂改造方案［3-4］。

1 目標(biāo)井情況

本次施工目標(biāo)井是塔里木盆地庫車坳陷克拉蘇構(gòu)造帶克深區(qū)塊克深1號(hào)~克深2號(hào)構(gòu)造上的一口開發(fā)井Kes2-1井，完鉆井深6 800 m，完鉆層位為白堊系巴什基奇克組二段。本井改造目的層為井段6 636~6 785 m，跨度達(dá)149 m；采用?139.7 mm尾管懸掛的固井方式，尾管下入深度為6 091~6 800 m，目的層以上6 526~6 556 m的膏巖層段固井質(zhì)量比較差，未有效封固， 6 556~6 631 m之間固井質(zhì)量優(yōu)良；本井電測井底溫度162 ℃/6 800 m，地層壓力系數(shù)1.8，預(yù)測井底壓力122.4 MPa/6 800 m；本井測井解釋氣層65.0 m/18層，孔隙度6.8~11.8%，平均孔隙度9.34%，含油飽和度56.0~80.0%，平均含油飽和度73.02%；差氣層48.5 m/24層，孔隙度4.3%~5.6%，平均孔隙度5.06%，含油飽和度46.0%~73.0%，平均含油飽和度63.0%。

鄰井同層位地層流體的相態(tài)分析結(jié)果顯示相包絡(luò)線面積小，臨界壓力低，臨界溫度低，地層溫度遠(yuǎn)離相包絡(luò)線右側(cè)，地面分離條件點(diǎn)處于兩相區(qū)外，表現(xiàn)為典型干氣氣藏的相態(tài)特征。

2 壓裂改造方案

2.1 改造思路

本井改造目的層為低滲致密砂巖儲(chǔ)層，天然裂縫為主要導(dǎo)流通道。為達(dá)到最佳改造效果，方案設(shè)計(jì)中以充分改造儲(chǔ)層和最大限度溝通天然裂縫為原則，借鑒在頁巖氣應(yīng)用的SRV體積壓裂的概念進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過溝通天然裂縫形成的縫網(wǎng)提高產(chǎn)能。由于目的層閉合壓力較高，采用加重壓裂液體系作為壓裂液，盡量提高施工排量。泵送方式先采用滑溜水加砂，嘗試構(gòu)造裂縫網(wǎng)絡(luò)，后期連續(xù)泵送凍膠液提高加砂濃度。通過優(yōu)化射孔位置，針對(duì)低地應(yīng)力位置分級(jí)分簇射孔，增加縫網(wǎng)的機(jī)會(huì)。為充分改造儲(chǔ)層，采用纖維暫堵轉(zhuǎn)向工藝進(jìn)行分級(jí)施工［5-7］。

2.2 壓裂材料選擇

根據(jù)體積壓裂設(shè)計(jì)的要求和儲(chǔ)層特點(diǎn)，本井采用前置滑溜水為輔、凍膠為主的混合壓裂方式。根據(jù)北美頁巖氣儲(chǔ)層改造的經(jīng)驗(yàn)，滑溜水?dāng)y帶低濃度砂對(duì)儲(chǔ)層傷害較低，且易溝通天然裂縫產(chǎn)生復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)?？紤]到本井改造目的層為致密砂巖儲(chǔ)層，用凍膠攜帶高濃度砂保證足夠的裂縫導(dǎo)流能力。為降低井口施工壓力，使用塔里木油田常用的加重劑將兩種液體密度加重到1.3 g/mL。

考慮極限狀態(tài)，支撐劑承受地層壓力將達(dá)到130~150 MPa，所以選擇粉陶和30/50目高強(qiáng)陶粒（美國卡博公司HSP系列）作為本井支撐劑。在前置液中使用粉陶以降低近井筒多裂縫的濾失和彎曲摩阻，以30/50目陶粒作為主支撐劑。

2.3 分級(jí)與射孔

對(duì)整個(gè)壓裂目的層段進(jìn)行分級(jí)的依據(jù)是：通過對(duì)每個(gè)儲(chǔ)層的壓裂進(jìn)行模擬，獲得裂縫從不同層起裂時(shí)可以達(dá)到的裂縫高度，如果鄰近地層可以在相似的靜壓力情況開啟，這些層就可以作為同一個(gè)裂縫組，進(jìn)而作為一級(jí)進(jìn)行壓裂設(shè)計(jì)。

