超深超高壓裂縫性致密砂巖氣藏高效開發(fā)技術(shù)
——以塔里木盆地克拉蘇氣田為例

王振彪 孫雄偉 肖香姣

中國(guó)石油塔里木油田公司

克拉蘇氣田位于塔里木盆地庫(kù)車坳陷克拉蘇沖斷構(gòu)造帶，自2008年克深2井在克拉蘇構(gòu)造帶鹽下深層取得戰(zhàn)略性突破以來，在該區(qū)帶已陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了克深2、5、8、9等10多個(gè)氣藏，累計(jì)探明天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量超過8 000×108m3，成為中國(guó)石油塔里木油田公司天然氣上產(chǎn)的主要區(qū)塊。

克拉蘇氣田具有構(gòu)造復(fù)雜、埋藏超深、地層壓力超高、儲(chǔ)層巨厚、基質(zhì)致密、斷層及裂縫發(fā)育，以及氣水分布關(guān)系復(fù)雜等特點(diǎn)[1]，屬國(guó)內(nèi)罕見的超深超高壓裂縫性致密砂巖氣藏。目前，致密砂巖氣已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外天然氣開發(fā)的重要領(lǐng)域，典型的致密砂巖氣藏一般位于構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單的盆地斜坡區(qū)或凹陷較深部位，埋藏深度一般介于1 000～4 000 m，單井產(chǎn)能較低，多采用井間接替的開發(fā)模式[2-4]。而克拉蘇氣田位于前陸盆地沖斷帶，地表及地下構(gòu)造復(fù)雜，埋藏超深，地層壓力超高，單井建井成本高（接近2億元）。因此，要實(shí)現(xiàn)克拉蘇氣田高效開發(fā)，必須以稀井高產(chǎn)、持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)為目標(biāo)，開發(fā)難度極大。為此，塔里木油田公司持續(xù)開展了山地地震資料精細(xì)處理解釋、裂縫性致密儲(chǔ)層精細(xì)描述、超高壓條件下滲流機(jī)理實(shí)驗(yàn)、超高壓氣井動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、井網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)等關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，形成了系列開發(fā)配套技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了克拉蘇氣田超深超高壓裂縫性致密砂巖氣藏的規(guī)模效益開發(fā)。

1 氣田特征

1.1 構(gòu)造特征

庫(kù)車坳陷位于塔里木盆地北部，北與南天山造山帶逆沖斷層相接，南為塔北隆起，是典型的擠壓型含鹽前陸盆地[5]。盆地發(fā)育巨厚的膏鹽巖層，縱向上根據(jù)變形特征的不同分為3個(gè)構(gòu)造層，即鹽上構(gòu)造層、鹽構(gòu)造層與鹽下構(gòu)造層。鹽上構(gòu)造層（以下簡(jiǎn)稱鹽上層）主要以大型逆沖斷層及褶皺變形為主；鹽構(gòu)造層（以下簡(jiǎn)稱鹽層）為古近系庫(kù)姆格列木群膏鹽層，在構(gòu)造擠壓的過程中發(fā)生塑性流動(dòng)，形成鹽焊接、鹽丘等一系列鹽構(gòu)造；鹽下構(gòu)造層（以下簡(jiǎn)稱鹽下層）發(fā)育一系列由逆沖斷層組成的大范圍沖斷疊瓦構(gòu)造[6-7]（圖1）。由于區(qū)域性分布的膏鹽層的有效封堵，油氣在鹽下層各個(gè)斷塊內(nèi)聚集成藏，形成現(xiàn)今資源豐富的克拉蘇氣田。

