高廟氣田砂巖氣藏水平井分段壓裂技術(shù)研究與應(yīng)用

劉　琦，黃禹忠，王興文，劉　斌，滕小蘭，顏晉川

(中石化西南油氣分公司石油工程技術(shù)研究院，四川德陽 618000)

高廟氣田砂巖氣藏水平井分段壓裂技術(shù)研究與應(yīng)用

劉琦，黃禹忠，王興文，劉斌，滕小蘭，顏晉川

(中石化西南油氣分公司石油工程技術(shù)研究院，四川德陽 618000)

摘要：川西地區(qū)高廟氣田沙一氣藏儲層低滲致密，受窄河道控制，井位部署空間受限，水平井壓后返排時(shí)間長，返排率通常較低。為高效經(jīng)濟(jì)地開采儲量，通過川西地區(qū)近幾年的水平井壓裂實(shí)踐，研究應(yīng)用了裂縫參數(shù)優(yōu)化技術(shù)+脈沖式柱塞加砂技術(shù)+超低密度支撐劑+K344封隔器的組合技術(shù)。通過裂縫參數(shù)優(yōu)化技術(shù)分析合理的裂縫間距和裂縫導(dǎo)流能力，采用脈沖式柱塞加砂技術(shù)和超低密度支撐劑可形成更加有效的裂縫支撐剖面，應(yīng)用K344封隔器分段壓裂增加返排通道，以降低對儲層的傷害。該組合技術(shù)在沙一氣藏進(jìn)行了兩口水平井的先導(dǎo)性試驗(yàn)，施工成功率100%，24小時(shí)內(nèi)返排率均達(dá)到60%以上，增產(chǎn)效果顯著。

關(guān)鍵詞：高廟氣田；沙一氣藏；高致密砂巖;水平井分段壓裂

高廟氣田沙一氣藏[1]位于四川省德陽市中江縣，埋深為1 800～2 000m，沉積微相以分流河道為主，寬度僅400m左右，為典型的窄河道砂體，呈近南北向展布。儲層孔隙度平均值為8.38%，滲透率平均值為0.1×10-3μm2，原始壓力系數(shù)1.73，含氣性受到構(gòu)造、物性等多重因素影響，氣藏屬于低滲致密異常高壓構(gòu)造-巖性氣藏。當(dāng)前開發(fā)方式主要為單水平井沿河道連續(xù)部署開采地質(zhì)儲量，水平井分段壓裂是必要的增產(chǎn)手段，需要優(yōu)化分段壓裂裂縫參數(shù)，解決返排困難、產(chǎn)能低、穩(wěn)產(chǎn)差等問題。本文通過數(shù)值模擬方法，借鑒近幾年水平井壓裂實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，針對性地開展了裂縫參數(shù)優(yōu)化技術(shù)+脈沖式柱塞加砂技術(shù)+超低密度支撐劑+K344封隔器的組合技術(shù)研究與應(yīng)用，取得了較好的應(yīng)用效果。

1裂縫參數(shù)優(yōu)化技術(shù)

國內(nèi)對致密砂巖氣藏水平井壓裂的裂縫參數(shù)的研究方法[2-6]主要有裂縫模型、滲流-裂縫耦合模型、產(chǎn)能預(yù)測模型、數(shù)值模型、電解模型等。本文利用數(shù)值模擬方法探究氣藏合理的裂縫參數(shù)，地質(zhì)模型的網(wǎng)格數(shù)為80×50×1，在X，Y方向上選用的網(wǎng)格步長相等，DX=DY=10m,DZ=20m。目前該氣藏水平井儲層類型多為II類和III類組合型儲層，因此將X方向單數(shù)網(wǎng)格賦值II類儲層物性(孔隙度φ=0.12，滲透率K=0.1×10-3μm2，含水飽和度Sw=0.5)，雙數(shù)網(wǎng)格賦值III類儲層物性(φ=0.08，K=0.05×10-3μm2，Sw=0.55)。

水平段長700m，用近井筒模型PEBI網(wǎng)格對水平段加密, 選擇垂直于井筒方向的狹長網(wǎng)格，賦予高滲透率來模擬裂縫，建立分段壓裂模型。以定產(chǎn)氣量方式生產(chǎn)，初始產(chǎn)量5×104m3/d，生產(chǎn)時(shí)間為5年。水平段均勻布縫4～20條，考慮最大程度控制河道砂體，設(shè)置裂縫半長為200m，裂縫導(dǎo)流能力設(shè)置為1.25～20μm2·cm。模擬研究首先給定裂縫導(dǎo)流能力為5μm2·cm，模擬得出最優(yōu)的裂縫條數(shù)。然后以最佳裂縫條數(shù)來優(yōu)化裂縫導(dǎo)流能力。

模擬計(jì)算結(jié)果見圖1，圖2，可以看出，如果裂縫條數(shù)超過13縫，累計(jì)產(chǎn)量增加幅度減小，裂縫導(dǎo)流能力超過10μm2·cm可繼續(xù)提高累計(jì)產(chǎn)量，但對氣藏開采的影響程度很小。因此認(rèn)為最佳的裂縫條數(shù)為13，對應(yīng)的裂縫間距為50m，最佳的裂縫導(dǎo)流能力為10μm2·cm。

