混合壓裂在蘇里格致密氣藏水平井的應(yīng)用

畢曼 ，楊映洲 ，馬占國 ，肖元相 ，李小玲 ，趙倩云 ，王大武

（1．中國石油長慶油田公司油氣工藝研究院，陜西 西安 710021；2.低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實驗室，陜西 西安 710021；3．中國石油長慶油田公司第三采氣廠，陜西 西安 710018；4.中國石油長慶油田公司礦區(qū)事業(yè)部，陜西 西安 710021）

0 引言

蘇里格致密砂巖氣藏前期水平井主要采用交聯(lián)凍膠壓裂液［1-3］攜帶高濃度支撐劑的常規(guī)水力壓裂，這種壓裂能形成具有高導(dǎo)流能力的裂縫，在低滲砂巖儲層Ⅰ+Ⅱ類井見到良好增產(chǎn)效果。但隨著氣田進一步的勘探和開發(fā)，常規(guī)水力壓裂對于低滲致密砂巖儲層Ⅲ，Ⅳ類井增產(chǎn)幅度較低。另外，高黏度的交聯(lián)凍膠壓裂液殘渣對儲層傷害較大［4-6］，且施工成本較高。近年來，混合壓裂工藝由于“低傷害、控縫高、造縫長、低成本”等特點逐漸為國內(nèi)外油氣田應(yīng)用，成為致密油氣藏增產(chǎn)的有效手段之一［7-8］。

1 技術(shù)現(xiàn)狀

周宗強等［9］應(yīng)用混合水力壓裂工藝在長慶油田致密油藏取得成功，在同一致密油藏區(qū)塊比常規(guī)壓裂井增產(chǎn) 3倍以上。J.A.Coronado［10］針對俄克拉荷馬Anadarko盆地致密氣層分別進行混合壓裂、交聯(lián)凍膠液壓裂和清水壓裂模擬，對比分析了不同的裂縫形態(tài)和施工費用。J.A.Rushing等［11］在美國東得克薩斯盆地的博瑟爾（Bossier）致密含氣砂巖層帶，利用裂縫長度、導(dǎo)流能力、短期壓力恢復(fù)測試，并結(jié)合長期天然氣產(chǎn)量數(shù)據(jù)的遞減類型曲線，分析評價增產(chǎn)效果。結(jié)果表明，混合壓裂技術(shù)能使壓裂裂縫獲得較大的有效長度和較高的導(dǎo)流能力。P.J.Handren等［12］在東德克薩斯洲棉花谷6口井成功應(yīng)用混合壓裂，研究了支撐劑鋪置理論并優(yōu)化了設(shè)計，與周邊鄰井比較，增產(chǎn)效果明顯。

為了進一步提高長慶氣田水平井單井產(chǎn)量，降低施工成本，本文研究了混合壓裂工藝在蘇里格致密砂巖氣藏水平井的應(yīng)用并進行了效果分析。

2 蘇里格致密氣藏概況

蘇里格氣田致密砂巖氣資源量為6.6×1012m3，上古生界致密氣儲層巖性主要是石英砂巖、巖屑石英砂巖及巖屑砂巖，以溶孔、晶間孔為主，孔喉半徑0～2 μm，儲層裂縫不發(fā)育［13-14］。 滲透率小于 1.00×10-3μm2的儲層占88.6%，其中小于0.10×10-3μm2的占28.4%。覆壓條件下，基質(zhì)滲透率小于1.00×10-3μm2的Ⅲ，Ⅳ類儲層占89%，具有典型的致密氣儲層特征（見表1）。

表1 低滲致密儲層綜合分類評價標準

前期的探索試驗和應(yīng)用表明，常規(guī)壓裂對于蘇里格低滲氣藏Ⅰ+Ⅱ類井增產(chǎn)效果明顯，但對于Ⅲ，Ⅳ類致密氣藏井收效甚微。通過對蘇里格致密氣藏有效滲透率數(shù)值模擬分析，認為主裂縫長度對致密砂巖改造效果有較大影響，而支撐導(dǎo)流能力對改造效果影響相對較小，滲透率越低，相對增產(chǎn)幅度越大（見圖1、圖2）。該研究還證明，低導(dǎo)流長縫比高導(dǎo)流短縫更適合致密氣層［15］。

圖1 裂縫半長對改造效果的影響

圖2 導(dǎo)流能力對改造效果的影響

3 混合壓裂

“混合壓裂”是指采用降阻水、線性胍膠和交聯(lián)凍膠液等不同類型的壓裂液體系依次進行壓裂作業(yè)，低黏度的降阻水或線性胍膠作為前置液進入地層延伸裂縫，交聯(lián)凍膠液攜帶高濃度支撐劑沿著最小阻力方向流入地層進行支撐劑的鋪置［16］，其原理示意見圖3。