圖1 庫(kù)車前陸盆地典型構(gòu)造剖面圖

1.2 儲(chǔ)層特征

克拉蘇氣田目的層為白堊系巴什基奇克組（K1bs），屬于扇三角洲—辮狀河三角洲前緣沉積，砂體縱向厚度大（300～350 m），橫向疊置連片，隔夾層不發(fā)育。儲(chǔ)層巖性以長(zhǎng)石巖屑細(xì)砂巖和粉細(xì)砂巖為主，填隙物以膏質(zhì)、方解石、白云石膠結(jié)物為主，泥雜基含量較低。儲(chǔ)層基質(zhì)物性較差（巖心有效孔隙度平均為4.1%，有效滲透率平均為0.050 mD）。儲(chǔ)集空間以原生粒間孔和粒間溶蝕孔為主，其次為粒內(nèi)溶孔、黏土礦物晶間孔等[8]。受強(qiáng)烈的擠壓作用影響，儲(chǔ)層裂縫發(fā)育，以半充填—未充填高角度縫為主，裂縫傾角一般大于50°。裂縫雖然在儲(chǔ)集空間中所占的比例較小，但對(duì)儲(chǔ)層滲流能力的改善作用很大，氣井試井解釋滲透率介于1～10 mD，遠(yuǎn)高于基質(zhì)滲透率，表明儲(chǔ)層為裂縫性致密砂巖儲(chǔ)層[9]。

1.3 溫度、壓力及流體特征

克拉蘇氣田埋藏深度普遍在6 500 m以上，原始地層壓力介于90～136 MPa，壓力系數(shù)介于1.60～1.85，儲(chǔ)層溫度介于125～188 ℃，屬超深超高壓氣藏[6]。天然氣甲烷含量高，平均為97.8%，重?zé)N（C2+）含量很低，N2和CO2含量低，不含H2S。氣藏中地層水多以層狀邊水的形式存在，地層水礦化度為（15～20）×104mg/L，氯離子含量為（8～17）×104mg/L，水型為CaCl2型。

2 高效開發(fā)面臨的難題

克拉蘇氣田最早投入開發(fā)的氣藏是克深2氣藏。該氣藏于2010—2013年開展產(chǎn)能建設(shè)工作，在建設(shè)過程中面臨構(gòu)造落實(shí)程度低、高效井部署難等難題，鉆井成功率及高效井所占比例偏低。2014年該氣藏正式投產(chǎn)后又面臨產(chǎn)能下降快、水侵迅速、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)實(shí)施難等難題，開井率和生產(chǎn)規(guī)模不斷下降。裂縫性致密砂巖氣藏的高效開發(fā)面臨著世界級(jí)的難題和挑戰(zhàn)。

2.1 地震資料差、構(gòu)造復(fù)雜，超深圈閉及斷層落實(shí)難

克拉蘇構(gòu)造帶地表復(fù)雜，南部戈壁礫石區(qū)和山前沖積扇區(qū)沖溝較為發(fā)育，北部山體區(qū)地表起伏劇烈，山體高陡、斷崖林立、溝壑縱橫，相對(duì)高差可達(dá)500～800 m，對(duì)地震資料的采集和靜校正處理造成很大困難。構(gòu)造帶淺層廣泛發(fā)育沖積扇，沉積了巨厚礫巖層。鹽上層南部較為平緩，北部?jī)A角迅速變陡，北部露頭區(qū)局部地層近直立；膏鹽層受多期構(gòu)造揉皺作用，發(fā)生局部堆積和減薄，厚度橫向變化大。淺層巨厚礫巖、高陡地層、巨厚塑性膏鹽層使得地層的橫向速度變化劇烈，速度建模困難，嚴(yán)重影響地震資料成像質(zhì)量及偏移歸位的精度[10]，造成地震資料信噪比低，偏移歸位難度大，使深層圈閉、斷裂的落實(shí)十分困難。

