雷家地區(qū)沙四段致密油儲層改造因素分析

劉世瑞，李 楊，張子明

(1.東北石油大學(xué)，黑龍江 大慶 163318；2. 中國石油遼河油田分公司，遼寧 盤錦 124010)

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雷家地區(qū)沙四段致密油儲層改造因素分析

劉世瑞1，李 楊2，張子明2

(1.東北石油大學(xué)，黑龍江 大慶 163318；2. 中國石油遼河油田分公司，遼寧 盤錦 124010)

針對渤海灣盆地遼河坳陷雷家地區(qū)沙四段致密油儲層勘探程度較低、開發(fā)難度較大的問題，綜合利用測錄井及巖心實驗等資料，對雷家沙四段的儲層特征進行了研究和室內(nèi)評價。將該地區(qū)巖石劃分為3類16種巖性，確定微裂縫發(fā)育、孔滲能力好的泥晶云巖為優(yōu)勢巖性。從工程上分析了儲層敏感性、天然裂縫發(fā)育程度、脆性、地應(yīng)力差等壓裂改造影響因素，并通過多井次的壓裂工藝嘗試和探索，確定了“大排量、大液量”的復(fù)合體積壓裂工藝為該地區(qū)的有效儲層改造方案。

致密油；儲層特征；儲層改造；雷家地區(qū)；遼河坳陷

0 引 言

繼頁巖氣革命之后，美國在致密油勘探開發(fā)領(lǐng)域又取得新的巨大成功，其中以北美Bakken和Eagle Ford致密油[1]為典型開發(fā)模式，掀起全球非常規(guī)油氣資源勘探新熱點。中國近些年開始開展致密油勘探工作并取得一定成果，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了鄂爾多斯盆地延長組長6—長7段、準(zhǔn)噶爾盆地蘆草溝組、四川盆地中—下侏羅統(tǒng)、渤海灣盆地沙四段等豐富的致密油資源。賈承造[2]等給出了中國致密油的涵義以及評價標(biāo)準(zhǔn)。雷家地區(qū)沙四段儲層符合致密油的一般規(guī)律，但由于其成藏條件及儲層特征多樣性和復(fù)雜性[3]，開發(fā)難度十分大。因此，需要對該區(qū)塊進行針對性的儲層綜合評價，為下步儲層改造工藝選擇提供依據(jù)?；跍y錄井資料、相關(guān)室內(nèi)巖心實驗以及區(qū)塊單井儲層改造效果，總結(jié)了渤海灣盆地遼河坳陷西部凹陷雷家地區(qū)沙四段致密儲層巖石類型、微觀孔隙結(jié)構(gòu)、物性、含油性、流體性質(zhì)等儲層特征，分析了影響該地區(qū)儲層改造效果的關(guān)鍵因素，建立了該地區(qū)地應(yīng)力大小及方向、儲層脆性指數(shù)等參數(shù)評價方法。

1 儲層特征

渤海灣盆地遼河坳陷西部凹陷雷家地區(qū)[4]沙四段以濱淺湖—半深胡亞相沉積為主，形成一套湖相碳酸鹽巖和泥巖的沉積組合，發(fā)育了杜家臺和高升2個油層組，其中杜家臺油組劃分為3段。

1.1 巖性分類

根據(jù)雷家地區(qū)沙四段166塊X衍射巖石礦物全巖分析統(tǒng)計結(jié)果，杜家臺組和高升組主要由黏土礦物、石英、長石、方沸石、白云石、方解石等礦物組成，其中石英、長石為粒徑小于0.01 mm的泥級細碎屑，含量為8%～45%。根據(jù)組成礦物含量的不同將雷家地區(qū)沙四段儲層劃分為16種巖性。

1.2 物性評價

通過對巖心觀察、鑄體、薄片、錄井等資料分析表明，雷家地區(qū)沙四段儲集巖的孔隙類型主要為孔隙—裂縫型。儲集空間類型主要為晶間孔、有機孔、溶孔、成巖構(gòu)造縫、收縮縫。

