壓裂縫縫高監(jiān)測技術在安塞油田的對比應用

梁冬，張歡，溫柔，孟越

（中國石油長慶油田分公司第一采油廠，陜西西安710201）

壓裂縫縫高監(jiān)測技術在安塞油田的對比應用

梁冬，張歡，溫柔，孟越

（中國石油長慶油田分公司第一采油廠，陜西西安710201）

安塞油田屬于特低滲透油藏，油層經壓裂方可出油。研究壓裂縫形態(tài)，對于最大限度地挖潛油層潛力以及提高油井單井產能，具有重要的意義。本文通過井下微地震、地面微地震、正交偶極聲波測井及數(shù)值模擬等四種監(jiān)測方式對比，重點剖析了壓裂縫縫高的特點。認為壓裂縫縫高隨著縫長的延伸呈衰減規(guī)律，近井地帶縫高為15 m～20 m，油層內部縫高為5 m～10 m，至縫長的末端，縫高值較小，直至衰減為0 m。針對這一現(xiàn)象，可以采取混合水體積壓裂和單砂體補孔壓裂措施，改善油藏開發(fā)效果。

安塞油田；長6；壓裂縫；縫高；縫長；射孔段

安塞油田位于鄂爾多斯盆地中部，以內陸淡水湖泊三角洲沉積為主，主力油層長6為三角洲前緣相沉積，砂體連片性好，含油范圍與砂體展布主要受巖性和物性控制，是較典型的巖性油藏。儲層巖性為細粒硬砂質長石砂巖，顆粒分選較好，結構成熟度高；受強烈成巖作用，孔隙結構復雜，孔隙類型為粒間孔－溶孔－微孔混合型［1-2］。

長6油藏為典型的特低滲、低壓、低產油藏，空氣滲透率1.29 mD，壓力系數(shù)0.7～0.8。儲層致密，孔喉半徑小，似磨刀石。油井常規(guī)無初產、經壓裂改造后才有工業(yè)油流，壓裂后，單井日產油能力2 t～3 t。

油層在水力壓裂過程中產生壓裂縫。壓裂縫與儲層微裂縫、孔隙搭配，形成較好的滲流條件，油層造縫對于改善油井開發(fā)效果至關重要。安塞油田實施整體壓裂開發(fā)，受地應力影響，壓裂縫方位較為單一恒定，以北東-南西向為主，平均為北東68.9°，全縫長250 m左右。壓裂縫方位和縫長資料數(shù)據(jù)較為詳實，而縫高資料數(shù)據(jù)較少、爭議較大。目前關于縫高的監(jiān)測方式主要有四種，每種方式特點不同，測試數(shù)據(jù)差異較大。

1　四種方式監(jiān)測壓裂縫縫高

1.1井下微地震監(jiān)測壓裂縫縫高

油層在水力壓裂過程中，壓裂縫周圍的薄弱層面（如天然裂縫、層理面）的穩(wěn)定性受到影響，發(fā)生剪切滑動，產生微地震或微天然地震。微地震輻射出彈性波的頻率相當高，一般處在聲波的頻率范圍內。水力壓裂縫微地震監(jiān)測主要有井下監(jiān)測和地面監(jiān)測兩種方式。

井下微地震技術可以用精密的傳感器在鄰井探測彈性波信號，在壓裂過程中，隨著微地震在時間和空間上的產生，裂縫測試結果便連續(xù)不斷地更新，形成了一個個裂縫延伸的“動態(tài)圖”，得到壓裂縫方位和縫長的平面視圖，最終得到裂縫的高度和裂縫兩翼的長度［3-5］。該技術測量快速，可實時確定微地震事件的位置。

2011年對王窯區(qū)王加25-054井開展井下微地震裂縫監(jiān)測，在王加25-054井壓裂的同時，在其鄰井王25-04下入監(jiān)測儀器監(jiān)測壓裂縫形態(tài)。結果顯示，王加25-054壓裂縫方位為北東65°，高度55 m，北東翼半縫長145 m（見圖1）。該井射孔段厚度4 m，壓裂縫高度比射孔段厚度大51 m。2013年對黃陵區(qū)正平15開展井下微地震裂縫監(jiān)測，在其鄰井正203下入監(jiān)測儀器監(jiān)測壓裂縫形態(tài)。結果顯示，正平15壓裂縫方位為北東61°，高度81 m，北東翼半縫長135 m，裂縫向長6砂體上部擴展（見圖2）。