2.2 儲(chǔ)層基質(zhì)致密、氣水分布關(guān)系復(fù)雜，氣藏精細(xì)描述難

克拉蘇氣田在儲(chǔ)層基質(zhì)特征、氣水分布等方面與國(guó)內(nèi)外其他致密氣藏有一定的相似性[11]。由于儲(chǔ)層基質(zhì)致密、裂縫發(fā)育、孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)無法準(zhǔn)確表征儲(chǔ)層孔喉結(jié)構(gòu)。在成藏過程中，由于儲(chǔ)層較強(qiáng)的非均質(zhì)性，使得驅(qū)替程度出現(xiàn)較大差異，儲(chǔ)層含氣飽和度受氣柱高度、充注強(qiáng)度、儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)、砂體連通性等因素的綜合影響，使得氣水分布關(guān)系復(fù)雜，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)氣水分布的難度大，高效井的部署難。氣藏在開發(fā)過程中經(jīng)常出現(xiàn)局部出水的現(xiàn)象[12]。

2.3 裂縫分布規(guī)律復(fù)雜，開發(fā)過程中對(duì)裂縫活動(dòng)性變化的評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)難

裂縫的發(fā)育程度和活動(dòng)性是決定裂縫性致密砂巖氣藏高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的關(guān)鍵。由于克拉蘇氣田的裂縫具有多尺度、多期次、多產(chǎn)狀等特點(diǎn)[13-14]，裂縫的分布規(guī)律復(fù)雜，同時(shí)由于地震資料品質(zhì)差，對(duì)構(gòu)造、斷裂的落實(shí)不準(zhǔn)，更增加了裂縫預(yù)測(cè)的難度。不同產(chǎn)狀裂縫的活動(dòng)性也不一樣，會(huì)受到裂縫的走向、傾向、傾角以及地應(yīng)力的大小、方向等因素的影響；隨著開發(fā)的進(jìn)行，氣藏內(nèi)部的地應(yīng)力大小發(fā)生變化，不同產(chǎn)狀裂縫的活動(dòng)性也會(huì)發(fā)生復(fù)雜的變化，進(jìn)而影響氣井產(chǎn)能和水侵速度[15]。由于氣藏滲流和地應(yīng)力耦合模擬技術(shù)還不完善，在開發(fā)過程中對(duì)裂縫活動(dòng)性變化的評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)難度很大。

2.4 氣藏超高壓，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)資料錄取難

在克拉蘇氣田，由于氣井面臨著超深、超高壓、高溫和高產(chǎn)等特殊情況，導(dǎo)致動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)在井下實(shí)施困難。井筒密封不嚴(yán)，容易刺漏，同時(shí)由于氣井產(chǎn)量大，在改變工作制度時(shí)鋼絲繩或電纜易斷，給井下動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)帶來很大的安全隱患。而在進(jìn)行井筒壓力折算時(shí)，由于受井筒儲(chǔ)集效應(yīng)、環(huán)境溫度等因素的影響，使井口壓力波動(dòng)劇烈，資料質(zhì)量差。針對(duì)超高壓氣藏，由于缺乏成熟、可靠的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)，造成在氣藏開發(fā)過程中動(dòng)態(tài)資料錄取困難，準(zhǔn)確評(píng)價(jià)氣藏動(dòng)態(tài)的難度加大。

2.5 滲流機(jī)理的研究難，裂縫性水侵預(yù)測(cè)和治理難

克拉蘇氣田的地層壓力超高（90～136 MPa），且基質(zhì)致密，已有的實(shí)驗(yàn)裝置無法滿足地層條件下滲流實(shí)驗(yàn)要求，造成滲流機(jī)理的研究難度大。由于氣藏裂縫發(fā)育，地層水在裂縫和基質(zhì)中流動(dòng)的差異大，受裂縫尺度、裂縫與基質(zhì)的滲透率級(jí)差、水體大小、配產(chǎn)高低等因素綜合影響，水侵規(guī)律復(fù)雜[16]，已有的數(shù)值模擬軟件難以真實(shí)反映裂縫性水侵的“水封氣”效應(yīng)及其對(duì)氣藏采收率的影響，造成對(duì)水侵的預(yù)測(cè)難，治理對(duì)策的制訂難。