分級(jí)模擬中主要考慮縱向上的地應(yīng)力，同時(shí)綜合考慮滲透率、泥質(zhì)含量、含氣飽和度、孔隙度、天然裂縫密度，軟件模擬分級(jí)結(jié)果如圖1所示，該井可分為兩級(jí)。井筒內(nèi)沒有具體的分層工具，依賴儲(chǔ)層的應(yīng)力差進(jìn)行分層，實(shí)際施工中的裂縫分層可能會(huì)存在一定的差異，實(shí)際的泵注程序?qū)⒏鶕?jù)裂縫監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。根據(jù)分級(jí)結(jié)果進(jìn)行射孔設(shè)計(jì)，為達(dá)到裂縫網(wǎng)絡(luò)的目的，以分簇的方式射孔。為減少液體濾失并且最大可能溝通天然裂縫，射孔位置確定在地應(yīng)力低、附近有裂縫發(fā)育的位置。根據(jù)模擬結(jié)果，整個(gè)目的層（6 597~6 797 m）具體射孔情況為：6 636~6 638 m、6 675~6 678 m、6 689~6 691 m、6 728~6 730 m、6 747~6 750 m、6 763~6 765 m、6 783~6 785 m，總共7個(gè)射孔段，孔密度為20 孔/m。

2.4 轉(zhuǎn)向設(shè)計(jì)

圖1 Kes2-1井分級(jí)結(jié)果

本井采用油管注入方式，壓裂管柱采用?114.3 mm油管與單封隔器（THT）組合。每一級(jí)施工分為兩個(gè)階段，第一階段為滑溜水低砂比造縫，第二階段為凍膠高砂比攜砂。第一級(jí)壓裂的后半部分泵入含少量纖維轉(zhuǎn)向劑的胍膠壓裂液，并逐步提高砂比；在第一級(jí)壓裂加砂完成后，開始增加纖維轉(zhuǎn)向劑的比例，待將纖維轉(zhuǎn)向劑頂替到射孔位置后，降低排量并鋪置纖維轉(zhuǎn)向劑；第一級(jí)壓裂的最后階段是停泵等待裂縫閉合；閉合后重新啟泵，對(duì)裂縫開啟情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，如果監(jiān)測到的裂縫破裂點(diǎn)集中在第一級(jí)，說明暫堵失敗，需增大纖維轉(zhuǎn)向劑濃度并重復(fù)轉(zhuǎn)向步驟，如果監(jiān)測到的裂縫破裂點(diǎn)集中在第二級(jí)，說明暫堵成功，可以開始第二級(jí)壓裂過程。兩級(jí)壓裂設(shè)計(jì)總共泵入滑溜水347 m3，凍膠833 m3，滑溜水階段施工排量8 m3/min，凍膠階段施工排量4.5 m3/ min，設(shè)計(jì)最高砂濃度為360 kg/m3。

3 現(xiàn)場施工分析

3.1 測試壓裂施工

從滑溜水測試壓裂施工曲線（圖2）中可以看出，在排量1.4 m3/min時(shí)，井口壓力達(dá)到破裂壓力121 MPa，隨著滑溜水的泵入，施工壓力逐漸下降；在排量提升到4 m3/min以上時(shí)，井口壓力又上升到110 MPa以上；施工最高排量4.8 m3/min，瞬時(shí)停泵壓力61 MPa。由于滑溜水施工壓力較高，最大排量無法達(dá)到設(shè)計(jì)排量7 m3/min的要求，現(xiàn)場決定主壓裂的滑溜水階段不加砂。

圖2 滑溜水施工曲線

3.2 主壓裂施工

通過測試壓裂施工，發(fā)現(xiàn)施工排量無法達(dá)到設(shè)計(jì)要求，加砂難度大，因此將主壓裂施工排量由設(shè)計(jì)的7 m3/min調(diào)整為5 m3/min，最大砂濃度由設(shè)計(jì)的500 kg/m3調(diào)整為360 kg/m3，實(shí)際主壓裂施工基本按照設(shè)計(jì)的兩級(jí)完成（圖3）。第一級(jí)施工排量最大5.07 m3/min，凍膠攜砂階段排量為4.8 m3/min，最大施工壓力105.2 MPa，泵入液量421 m3，最高砂濃度300 kg/m3， 加入砂量36.59 t；第二級(jí)施工排量最大4.77 m3/min，凍膠攜砂階段排量為4.2 m3/min，最大施工壓力109 MPa，泵入液量266 m3， 最高砂濃度360 kg/m3，加入砂量27.79 t。兩級(jí)壓裂現(xiàn)場泵入總液量687 m3，總砂量64.38 t。

圖3 主壓裂施工曲線

為實(shí)現(xiàn)分層壓裂，進(jìn)行了兩次轉(zhuǎn)向施工，停泵一小時(shí)待裂縫閉合后重新啟泵。在裂縫監(jiān)測結(jié)果中可以看到少量事件點(diǎn)出現(xiàn)在靠近上部射孔段的部位，確定液體流向第二級(jí)層段，順利進(jìn)入了第二級(jí)施工。兩次轉(zhuǎn)向過程的詳細(xì)分析見圖4。