經(jīng)過多組樣品分析，泥晶云巖類儲集空間以微米孔為主，次為小孔和納米孔，其中微米孔孔喉半徑主要為1.000～25.000 μm，納米孔孔喉半徑為0.020～0.150 μm。同時在泥晶云巖、含泥云巖等巖性中發(fā)育少量成巖構(gòu)造縫、溶蝕縫，能大大提高儲層的滲流能力。含云巖或含方沸石泥巖、頁巖以微孔和納米孔為主，孔隙直徑主要為0.005～0.145 μm，裂縫多以層理縫、收縮縫為主。因此，根據(jù)儲集空間類型以及巖心壓汞曲線將泥晶云巖儲集空間分為3類。

Ⅰ類為微裂縫+破碎粒間孔+溶孔型(細喉不均勻型)，平均孔隙度為13.2%，平均滲透率為61.500×10-3μm2，平均孔喉半徑為5.273 μm。Ⅱ類為溶孔+微孔型(微細喉不均勻型)，平均孔隙度為8.2%，平均滲透率為0.430×10-3μm2，平均孔喉半徑為0.290 μm；Ⅲ類為微孔型(微細喉道較均勻形)，平均孔隙度為5.3%，平均滲透率為0.205×10-3μm2，平均孔喉半徑為0.176 μm。由此可知，雷家地區(qū)沙四段以微裂縫發(fā)育、孔滲能力好的云巖類為優(yōu)勢巖性。

1.3 含油性評價

以巖心、巖屑和井壁取心為分析對象，結(jié)合巖石地化錄井技術(shù)、錄井核磁和測井核磁等評價手段，確定雷家地區(qū)杜家臺組和高升組總含烴量、可動流體、含油飽和度的范圍。杜家臺組為自生自儲型儲層，儲層總含烴量為14.818～50.340 mg/g，高于高升組(1.983～29.331 mg/g)，含油飽和度高。利用核磁法[5-6]對不同巖性巖石進行含油飽和度測定，含泥泥晶云巖含油飽和度平均為81.15%，碳酸鹽質(zhì)頁巖含油飽和度平均為46.30%，含云泥(頁)巖含油飽和度為29.95%。

1.4 流體性質(zhì)

遼河雷家沙四段儲層原油密度為0.89 g/cm3，50 ℃原油黏度為12.78～86.7 mPa·s，含蠟量為5.54%～16.71%，膠質(zhì)瀝青質(zhì)含量為21.38%～39.90%，凝固點為24～38 ℃。油品接近于普通稠油，且凝固點高、原油流動性差，對后期儲層改造以及壓裂液性能要求高。

2 儲層改造影響因素分析

非常規(guī)致密儲層難以獲得自然產(chǎn)能，必須通過儲層改造的方式才能獲得高產(chǎn)。針對遼河雷家地區(qū)沙四段的儲層特性，從工程角度提出以下幾點影響儲層改造的主要因素。

2.1 黏土含量及儲層流體物性

遼河雷家沙四段黏土含量為9.2%～38.6%，平均約為22.3%，其中主要以伊蒙混層為主，含量約為54.1%～69.4%，并含有少量的綠泥石，約為0.5%～1.3%，伊蒙混層比為26%～39%。

通過對儲層巖石進行五敏實驗(圖1，η表征實驗前后滲透率的變化率)。實驗表明，雷家沙四段儲層為強堿敏、中等偏弱水敏。絮凝法鹽敏實驗表明，當(dāng)儲層流體礦化度降低到2 000～3 000 mg/L時，由于黏土礦物水化膨脹而導(dǎo)致滲透率大幅度降低。因此，在壓裂酸化改造使用的壓裂液配方中，應(yīng)當(dāng)優(yōu)選防膨劑，合理調(diào)整壓裂液pH值、礦化度以及與地層水的配伍性。

圖1 雷86井沙四段巖心五敏實驗

2.2 天然裂縫發(fā)育程度

對比雷家多口井的巖心裂縫發(fā)育情況可知，靠近斷裂附近的雷84、雷88井構(gòu)造縫和層理縫都較發(fā)育，裂縫密度為2.2～2.4 條/m。其中裂縫多以全充填和半充填為主，充填物主要為方解石，其次為方沸石和白云石。

根據(jù)薄片觀察統(tǒng)計，該地區(qū)微裂縫普遍發(fā)育，但規(guī)模較小，裂縫開度主要為10～40 μm，與基質(zhì)孔喉處于同一數(shù)量級，能夠有效改善儲層的孔隙結(jié)構(gòu)及儲滲性能。不同巖性其裂縫發(fā)育程度也不同，對于碳酸鹽含量較高、脆性較強的巖性(如白云巖、泥質(zhì)白云巖)，更易發(fā)育構(gòu)造縫；而泥質(zhì)含量高、互層狀巖性(如泥頁巖)層理縫相對更發(fā)育。