3 攻關(guān)形成的關(guān)鍵技術(shù)

面對(duì)超深超高壓裂縫性致密砂巖氣藏的開發(fā)難題，塔里木油田實(shí)施了產(chǎn)學(xué)研一體化開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，形成了適用于超深超高壓裂縫性致密砂巖氣藏的一系列高效開發(fā)配套技術(shù)。

3.1 超深復(fù)雜構(gòu)造地震采集處理及解釋技術(shù)

為提高超深復(fù)雜圈閉的落實(shí)程度，從地震采集、處理和建模等3個(gè)方面進(jìn)行了攻關(guān)，在復(fù)雜山地地區(qū)地震資料采集、復(fù)雜構(gòu)造疊前深度偏移處理、復(fù)雜構(gòu)造地質(zhì)建模等方面取得了顯著的技術(shù)進(jìn)步，大幅提高了地震資料的品質(zhì)和圈閉的落實(shí)程度，有效減小了目的層的預(yù)測(cè)深度與實(shí)鉆井深度之間的誤差。

1）進(jìn)一步優(yōu)化地震采集參數(shù)，推廣應(yīng)用寬方位、高覆蓋、高密度的地震采集觀測(cè)系統(tǒng)。高覆蓋次數(shù)（炮道密度）是確保復(fù)雜高陡構(gòu)造有效成像的前提，寬方位三維采集有利于深層及陡傾角地層的成像，優(yōu)化后采集到的地震數(shù)據(jù)的品質(zhì)較窄方位三維采集有較大程度的改善，為下一步的數(shù)據(jù)處理工作奠定了良好的資料基礎(chǔ)。

2）疊前深度偏移處理技術(shù)是改善復(fù)雜地區(qū)和強(qiáng)橫向速度變化地區(qū)地震資料品質(zhì)的理想成像技術(shù)。該技術(shù)的核心是速度建模，速度模型的精度直接決定了疊前深度偏移處理后地震資料成像的質(zhì)量。綜合地震、重磁電、地質(zhì)、測(cè)井、鉆井等多方面信息進(jìn)行約束，采用基于實(shí)體構(gòu)造模型的速度更新方法反演復(fù)雜速度場(chǎng)的中低頻成分，采用網(wǎng)格層析反演方法反演復(fù)雜速度場(chǎng)的高頻成分，由粗到細(xì)逐步提高速度模型的精度[10]。在速度模型準(zhǔn)確的基礎(chǔ)上采用疊前深度逆時(shí)偏移方法，基本可以解決克拉蘇地區(qū)復(fù)雜構(gòu)造的偏移問題，并且偏移效率高，目的層成像質(zhì)量也進(jìn)一步提高。

3）山前超深復(fù)雜構(gòu)造地震資料品質(zhì)差，導(dǎo)致構(gòu)造解釋的多解性強(qiáng)，加強(qiáng)局部構(gòu)造的建模及整體規(guī)律性等研究顯得尤為重要。在前陸盆地構(gòu)造地質(zhì)理論的指導(dǎo)下，結(jié)合露頭資料、地震資料、Walkaway-VSP井周成像資料等輔助構(gòu)造建模，再通過物理模擬和三維數(shù)值模擬進(jìn)行構(gòu)造模型驗(yàn)證，建立了含鹽前陸沖斷帶構(gòu)造發(fā)育模式（圖2）。沖斷帶北部鹽下層發(fā)育一系列基底卷入逆沖斷層，形成階梯狀沖斷構(gòu)造或楔形沖斷構(gòu)造；沖斷帶南部鹽下層發(fā)育一系列滑脫斷層，形成滑脫沖斷構(gòu)造和突發(fā)構(gòu)造。

圖2 庫(kù)車前陸沖斷帶鹽下沖斷構(gòu)造模型圖

3.2 裂縫性致密砂巖氣藏儲(chǔ)層描述及地質(zhì)建模技術(shù)