圖4 兩次纖維轉(zhuǎn)向過程

3.3 實(shí)時(shí)監(jiān)測

通過現(xiàn)場實(shí)時(shí)監(jiān)測，繪制出監(jiān)測到的裂縫破裂點(diǎn)分布如圖5所示。第一級(jí)施工的破裂點(diǎn)覆蓋區(qū)域（藍(lán)色部分）長229 m，高50 m，寬63 m；第二級(jí)施工的破裂點(diǎn)覆蓋區(qū)域（紅色部分）長244 m，高44 m，寬54 m。兩級(jí)施工產(chǎn)生裂縫總高度100 m左右，覆蓋了2/3的射孔段。

圖5 微地震裂縫監(jiān)測結(jié)果

從整體來看，兩級(jí)的微地震信號(hào)有小部分是重合的，第二級(jí)壓裂的事件點(diǎn)（紅色）大部分是在新的層段產(chǎn)生。由此表明轉(zhuǎn)向成功，實(shí)現(xiàn)了在新區(qū)域產(chǎn)生裂縫的目的。目標(biāo)儲(chǔ)層發(fā)生的事件點(diǎn)非常多，橫向展布情況較好，顯示混合壓裂液體系最大限度的溝通了天然裂縫，實(shí)現(xiàn)了對(duì)目標(biāo)儲(chǔ)層的體積改造。

3.4 壓裂效果

目標(biāo)井壓裂前折算日產(chǎn)氣量1.5×104m3/d，壓裂后折算日產(chǎn)氣量21×104m3/d。分析認(rèn)為以凍膠壓裂為主、前置滑溜水體積壓裂為輔的混合壓裂液體系以及纖維轉(zhuǎn)向分段壓裂的儲(chǔ)層改造技術(shù)在庫車區(qū)塊切實(shí)有效。

4 結(jié)論與建議

（1）目標(biāo)層為超深超高溫高壓致密砂巖儲(chǔ)層，施工排量受限，滑溜水階段不宜加砂。

（2）實(shí)時(shí)裂縫監(jiān)測顯示，第二級(jí)壓裂事件點(diǎn)大部分在新的層段產(chǎn)生，說明纖維轉(zhuǎn)向技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)液體轉(zhuǎn)向，并且裂縫破裂點(diǎn)橫向展布較好，最大限度溝通了天然裂縫，實(shí)現(xiàn)體積壓裂。

（3）目標(biāo)井采用的纖維轉(zhuǎn)向壓裂技術(shù)保證了高溫高壓超深井中分層壓裂的成功，大幅度增加了目的層的產(chǎn)量，達(dá)到了儲(chǔ)層改造的目的，為該區(qū)塊其它油氣井的壓裂改造積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

（4）塔里木油田克深區(qū)塊氣井深度達(dá)6 000 m以上，屬高壓氣井，壓裂改造后易獲得高產(chǎn)工業(yè)油氣流，因此井內(nèi)管柱和地面設(shè)備要能滿足壓裂改造后的高產(chǎn)需要。

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（修改稿收到日期 2014-08-20）

〔編輯 李春燕〕

Reservoir reconstruction technology for tight sandstone gas pool in Keshen Block of Tarim Oilfield

FENG Hu,XU Zhiqiang
（College of Chemical and Environmental Engineering,China University of Mining and Technology,Beijing100083,China）

The ultra-deep wells in Keshen Block of Tarim Oilfield have high temperature,high pressure and long perforated sections,so it is very hard for normal fracturing to achieve reservoir reconstruction.Through geologic analysis and reservoir evaluation for target well and in line with the difficulties in fracturing of the target well,a modification idea was presented and implemented on site.It was decided that mixed fracturing method was used with gel fluid fracturing as the main approach and slickwater volumetric fracturing as the auxiliary.Staged fracturing was carried out by cluster perforation and fiber plugging diversion technology,and the fracturing plan was duly adjusted by monitoring the fracture development.Field job successfully realized zonal fracturing in ultra-deep and HTHP wells,and increased the target production from 1.5×104m3/d to 21×104m3/d,providing a favorable guiding significance for reservoir reconstruction in similar wells in this block.

tight sandstone gas reservoir;ultra-deep well;fiber-diversion fracturing;fracture monitoring;gel;slickwater

馮虎，徐志強(qiáng).塔里木油田克深區(qū)塊致密砂巖氣藏的儲(chǔ)層改造技術(shù)［J］.石油鉆采工藝，2014，36（5）：93-96.

TE357.1

：B

1000–7393（2014） 05–0093– 04

10.13639/j.odpt.2014.05.022

國家科技重大專項(xiàng)“大型油氣田及煤層氣開發(fā)”（編號(hào)：2011ZX05015）。

馮虎，1976生。2006年博士畢業(yè)于中國石油大學(xué)（北京）油氣田開發(fā)工程專業(yè)，現(xiàn)為中國礦業(yè)大學(xué)（北京）環(huán)境科學(xué)與工程流動(dòng)站博士后，主要從事儲(chǔ)層壓裂改造設(shè)計(jì)、研究及現(xiàn)場服務(wù)工作。電話：13810963632。E-mail：fenghu@163.com。