體積壓裂工藝技術在致密氣田的研究與應用

蘇國輝，韓巧榮，馬新星，王歷歷

（中國石油長慶油田分公司油氣工藝研究院，陜西西安 710021）

體積壓裂工藝做法是混合壓裂工藝+大排量注入+低黏壓裂液，該工藝技術有三個關鍵的條件：首先，儲層巖石的脆性礦物是實現(xiàn)體積壓裂改造的物質(zhì)基礎；其次，天然裂縫發(fā)育狀況是能否產(chǎn)生復雜裂縫，實現(xiàn)體積壓裂的前提條件；最后，地應力差值越小，越易形成復雜縫網(wǎng)裂縫[1-3]。

1 巖石脆性程度

利用偶極聲波測井數(shù)據(jù)，首先由縱橫波的速度計算動態(tài)楊氏模量YM_C和泊松比PR_C，再根據(jù)室內(nèi)巖石力學參數(shù)測定的靜態(tài)楊氏模量YM校和動態(tài)楊氏模量，最終確定巖石脆性指數(shù)（SPE-115258）：

式中：Vp-縱波；Vs-橫波；YM-楊氏模量；PR-泊松比；BRIT-巖石脆性程度。

據(jù)此計算蘇東53-a井巖石脆性，石盒子組泥巖段的巖石脆性為20～45，平均為36；砂巖段的巖石脆性為40～60，平均為48。計算蘇東15-a井巖石脆性，石盒子組泥巖段的巖石脆性為25～45，平均為39；砂巖段的巖石脆性為45～60，平均為54。脆性計算表明，蘇里格氣田東區(qū)砂巖段巖石脆性指數(shù)范圍為40～60，具備實施體積壓裂改造的物質(zhì)基礎。

2 天然裂縫評價

天然裂縫發(fā)育狀況是能否產(chǎn)生復雜裂縫，實現(xiàn)體積壓裂的前提條件。而且對于體積壓裂，天然裂縫可以降低分支縫的形成所需凈壓力。天然裂縫性儲層使天然裂縫張開形成分支裂縫的力學條件為施工裂縫內(nèi)凈壓力超過儲層水平主應力差值。裂縫在巖石本體破裂，裂縫內(nèi)的凈壓力在數(shù)值上至少要大于（σH-σh）+St即主裂縫支撐縫長達到預期目標要求后，刻意增加凈壓力，形成多個分支縫，力爭造成復雜的網(wǎng)絡裂縫系統(tǒng)，理論研究表明，裂縫延伸凈壓力一旦大于兩個水平主應力的差值與巖石的抗張強度之和，則容易產(chǎn)生分支縫。

統(tǒng)計表明，鄂爾多斯盆地儲層孔隙類型以溶孔、晶間孔為主，發(fā)育一定的微裂隙（見圖1）。

3 儲層凈壓力分析

在形成一定長度高導流主縫后追求次生低導流支縫，即在主裂縫支撐縫長達到預期目標要求后，刻意增加凈壓力，力爭形成多個分支縫。結合抗張強度與應力測試結果，計算了不同階段裂縫凈壓力要求（見表1）。

4 體積壓裂排量設計

針對形成網(wǎng)絡裂縫所需的凈壓力要求，利用軟件建立了蘇里格氣田盒8層壓裂地質(zhì)剖面模型，模擬計算了不同排量下的縫內(nèi)凈壓力數(shù)值（見圖2）。

模擬研究表明：隨著注入排量、液體黏度的增加，裂縫凈壓力逐漸增加，排量10 m3/min，胍膠基液注入凈壓力達到12 MPa以上，交聯(lián)胍膠注入凈壓力約達到15 MPa。

5 現(xiàn)場試驗

2016年7月，以“大液量、大排量、低砂量和小粒徑支撐劑”為核心設計參數(shù)在蘇里格東區(qū)開展了致密氣儲層第一口體積壓裂探索試驗即蘇東b1井進行體積壓裂現(xiàn)場試驗。該井改造方式為23/8″油管、51/2″套管油套管環(huán)空注入壓裂盒8層，破裂壓力49.9 MPa，施工壓力 37.9 MPa～54 MPa，停泵12.4 MPa，油管監(jiān)測壓力，施工油壓為14.5 MPa～17.1 MPa，試氣無阻流量7.402 8×104m3/d，是鄰井的 2.4～3.2 倍，改造效果比較明顯。從壓裂前后各向異性顯示成果圖看，儲層在縱向上都得到了改造，主裂縫支撐縫長達到預期目標要求后，排量逐漸增加到10 m3/min刻意增加凈壓力，形成多個分支縫，造成復雜的網(wǎng)絡裂縫系統(tǒng)，從而增大了儲層的泄流面積，提高產(chǎn)量（見表2）。

圖1 蘇里格氣田孔隙類型分布圖

表1 蘇里格東區(qū)體積壓裂凈壓力計算結果

圖2 蘇東不同注入排量下縫內(nèi)凈壓力模擬計算結果

表2 蘇東b1井與鄰井試氣效果對比表

井下微地震監(jiān)測及壓裂前后各向異性表明，混合壓裂所形成的縫網(wǎng)是以主縫為主，分支縫為輔的裂縫系統(tǒng)，與常規(guī)加砂壓裂相比，試驗井改造體積明顯增大，通過室內(nèi)改造體積的計算，試驗井改造體積增大了3～5倍，儲層在縱向上都得到了改造，主裂縫支撐縫長達到預期目標要求后，排量逐漸增加到10 m3/min刻意增加凈壓力，形成多個分支縫，造成復雜的網(wǎng)絡裂縫系統(tǒng)，從而增大了儲層的泄流面積，提高產(chǎn)量。

6 小結及建議

（1）在前期試驗的基礎上，加強跟蹤總結分析，強化選井選層研究，優(yōu)化工藝做法，提高改造效果。在不同區(qū)塊進行體積壓裂工藝試驗，尋找其適應性；進一步優(yōu)化體積壓裂工藝參數(shù)；做好井下微地震裂縫監(jiān)測，研究復雜裂縫的形成程度。

（2）優(yōu)化壓裂液體系。必要時可加入適量的破膠劑，提高壓裂液的破膠能力，減少殘渣對儲層的傷害。

（3）致密儲層經(jīng)體積壓裂改造以后，建議及時控制放噴，提高返排率。

（4）由于體積壓裂需要大量的壓裂液體，將壓裂返排液進行回收再利用，降低成本。

［1］A practical Use of Shale Petrophysics for Stimulation Design Optimization∶All Shale Plays Are Not Clonse of the Barnett Shale.SPE 115258.

［2］A Settari著.影響裂縫垂向和橫向延伸因素的定量分析［C］.國外壓裂技術及成功經(jīng)驗文集，2004.

［3］萬仁溥，俞紹誠，等.采油技術手冊［M］.北京：石油工業(yè)出社，1998.