儲(chǔ)層的微觀孔喉結(jié)構(gòu)和流體分布特征直接影響氣藏的穩(wěn)產(chǎn)能力和采出程度，因此儲(chǔ)層孔喉配置的定量關(guān)系特別是針對(duì)細(xì)小孔喉的定量描述，對(duì)致密砂巖氣藏合理開發(fā)技術(shù)政策的制定十分重要?？死K氣田儲(chǔ)層基質(zhì)普遍致密，孔喉細(xì)小，儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，氣水分布關(guān)系復(fù)雜，導(dǎo)致適用于常規(guī)儲(chǔ)層描述的實(shí)驗(yàn)技術(shù)在表征該類儲(chǔ)層的孔隙結(jié)構(gòu)時(shí)較困難。鑒于此，通過集成一系列新的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，定量表征致密砂巖儲(chǔ)層孔喉的尺寸、形態(tài)、分布、配置關(guān)系等，實(shí)現(xiàn)了氣水微觀分布的可視化，完善了裂縫性致密砂巖氣藏雙孔雙滲地質(zhì)建模技術(shù)。

1）針對(duì)復(fù)雜的孔隙結(jié)構(gòu)，攻關(guān)形成了集成“不同轉(zhuǎn)速離心下的短回波間隔核磁共振＋高壓壓汞”的儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)定量表征技術(shù)，可將不同轉(zhuǎn)速離心下的核磁共振孔隙半徑分布譜圖（圖3-a）轉(zhuǎn)換為不同喉道半徑下的連通孔隙體積分布圖（圖3-b），實(shí)現(xiàn)了致密儲(chǔ)層喉道半徑在10 nm以上的孔喉配置關(guān)系的定量表征。研究結(jié)果表明，以孔隙半徑5 μm、喉道半徑0.07 μm為分界線，克拉蘇氣田儲(chǔ)層的孔喉配置關(guān)系以大孔隙—粗喉道、小孔隙—細(xì)喉道的配置為主，其次為小孔隙—粗喉道（圖3-b），粗喉道連通的孔隙所占比例為50%～60%，對(duì)滲透率的貢獻(xiàn)在95%以上，是主要的滲流通道。

2）針對(duì)氣水分布規(guī)律，探索并形成了致密砂巖儲(chǔ)層氣水微觀分布的可視化與定量表征技術(shù)。該技術(shù)集成高分辨率CT掃描、聚焦離子束掃描電鏡（FIBSEM）和巖礦定量分析技術(shù)，以二碘甲烷為指示劑，對(duì)4種不同注入狀態(tài)下的巖心進(jìn)行CT掃描，建立了數(shù)字巖心并進(jìn)行處理分析，實(shí)現(xiàn)了氣水分布的可視化，并對(duì)致密儲(chǔ)層孔隙喉道中氣水分布的豐度、賦存狀態(tài)及配置關(guān)系等進(jìn)行了微觀定量表征，明確了黏土礦物含量直接影響了微小孔隙喉道的發(fā)育，并對(duì)束縛水的賦存具有顯著的控制作用。

3）針對(duì)裂縫建模的難題，通過開展露頭、測(cè)井、巖心等多尺度的裂縫描述與表征，建立裂縫的宏觀分布模式，結(jié)合包裹體及構(gòu)造演化確定裂縫形成的期次和古應(yīng)力狀態(tài)，對(duì)裂縫分尺度、分類型進(jìn)行分析，用熵權(quán)法確定主控因素，分組系預(yù)測(cè)裂縫。在此基礎(chǔ)上，綜合考慮地應(yīng)力、儲(chǔ)層改造等多種因素，建立雙孔雙滲地質(zhì)模型。

3.3 超深超高壓氣藏動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)技術(shù)