圖1　王加25-054井下微地震監(jiān)測壓裂縫縫高圖

圖2　正平15井下微地震監(jiān)測壓裂縫縫高圖

1.2地面微地震監(jiān)測壓裂縫縫高

壓裂縫地面微地震監(jiān)測是在壓裂井地面安裝一系列監(jiān)測站點進行監(jiān)測，施工條件要求低，定位精度達到10 m以內，但易受地面各種干擾的影響［6-7］。

2010-2011年在王窯區(qū)開展了6口采油井地面微地震監(jiān)測，結果顯示，壓裂縫方位為北東60°左右，平均高度16.3 m，北東翼平均半縫長129.6 m（見表1）。6口井平均射孔段厚度5.1 m，壓裂縫高度比射孔段厚度大11.2 m。

1.3正交偶極聲波測井監(jiān)測壓裂縫縫高

正交偶極聲波測井資料主要包括地層縱波、橫波和斯通利波的提取及其時差計算、巖石物理參數(shù)計算、巖石機械特性分析等。主要應用于巖石特征分析、地層各向異性分析、機械特性分析以及壓裂縫高度預測。

安塞油田長6油層破裂壓力梯度小于上覆巖石壓力梯度，油層壓裂后形成垂直裂縫。裂縫的長度和高度是楊氏模量、切變模量、泊松比、壓裂液排量等的函數(shù)。根據(jù)正交偶極聲波測井所得的巖石力學參數(shù)，結合縱波、橫波、斯通利波的幅度衰減規(guī)律，就可準確地判斷出壓裂縫的形態(tài)。

安塞油田對4口井開展了正交偶極聲波測井壓裂縫高度檢測，4口井平均射孔段厚度7.55 m，平均縫高17.75 m，縫高比射孔段厚度大10.2 m。以采油井山052-59為例，該井射孔段為1 675.0 m～1 680.1 m、1 680.4 m～1 682.0 m，射孔段厚度6.7 m。監(jiān)測成果顯示，油層改造引起射孔段及上下地層1 669.5 m～1 689.0 m各向異性及能量差較壓前明顯加強。裂縫向上延伸至1 669.5 m，向下延伸到1 689.0 m，裂縫延伸高度19.5 m，該井縫高比射孔段厚度大12.8 m，近井地帶裂縫改造程度高。

表1　安塞油田地面微地震監(jiān)測壓裂縫成果表

1.4數(shù)值模擬計算壓裂縫縫高

數(shù)值模擬是計算壓裂縫高度的有效手段之一?？梢韵壤肞etrol軟件建立一個區(qū)塊的基礎地質模型及巖石力學模型，綜合考慮滲流機理和地質特征等因素，在此基礎上，利用美國STIM-LAB公司開發(fā)的Gohfer壓裂軟件，利用壓裂液及支撐劑綜合數(shù)據(jù)，采用網(wǎng)格結構計算法建立全三維裂縫擴展模型，可預測地層的水力壓裂縫剖面，計算單井壓裂縫幾何形態(tài)［8-11］。

對安塞油田王窯西南區(qū)油水井進行壓裂縫數(shù)值模擬，可以看出油水井的壓裂縫的長、寬、高立體特征，裂縫展布方向較為單一，主要為北東-南西向。該區(qū)共模擬油水井壓裂縫圖141口，壓裂縫平均高度8.0 m，北東向半縫長118.3 m，西南向半縫長117.4 m（見表2）。其中加密井平均射孔厚度4.5 m，平均壓裂縫高度6.9 m，說明壓裂縫高度只比射孔段大2.4 m，從數(shù)字模擬角度說明壓裂縫高度非常有限。以單井王加25-071為例，該井射孔段1 354 m～1 358 m，射孔段厚度4 m。模擬裂縫高度7 m，只比射孔段大3 m。

表2　安塞油田王窯區(qū)油水井壓裂縫模擬結果統(tǒng)計表

2　綜合分析壓裂縫縫高形態(tài)