圖1　不同裂縫條數(shù)下的累計(jì)產(chǎn)氣量

圖2　不同裂縫導(dǎo)流能力下的累計(jì)產(chǎn)氣量

2分段壓裂技術(shù)

2.1脈沖式柱塞加砂技術(shù)

與常規(guī)工藝線性加砂和階梯加砂的支撐劑充層相比，脈沖式柱塞加砂技術(shù)[7]形成的開放性滲流通道能夠提供較高的滲透率和導(dǎo)流能力，這有助于改善裂縫清潔度、降低人工裂縫的壓降、增加壓裂有效縫長，從而達(dá)到延長單井采氣壽命、提高產(chǎn)能效益的目的。該技術(shù)在川西地區(qū)致密砂巖氣藏已全面推廣使用，比常規(guī)工藝支撐劑成本降低44%～47%，能有效提高有效縫長，有效縫長與動態(tài)縫長比值提高約16%，測試歸一化產(chǎn)量是鄰井1～7倍，降本增效明顯。

2.2超低密度支撐劑

與常規(guī)支撐劑相比，超低密度支撐劑具有以下優(yōu)點(diǎn)[8-9]：鋪砂濃度低，有效支撐裂縫面積提高5倍以上，能使裂縫保持長期良好的導(dǎo)流能力；減小地層傷害，有效避免支撐劑在裂縫中的沉降；不會產(chǎn)生破碎、凹陷和碎屑，即使在變形條件下，也可使裂縫張開。

在獲得水平井最優(yōu)裂縫參數(shù)后，在平均砂比、動態(tài)半縫長、導(dǎo)流能力一定的情況下，考慮應(yīng)力差，對不同施工規(guī)模下的壓裂縫長進(jìn)行了模擬計(jì)算，結(jié)果見表1。

2.3K344封隔器

K344封隔器[10]是一種水力擴(kuò)張式封隔器，懸掛式固定，液壓坐封，液壓解封。與Y341封隔器一樣可實(shí)現(xiàn)不動管柱分層壓裂，施工完成后自動解封，使水平井各段油套都能有效連通，很容易建立井內(nèi)循環(huán)。根據(jù)K344封隔器在川西地區(qū)致密砂巖氣藏的應(yīng)用[11]，K344封隔器解封后能實(shí)現(xiàn)流動通道暢通，較Y341封隔器縮短排液測試時(shí)間30%以上，有效減少了液體對儲層的傷害，壓裂井增產(chǎn)效果明顯。

表1　II+III類儲層壓裂模擬結(jié)果

3現(xiàn)場應(yīng)用

按照優(yōu)化結(jié)果針對水平井進(jìn)行分段壓裂設(shè)計(jì)，在高廟地區(qū)沙一氣藏同河道應(yīng)用兩口水平井，壓后均取得較好效果。A、B、C、D四口井位于同一河道中部，控制儲量相當(dāng)，試驗(yàn)井C、D井壓后24小時(shí)返排率均達(dá)到60%以上，且壓后產(chǎn)能與累產(chǎn)效果相對較好，見表2。

4結(jié)論

(1)采用裂縫參數(shù)優(yōu)化技術(shù)+脈沖式柱塞加砂技術(shù)+超低密度支撐劑+K344封隔器的組合技術(shù)在高廟氣田沙一氣藏試驗(yàn)了兩口井，施工成功率100%，24h內(nèi)返排率均達(dá)到60以上，投產(chǎn)后穩(wěn)產(chǎn)能力相比常規(guī)施工井有很大提高。

表2　沙一氣藏水平井概況

(2)采用非規(guī)則網(wǎng)格，建立沙一氣藏水平井分段壓裂模型，通過模擬優(yōu)化了該氣藏水平井最佳的裂縫縫間距和裂縫導(dǎo)流能力。結(jié)果表明,目前該氣藏

裂縫間距在50m左右、裂縫導(dǎo)流能力10μm2·cm左右時(shí)能夠取得最優(yōu)開采效果。

(3)應(yīng)用壓裂設(shè)計(jì)軟件對沙一氣藏水平井壓裂施工參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，給出了不同應(yīng)力差下的加砂規(guī)模為25～30m3。

參考文獻(xiàn)

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編輯：李金華

文章編號：1673-8217(2016)02-0110-03

收稿日期：2015-10-12

作者簡介：劉琦，碩士，工程師，1983年生，2010年畢業(yè)于西南石油大學(xué)油氣田開發(fā)工程專業(yè)，從事儲層改造和氣藏工程等工作。

基金項(xiàng)目：國家科技重大攻關(guān)專項(xiàng)“大型油氣田及煤層氣開發(fā)”(2016ZX05048)下設(shè)專題“薄層窄河道致密砂巖氣藏水平井壓裂關(guān)鍵技術(shù)”(2016ZX05048004-003)的部分研究內(nèi)容。

中圖分類號：TE357.1

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A