克拉蘇氣田儲(chǔ)層埋藏深度超過6 500 m，地層壓力超過90 MPa，井筒狀況復(fù)雜，對(duì)井下溫度、壓力進(jìn)行監(jiān)測(cè)的難度極大。通過對(duì)電纜傳輸、鋼絲投撈、永久式光纖等測(cè)試工藝進(jìn)行優(yōu)選，選定了鋼絲投撈式測(cè)試技術(shù)，并開展壓力計(jì)、鋼絲和井口防噴器的選型研究，通過理論計(jì)算、模擬試驗(yàn)到現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，不斷改進(jìn)創(chuàng)新，形成了超高壓氣井投撈式壓力測(cè)試技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了井深7 000 m、溫度175 ℃、井口油壓90 MPa條件下的氣井井下測(cè)壓，取得了關(guān)鍵的試井資料。

井間干擾測(cè)試結(jié)果表明，氣藏內(nèi)井間干擾強(qiáng)，干擾信號(hào)在十幾分鐘內(nèi)就能影響到1 km外的鄰井，相距10 km以上的兩口井之間的干擾信號(hào)響應(yīng)時(shí)間也僅為7～10 h。這表明由于低級(jí)序斷裂及裂縫發(fā)育，氣藏總體連通性好，采取高部位集中布井的方式也可以實(shí)現(xiàn)氣藏的整體動(dòng)用。

圖3 典型儲(chǔ)層巖心不同轉(zhuǎn)速離心后核磁共振譜圖

氣井的壓力恢復(fù)雙對(duì)數(shù)導(dǎo)數(shù)曲線均有明顯的下凹特征，認(rèn)為巴什基奇克組儲(chǔ)層類型屬于裂縫—孔隙雙重介質(zhì)型（圖4），儲(chǔ)容比和竄流系數(shù)均較低，平均儲(chǔ)容比為0.029，表明基質(zhì)是主要的儲(chǔ)集空間，氣井的穩(wěn)產(chǎn)具有較好的儲(chǔ)量基礎(chǔ)，平均竄流系數(shù)為3.15×10－7，表明基質(zhì)向裂縫系統(tǒng)補(bǔ)給的速度較慢[17]。因此，為保證基質(zhì)與裂縫系統(tǒng)間的供采平衡，實(shí)現(xiàn)基質(zhì)儲(chǔ)量的有效動(dòng)用，避免地層水沿裂縫帶快速突進(jìn)造成水鎖而影響氣藏的開發(fā)效果，氣藏應(yīng)以較低的采氣速度進(jìn)行開采。

圖4 克深2氣藏氣井不穩(wěn)定試井解釋曲線圖

3.4 裂縫性致密砂巖氣藏井網(wǎng)與井深優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)

針對(duì)裂縫性致密砂巖氣藏高效布井的難題，創(chuàng)新引入了壓力波前緣傳播理論分析儲(chǔ)量的動(dòng)用情況，明確了“沿軸線高部位集中布井”的部署思路，結(jié)合地震資料，提出了相應(yīng)的布井原則。根據(jù)不同構(gòu)造發(fā)育模式下的裂縫、儲(chǔ)層的發(fā)育特征，對(duì)井深進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。

3.4.1 井網(wǎng)優(yōu)化

通過追蹤壓力波擾動(dòng)前緣可以計(jì)算氣井的控制半徑及其隨時(shí)間的變化情況。研究表明，對(duì)于裂縫性致密砂巖氣藏，在裂縫系統(tǒng)內(nèi)壓力波可以在短時(shí)間內(nèi)波及整個(gè)氣藏，而在基質(zhì)系統(tǒng)內(nèi)壓力波傳播慢。因此，在氣藏開發(fā)過程中，井區(qū)的基質(zhì)系統(tǒng)和裂縫系統(tǒng)會(huì)存在較大的壓力差異。采用壓力波前緣追蹤技術(shù)，從研究單井控制體積、井控儲(chǔ)量及基質(zhì)系統(tǒng)與裂縫系統(tǒng)之間的壓力差出發(fā)，可計(jì)算出不同井區(qū)基質(zhì)系統(tǒng)的剩余可采能力（Depletion Capacity，簡(jiǎn)稱DC），即