2.3 地應(yīng)力及各向異性

根據(jù)鉆井井壁應(yīng)力垮塌橢圓井眼長短軸方向、FMI實測裂縫方向以及壓裂裂縫監(jiān)測綜合確定，杜家臺油層最大水平主應(yīng)力方向為北西—南東向。雷家沙四段縱向上巖性變化大，反映出地應(yīng)力隨著巖性發(fā)生變化的特征。例如高升組以云質(zhì)頁巖為主，最小主應(yīng)力梯度大，平均值為58.8 MPa，最大和最小主應(yīng)力差高于6.6 MPa；而杜家臺組碳酸鹽含量高，整體地應(yīng)力梯度小，最小主應(yīng)力平均為52.0 MPa，應(yīng)力差小于5.0 MPa。根據(jù)北美頁巖氣改造經(jīng)驗，應(yīng)力差值小有利于近井地帶形成復(fù)雜的網(wǎng)狀裂縫，而最小主應(yīng)力對人工裂縫的開啟起主導(dǎo)作用。因此，應(yīng)當(dāng)考慮根據(jù)不同的地應(yīng)力特點分類優(yōu)化施工工藝。

2.4 脆性

研究表明，不同巖性的儲層其脆性差異較大，含泥泥晶云巖和泥晶云巖脆性較好，泥巖和含碳酸鹽頁巖脆性相對較差。因此，建立起2種基于測井資料和室內(nèi)實驗的脆性評價方法。第1種為巖石力學(xué)參數(shù)法，參考北美Bakken組致密油提出的楊氏模量和泊松比歸一法的脆性評價方法[7-8]。利用聲波測井和巖石力學(xué)實驗相印證的方式，統(tǒng)計出該地區(qū)楊氏模量為9～58 GPa、泊松比為0.19～0.42，楊氏模量越大、泊松比越小，儲層的脆性越好。第2種方法為巖石礦物組分法[9]，利用ECS測井和X衍射全巖分析相校核的方式，確定儲層巖石各脆性礦物所占比值高低。對比可得，雷家地區(qū)杜三段和高升段脆性較好，脆性指數(shù)為40%～60%，結(jié)合天然裂縫發(fā)育情況，確定雷家杜三段工程品質(zhì)最佳，適合采用體積壓裂工藝建立復(fù)雜縫網(wǎng)[10-14]。

3 雷家致密油儲層改造方案優(yōu)選

北美Bakken地區(qū)致密油儲層改造主要采用低黏滑溜水為主的體積壓裂技術(shù)，其特點為“大排量、大液量、低砂比、小粒徑”，同時結(jié)合水平井分段壓裂工藝，獲得了較高的水平井單井產(chǎn)量。通過對比雷家地區(qū)與Bakken地區(qū)的儲層特征，發(fā)現(xiàn)二者具有一定的相似性，可以借鑒Bakken致密油儲層體積壓裂思路。但由于二者在地層敏感性、天然裂縫發(fā)育程度、地應(yīng)力、脆性等因素存在一定差異，因此，需要對該區(qū)塊開展工藝研究與試驗，探索出適合該區(qū)塊的儲層改造方案。

3.1 不同儲層改造方案對比

(1) 雷96井采用 “滑溜水+凍膠”的復(fù)合壓裂改造方式。前置液階段采用10 m3/min排量泵入低黏滑溜水，目的是在近井地帶造復(fù)雜裂縫，同時小砂比段塞加砂起到一定支撐。隨后泵入高黏凍膠拓寬主縫并向遠端延伸，后續(xù)正常加砂。雷96井共擠入350 m3滑溜水、400 m3胍膠，加入40～70目陶粒5 m3，20～40目高陶29 m3。壓裂后下泵生產(chǎn)初期日產(chǎn)液為18 m3/d，日產(chǎn)油為9.2 t/d，3個月后日產(chǎn)液降至6 m3/d，日產(chǎn)油為3.2 t/d，目前持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)，壓裂改造效果較好。