通過對壓裂縫四種監(jiān)測方式的對比與分析，發(fā)現(xiàn)四種方式計算的壓裂縫縫長數(shù)據(jù)比較一致，半縫長125 m左右，但是壓裂縫縫高數(shù)據(jù)差別較大。井下微地震監(jiān)測壓裂縫縫高55 m，比射孔段厚度大51 m；地面微地震監(jiān)測壓裂縫平均縫高16.3 m，比射孔段厚度大11.2 m；正交偶極聲波測井監(jiān)測壓裂縫平均縫高17.75 m，比射孔段厚度大10.2 m；數(shù)值模擬計算壓裂縫平均縫高6.9 m，比射孔段厚度大2.4 m。壓裂縫高度數(shù)據(jù)差別較大主要有兩個原因：（1）井下微地震技術對地震波反應靈敏，監(jiān)測到產生地震的部位只能說明在受力條件下產生了“地震事件”，并不一定代表被壓開裂縫，所以井下微地震監(jiān)測的縫高比實際的偏大；（2）地面微地震和正交偶極聲波測井監(jiān)測的是近井地帶的縫高，數(shù)值模擬計算的是油層內部的縫高。

綜合以上分析，認為在壓裂過程中，隨著水力壓裂對巖石作用力的衰減，壓裂縫縫高隨著縫長的增長呈“正態(tài)分布式”衰減規(guī)律性：近井地帶縫高為15 m～20 m，比射孔段厚度大10 m左右；油層內部縫高為5 m～10 m，比射孔段厚度大3 m左右；至縫長的末端，縫高值較小，直至衰減為0 m（見圖3）。

圖3　安塞油田壓裂縫縫高示意圖

這一現(xiàn)象說明水力壓裂過程中，油層近井地帶壓開程度較高，油層內部壓開程度較低。分析認為壓裂縫縫高衰減有兩個方面原因。

2.1巖石垂直方向的抗拉強度較大

通過巖石破裂實驗可以測試巖石不同方向的抗拉強度。王窯區(qū)王檢29-061、王檢16-154、王檢16-159等三口檢查井的11個巖心柱分別開展了巖石破裂實驗。王檢16-154垂直方向抗拉強度為3.94 MPa，水平方向抗拉強度為3.41 MPa；王檢16-159垂直方向抗拉強度為5.91 MPa，水平方向抗拉強度為5.39 MPa；王檢29-061垂直方向抗拉強度為4.98 MPa，水平方向抗拉強度為4.08 MPa（見圖4）。垂直方向的抗拉強度比水平方向的平均大15.2%。破裂實驗數(shù)據(jù)表明垂直方向的巖石抗拉強度大于水平方向，巖石沿水平方向比沿垂直方向更容易破裂。壓裂時，近井地帶受水力作用的沖擊，裂縫高度值較大，隨著縫長的延伸，受巖石垂直方向較大的抗拉強度影響，裂縫高度值逐步衰減。

圖4　安塞油田破裂實驗數(shù)據(jù)結果統(tǒng)計圖

2.2泥質夾層對壓裂縫縱向延伸有較強遮擋作用

安塞油田長611-2主力小層砂巖厚度一般為15 m～20 m，砂巖上下均為泥質夾層，對比砂巖、泥巖的巖石力學性質，發(fā)現(xiàn)泥巖對壓裂縫縱向延伸有較強遮擋作用。

對長6油層聲波時差與楊氏模量歸一值進行散點統(tǒng)計（見圖5），發(fā)現(xiàn)聲波時差與楊氏模量呈明顯的負相關關系，相關系數(shù)-0.82。楊氏模量是描述固體材料抵抗形變能力的物理量，應力與應變的比叫楊氏模量。楊氏模量越大，說明在壓縮或拉伸材料時，材料的形變越小。而砂巖密度小、聲波時差大，楊氏模量小；泥質夾層密度大、聲波時差小，楊氏模量大，抗張性、抗剪切能力強。說明在水力壓裂作用下，砂巖的形變大，泥質夾層的形變小，壓裂縫主要沿著橫向延伸。這一特征在油層內部隨著壓裂縫的延伸會更加明顯，隨著水力壓裂作用力的衰減，泥質夾層的遮擋作用會更加凸顯。