式中DC表示基質(zhì)系統(tǒng)的剩余可采能力，MPa·s·m3·mD；ΔTm表示壓力波在基質(zhì)系統(tǒng)中的擴(kuò)散飛行時(shí)間，s；Δpmf表示基質(zhì)系統(tǒng)和裂縫系統(tǒng)之間的壓力差，MPa；Vm表示基質(zhì)系統(tǒng)的孔隙體積，m3；Km表示基質(zhì)滲透率，mD。

剩余可采能力值越大，則開采潛力越大，是布井潛力區(qū)。結(jié)合數(shù)值模擬，可進(jìn)行不同井網(wǎng)下的開發(fā)效果評(píng)價(jià)。克深8區(qū)塊的模擬結(jié)果表明，相比規(guī)則井網(wǎng)和“Z”形井網(wǎng)，采用線型井網(wǎng)和沿軸線高部位集中布井的井網(wǎng)能有效延緩水侵，提高采收率?？松?區(qū)塊按此結(jié)果進(jìn)行了井網(wǎng)優(yōu)化，較方案設(shè)計(jì)少鉆4口井，并實(shí)現(xiàn)了氣藏較均衡的開發(fā)。

3.4.2 井深優(yōu)化

克拉蘇構(gòu)造帶北部主要發(fā)育階梯狀沖斷構(gòu)造或楔形沖斷構(gòu)造（統(tǒng)稱疊瓦沖斷構(gòu)造），南部主要發(fā)育突發(fā)構(gòu)造，由于構(gòu)造形成過程中受力機(jī)制不同，不同構(gòu)造模式下儲(chǔ)層物性和裂縫發(fā)育規(guī)律存在明顯的差異。在疊瓦沖斷構(gòu)造，儲(chǔ)層縱向上物性差異大，從上到下孔隙度明顯減小，有效儲(chǔ)層集中在中上部；在儲(chǔ)層段上部主要發(fā)育高角度張性縫，中部主要發(fā)育張剪性裂縫，下部主要發(fā)育低角度剪切縫，在平面上位于逆沖斷層前緣裂縫更發(fā)育。因此，在疊瓦沖斷構(gòu)造應(yīng)靠近逆沖斷層前緣布井，一般打開儲(chǔ)層段中上部即可。在突發(fā)構(gòu)造，儲(chǔ)層縱向上物性差異小，從上到下均發(fā)育高角度張性縫，位于軸線部位裂縫更發(fā)育。因此，在突發(fā)構(gòu)造應(yīng)靠近軸線布井，一般打開儲(chǔ)層段上部即可?？松?區(qū)塊按此結(jié)果進(jìn)行井深優(yōu)化，每口井平均減少目的層進(jìn)尺50 m，縮短鉆井周期5～10 d，減少鉆井液漏失量309 m3，氣井均實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

綜合以上研究，沿軸線高部位集中布井可以實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)量有效動(dòng)用，延緩邊部水侵，提高采收率，突破了以往的均勻布井模式以及對(duì)井距的限制，形成了針對(duì)強(qiáng)非均質(zhì)性裂縫性致密砂巖氣藏“沿長(zhǎng)軸、占高點(diǎn)、選甜點(diǎn)、避斷層、避低洼、避邊水”的布井原則，并針對(duì)不同構(gòu)造發(fā)育模式提出了相應(yīng)的井位部署和井深的優(yōu)化措施。