(2) 曙古173井采用純低黏滑溜水壓裂改造方式?；锼┕づ帕繛?2 m3/min，同時低砂比段塞加入40～70目陶粒12 m3，共擠入3 200 m3滑溜水。壓裂后悶井144 h時后平穩(wěn)放噴，初期日產(chǎn)液為23.4 m3/d，可見油花，壓裂改造效果不理想。

(3) 雷99井采用“凍膠+滑溜水+凍膠”的復(fù)合壓裂改造方式。前期低排量泵入少量凍膠液，目的是先造一條短主縫。然后提高排量泵入低黏滑溜水使近井裂縫復(fù)雜化，隨后正常凍膠加砂。雷99井共擠入150 m3滑溜水、560 m3胍膠，加入40～70目陶粒34 m3、20～40目高密陶粒8 m3。壓裂后放噴初期日產(chǎn)液為19.2 m3/d、日產(chǎn)油為11.1 t/d，生產(chǎn)40 d后日產(chǎn)液為8.4 m3/d、日產(chǎn)油為6.3 t/d，壓裂改造效果較好。

(4) 高古15井采用多級暫堵轉(zhuǎn)向壓裂。壓裂施工分為三級，每級正常加砂后擠入攜帶轉(zhuǎn)向劑的原膠液，然后轉(zhuǎn)入下一級前置液階段，設(shè)計目的是通過暫堵轉(zhuǎn)向的方式使得裂縫復(fù)雜化。高古15井共擠入663 m3壓裂液、20～40目支撐劑66 m3、轉(zhuǎn)向劑800 kg。壓裂后放噴初期日產(chǎn)液為4.6 m3/d、日產(chǎn)油為2.3 t/d，半年后日產(chǎn)液為1 m3/d、日產(chǎn)油為0.7 t/d，壓裂改造效果不理想。

3.2 分析與小結(jié)

通過以上研究及工藝試驗分析，雷家地區(qū)致密油儲層具有造復(fù)雜縫網(wǎng)的條件，采用“大排量、大液量”體積壓裂改造效果明顯優(yōu)于常規(guī)加砂壓裂。但由于儲層本身天然裂縫發(fā)育程度低使得人工裂縫的復(fù)雜程度不高，純低黏滑溜水加低砂比攜砂難以支撐起有效裂縫，故而造成壓裂后產(chǎn)能低下。復(fù)合壓裂加砂階段采用大小粒徑支撐劑組合，增加大粒徑支撐劑的比例提高人工裂縫的導(dǎo)流能力，有利于生產(chǎn)井持續(xù)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。因此，對于雷家地區(qū)沙四段致密油儲層，初步形成了以復(fù)合壓裂施工工藝為主的思路，施工參數(shù)上優(yōu)化滑溜水與凍膠的用量比例、施工排量、中低砂比、大小粒徑支撐劑組合的設(shè)計模式。

4 結(jié)論與建議

(1) 遼河雷家地區(qū)沙四段為典型致密油儲層，其巖石類型劃分為3類16種巖性，其中泥質(zhì)云巖為優(yōu)勢“甜點”巖性，物性及含油性較好。

(2) 儲集空間中微孔、溶孔、構(gòu)造縫、成巖縫等同時共存，局部儲層天然微裂縫發(fā)育，開度為10～40 μm，能有效改善儲層滲流能力，且為壓裂改造裂縫復(fù)雜化提供有力條件。

(3) 儲層黏土含量較高，具有強堿敏、中等偏弱水敏特征，原油黏度較高、流動性差，壓裂液優(yōu)選應(yīng)考慮敏感性、原油乳化和防膨性能。

(4) “滑溜水+凍膠”的復(fù)合壓裂改造方式在雷家地區(qū)取得了一定的效果，需要進一步探索更有效的施工工藝。

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編輯 朱雅楠

10.3969/j.issn.1006-6535.2016.01.013

20150929；

20151116

中國石油股份公司重大科技專項“遼河油田原油千萬噸持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)研究”課題(2012E-30)

劉世瑞(1989- )，男，2012年畢業(yè)于中國地質(zhì)大學(xué)(北京)地質(zhì)學(xué)專業(yè)，現(xiàn)為東北石油大學(xué)地球科學(xué)專業(yè)在讀碩士研究生，主要從事礦物學(xué)、巖石學(xué)、礦床學(xué)等方向研究。

TE348

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1006-6535(2016)01-0058-04