如圖3所示，區(qū)域1是低黏度液體或滑溜水作為前置液進入地層，區(qū)域2是高黏度交聯(lián)凍膠攜不同粒徑支撐劑進入裂縫階段，區(qū)域3是用低黏度液體或滑溜水頂替并隔離階段。

與常規(guī)壓裂相比，混合壓裂具有以下優(yōu)點：1）混合壓裂增大了低黏度液體比例，易產(chǎn)生復(fù)雜縫網(wǎng)；2）混合壓裂采用大排量泵送，減少液體濾失，避免支撐劑過早沉降，提高支撐縫長，易產(chǎn)生低導(dǎo)流長裂縫，增大了儲層改造體積；3）混合壓裂減少了高黏度交聯(lián)凍膠壓裂液比例，壓后易破膠、易返排，降低了儲層傷害；4）混合壓裂降低了施工費用。

圖3 混合壓裂概念示意

4 裂縫模擬分析

為了進一步說明2種壓裂工藝形成裂縫的不同形態(tài)特征、導(dǎo)流能力等因素對致密氣儲層的影響，采用StimPlan三維裂縫模型，針對2種壓裂工藝進行了模擬，施工參數(shù)見表2，裂縫模擬結(jié)果見圖4。

表2 2種壓裂工藝模擬施工參數(shù)

圖4 常規(guī)壓裂與混合壓裂裂縫模擬對比

由圖4和圖5可知，常規(guī)壓裂理論裂縫半長284.5 m，支撐裂縫半長190.4 m，最大縫高70.8 m，平均縫寬0.76 cm，平均導(dǎo)流能力31.2 μm2·cm。混合壓裂理論裂縫半長387.6 m，支撐裂縫半長304.9 m，最大縫高53.3 m，平均縫寬 0.53 cm，平均導(dǎo)流能力 8.6 μm2·cm。

該模擬結(jié)果說明：混合壓裂設(shè)計能夠大幅提高支撐裂縫縫長，增大低滲儲層泄氣面積，從而提高單井產(chǎn)量；混合壓裂設(shè)計的支撐縫高較小，有助于減少壓裂液和支撐劑在非生產(chǎn)層的浪費；混合壓裂設(shè)計的裂縫內(nèi)平均支撐寬度略窄、平均導(dǎo)流能力減小，但支撐導(dǎo)流能力對改造效果影響相對較小。因此，軟件模擬的裂縫形態(tài)符合2種壓裂工藝的技術(shù)原理，也印證了國外的相關(guān)研究成果。

5 裂縫監(jiān)測結(jié)果

采用井下微地震裂縫監(jiān)測技術(shù)［17-18］，進一步分析了常規(guī)壓裂和混合壓裂的裂縫展布特征（見圖5）。

圖5 井下微地震裂縫監(jiān)測對比

如圖5所示，在蘇里格東區(qū)致密氣藏中，選取2口儲層特征相近的水平井（蘇東X-YH1和蘇東X-YH2井）開展了井下微地震裂縫監(jiān)測。蘇東X-YH1井水平段長944 m，采用常規(guī)壓裂改造7段，試氣無阻流量0.62×104m3/d；蘇東 X-YH2井水平段長 1 000 m，采用混合壓裂改造8段，試氣無阻流量15.03×104m3/d，增產(chǎn)效果明顯。

1）混合壓裂能夠橫向突破阻滯帶，易形成長而窄的裂縫。蘇東X-YH1井第2段監(jiān)測到的微地震事件顯示，裂縫方位N90°E，裂縫東翼長度60 m，西翼210 m，形成的微地震事件帶寬120 m（見圖5a）。蘇東X-YH2井監(jiān)測到的微地震事件顯示，裂縫方位為N107°E，裂縫西北翼長320 m，東南翼長80 m，監(jiān)測到的微地震事件帶寬達到110 m（見圖5b）。

2）混合壓裂更有效控制縫高。蘇東X-YH1井監(jiān)測到裂縫深度2 840～2 894 m，高度為54 m，與校深測井圖對比，裂縫高度向盒8儲層下部擴展。蘇東X-YH2井監(jiān)測到裂縫深度2 883～2 931 m，高度為48 m，裂縫高度未能突破儲層。

6 應(yīng)用效果

蘇里格東區(qū)儲層有效滲透率平均值為0.084×10-3μm2，是典型的致密砂巖儲層。前期改造以常規(guī)壓裂為主體技術(shù)，但改造效果遠不及蘇里格中區(qū)和西區(qū)。2012—2013年，蘇東水平井開展混合壓裂試驗，采用基液延伸縫網(wǎng)系統(tǒng)，擴大滲流面積，改造體積（SRV）增大2倍以上（見表3），增產(chǎn)效果明顯提高。

蘇東水平井規(guī)模應(yīng)用混合壓裂35口井，平均試氣無阻流量32.3×104m3/d，達到前期水平井的1.3倍，大幅提升了蘇東水平井的單井產(chǎn)量（見表4）。同時壓后破膠更有效，提高了返排效率，減少了化學(xué)添加劑用量，降低了聚合物傷害，一次作業(yè)可以節(jié)省化學(xué)藥品費用約20%。因此，針對低滲致密砂巖儲層Ⅲ，Ⅳ類井，混合壓裂是提高單井產(chǎn)量的有效手段之一。