圖5　王窯區(qū)楊氏模量與聲波時差的散點關系圖

油層壓裂改造的目的不僅僅是增加采油井近井地帶的滲流能力，而是要打通油層內部滲流通道，從而提高油井單井產能。安塞油田的基礎井網(wǎng)井距為300 m，壓裂縫半縫長為125 m左右，全縫長為250 m左右，縫長改造水平已經能夠滿足油田開發(fā)需要。但是壓裂縫縫高值不大，隨著縫長的延伸呈衰減規(guī)律性。這一點正是以后安塞油田開發(fā)的挖潛方向之一，可以通過增加縫高來提高油層內部的滲流能力，使原來油層中不參與流動的油重新流動，從而提高單井產能，最終提高油田采收率。

針對縫高衰減這一現(xiàn)象，安塞油田一方面采取混合水體積壓裂措施，由原來的“線”壓裂轉變?yōu)椤绑w”壓裂，深部壓開油層，形成網(wǎng)狀裂縫，建立油層內部良好的剩余油滲流通道。近年來共實施體積壓裂202口，平均單井日增油2.16 t，是常規(guī)壓裂增油量的1.9倍，累計增油5.25萬t。另一方面采取單砂體補孔壓裂措施，通過提高油層的射孔程度，增加壓裂縫縫高。近年來共實施單砂體補孔壓裂措施41口，平均單井日增油1.45 t，取得了較好的效果。

3　結論

（1）安塞油田通過井下微地震、地面微地震、正交偶極聲波測井及數(shù)值模擬等四種方式監(jiān)測壓裂縫縫高，四種方式監(jiān)測數(shù)據(jù)差別較大。井下微地震監(jiān)測的縫高比實際的偏大，地面微地震和正交偶極聲波測井監(jiān)測的是近井地帶的縫高，數(shù)值模擬計算的是油層內部的縫高。

（2）安塞油田壓裂縫縫高隨著縫長的增長呈“正態(tài)分布式”衰減規(guī)律性：近井地帶縫高為15 m～20 m，比射孔段厚度大10 m左右；油層內部縫高為5 m～10 m，比射孔段厚度大3 m左右；至縫長的末端，縫高值較小，直至衰減為0 m。

（3）針對縫高衰減現(xiàn)象，可以通過混合水體積壓裂和單砂體補孔壓裂措施，增加縫高，改善油層內部滲流能力，從而提高單井產能。

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The comparison and application of fracturing height monitoring technology used in Ansai oilfield

LIANG Dong，ZHANG Huan，WEN Rou，MENG Yue
（Oil Production Plant 1 of PetroChina Changqing Oilfield Company，Xi'an Shanxi 710201，China）

Ansai oilfield is an extra low permeability reservoir，the reservoir by fracturing can be out of oil.Study on the fracture morphology has important significance to maximum excavate reservoir potential and improve the oil production of single well.By comparing the underground microseismic，ground microseismic，cross dipole acoustic logging and numerical simulation，this article analyzes the characteristics of fracturing height.Think of fracturing height is attenuation with the extend of crack length.The fracturing height near wellbore is 15 m～20 m，the reservoir internal is 5 m～10 m，the end of fracturing length is smaller，until the attenuation of 0 m.In view of this phenomenon，we can adopt the mixed water volume fracture and single sandbody reperforating fracture to improve the effect of reservoir development.

Ansai oilfield；Chang 6；fracturing；fracturing height；fracturing length；perforation interval

10.3969/j.issn.1673-5285.2015.03.006

TE348

A

1673-5285（2015）03-0023-05

2015－01-21

國家重大專項：低滲透油藏中高含水期穩(wěn)產配套技術，項目編號：2011ZX05013-005。

梁冬，男（1970-），陜西綏德人，中國石油長慶油田第一采油廠副廠長，采油工程師，2010年畢業(yè)于中國地質大學（武漢）地質工程專業(yè)，碩士研究生學歷，主要從事特低滲透油藏開發(fā)與管理工作，郵箱：ld_cq@petrochina.com.cn。