表3 混合壓裂與常規(guī)壓裂單井施工參數(shù)對比

表4 蘇里格東區(qū)常規(guī)壓裂和混合壓裂應(yīng)用效果對比

7 結(jié)論與建議

1）對比混合壓裂和常規(guī)壓裂模擬的裂縫形態(tài)，分析了2種壓裂工藝井下微地震監(jiān)測結(jié)果，認為混合壓裂造成的低導(dǎo)流長裂縫比常規(guī)壓裂造成的高導(dǎo)流短裂縫更適合低滲致密砂巖氣層Ⅲ，Ⅳ類井，并在蘇里格東區(qū)致密氣藏實際生產(chǎn)應(yīng)用中取得了較好的增產(chǎn)效果。

2）雖然混合壓裂對于致密砂巖儲層增產(chǎn)有效，但仍有很多問題有待解決。如何將混合壓裂工藝與體積壓裂理念相結(jié)合，優(yōu)化壓裂設(shè)計方案，進一步提高致密砂巖氣藏單井產(chǎn)量，還需進行更多的現(xiàn)場試驗。應(yīng)對生產(chǎn)井?dāng)?shù)據(jù)進行標準遞減曲線分析，并結(jié)合油藏工程數(shù)據(jù)，進一步評價混合壓裂和常規(guī)壓裂對致密砂巖水平井的作用。

［1］李小玲，丁里，石華強，等.超低濃度羥丙基胍膠壓裂液體系的研制及在蘇里格氣田的應(yīng)用［J］.石油與天然氣化工，2013，42（3）：274-278.

［2］謝潤成，周文，晏寧平，等.致密低滲砂巖儲層質(zhì)量控制因素研究：以靖邊氣田盒 8 段為例［J］.石油實驗地質(zhì)，2010，32（2）：120-123.

［3］溫曉紅，周拓，胡勇，等.致密巖心中氣體滲流特征及影響因素實驗研究［J］.石油實驗地質(zhì)，2010，32（6）：592-595.

［4］盧占國，李強，李建兵，等.頁巖儲層傷害機理研究進展［J］.斷塊油氣田，2012，19（5）：629-633.

［5］徐兵威，李雷，何青，等.致密砂巖儲層壓裂液損害機理探討［J］.斷塊油氣田，2013，20（5）：639-643.

［6］石磊，匡建超，曾劍毅，等.川西新場氣田沙溪廟組致密碎屑巖儲層單井產(chǎn)能評價與預(yù)測［J］.石油實驗地質(zhì)，2009，31（4）：338-342.

［7］王曉東，趙振峰，李向平，等.鄂爾多斯盆地致密油層混合水壓裂試驗［J］.石油鉆采工藝，2012，34（5）：80-83.

［8］徐冬梅.西南油氣田清水混合壓裂工藝喜獲成功［J］.石油鉆采工藝，2010，32（3）：88.

［9］Zhou Zongqiang，Mu Lijun，Li Xianwen，et al.Hybird fracturing treatments unlsash tight oil reservoirs consisting of sand shale sequences in the Changqing Oilfield［R］.SPE 156179， 2012.

［10］Coronado J A.Success of hybrid fracs in the basin［R］.SPE 106758，2007.

［11］Rushing J A，Sullivan R B.Evaluation of a hybrid water-frac stimulation technology in the Bossier tight gas sand play［R］.SPE 84394，2003.

［12］Handren P J，Terrence T P.Successful hybrid slickwater-fracture design evolution： An East Texas Cotton Valley Taylor case history［R］.SPE 110451，2007.

［13］楊華，魏新善.鄂爾多斯盆地蘇里格地區(qū)天然氣勘探新進展［J］.天然氣工業(yè)，2007，27（12）：45-48.

［14］成志剛，宋子齊，景成，等.蘇里格東區(qū)致密氣儲層成巖儲集相分類及特征［J］.斷塊油氣田，2012，19（5）：577-582.

［15］Gidley J L，Holditch S A，Nierode D E，et al.水力壓裂技術(shù)新發(fā)展［M］.蔣闐，譯.北京：石油工業(yè)出版社，1995：52-285.

［16］Coulter G R，Gross B C，Benton E G.Barnett Shale hybrid fracs：One operator′s design， application， and results［R］.SPE 102063，2006.

［17］王治中，鄧金根，趙振峰，等.井下微地震裂縫監(jiān)測設(shè)計及壓裂效果評價［J］.大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，2006，25（6）：76-78.

［18］劉建安，馬紅星，慕立俊，等.井下微地震裂縫測試技術(shù)在長慶油田的應(yīng)用［J］.油氣井測試，2005，14（2）：54-56.