3.5 超高壓裂縫性氣藏開發(fā)機(jī)理及開發(fā)技術(shù)政策優(yōu)化

針對(duì)克拉蘇氣田的地質(zhì)特點(diǎn)，通過技術(shù)攻關(guān)開展了在地層條件下的滲流機(jī)理實(shí)驗(yàn)，以及四維應(yīng)力場(chǎng)下斷層的活動(dòng)性評(píng)價(jià)，通過對(duì)氣藏開采過程中水侵的判斷和預(yù)警，提出了防水、控水和排水策略，構(gòu)建了裂縫性致密砂巖氣藏的合理開發(fā)技術(shù)政策。

1）成功研發(fā)了高溫、超高壓條件下全直徑巖心的滲流實(shí)驗(yàn)裝置，實(shí)現(xiàn)了模擬地層條件下（最高溫度為160 ℃、最高壓力為116 MPa）的水驅(qū)氣相滲模擬實(shí)驗(yàn)[18]。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，帶裂縫的巖心在地層條件下驅(qū)替效率較低，見水后氣相相對(duì)滲透率急劇下降（圖5），說明氣井在見水以后產(chǎn)氣量會(huì)快速下降，從而使累產(chǎn)氣量降低。因此，氣藏開發(fā)要以防水、控水為主要技術(shù)對(duì)策，井位需集中部署在氣藏高部位，以延長(zhǎng)氣藏的無水生產(chǎn)期并保護(hù)氣井的產(chǎn)能；同時(shí)開采過程中及早開展排水，以延緩水侵，提高氣藏的采收率。

2）通過開展驅(qū)替物理模擬實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在基質(zhì)中水呈活塞式推進(jìn)，前緣推進(jìn)速度慢，而在裂縫中水以突進(jìn)方式推進(jìn)，且推進(jìn)速度快，是在基質(zhì)中推進(jìn)速度的上百倍。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在裂縫中水侵前緣推進(jìn)速度與裂縫和基質(zhì)的滲透率級(jí)差、邊底水水體大小、氣井配產(chǎn)高低呈正相關(guān)關(guān)系。邊底水會(huì)沿裂縫快速突進(jìn)，封堵住基質(zhì)中的氣相滲流通道，產(chǎn)生 “水封氣”效應(yīng)，影響氣井的穩(wěn)產(chǎn)，降低氣藏的最終采出程度。因此，裂縫性致密砂巖氣藏在開發(fā)過程中應(yīng)密切關(guān)注裂縫水侵，通過控制邊部氣井的配產(chǎn)減緩水侵速度，見水后及時(shí)開展排水，防止水體進(jìn)一步侵入氣藏內(nèi)部。

圖5 地層條件下不同巖心的氣水相滲曲線圖

3）形成四維應(yīng)力場(chǎng)下斷層活動(dòng)性的評(píng)價(jià)技術(shù)。氣藏投入開發(fā)后，隨地層壓力下降，氣藏內(nèi)部的地應(yīng)力場(chǎng)也將發(fā)生改變。以克深2氣藏為例，通過四維地質(zhì)力學(xué)進(jìn)行應(yīng)力場(chǎng)建模，發(fā)現(xiàn)地應(yīng)力場(chǎng)由開采初期的走滑型應(yīng)力場(chǎng)逐漸改變?yōu)殚_采后期的正斷層型應(yīng)力場(chǎng)（圖6-a），應(yīng)力場(chǎng)類型的變化又會(huì)引起斷層活動(dòng)性的變化（圖6-b），進(jìn)而對(duì)水侵產(chǎn)生影響。

4）通過對(duì)裂縫性致密砂巖有水氣藏的綜合研究，認(rèn)為氣井出水風(fēng)險(xiǎn)大小主要與氣井距邊底水距離、距邊界斷層距離、井周裂縫發(fā)育程度及充填度、射孔段之下隔夾層發(fā)育程度等因素有關(guān)，將這些指標(biāo)分別賦值，并歸一化指標(biāo)，然后根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或?qū)＜以u(píng)分分別賦予一定的影響權(quán)重，實(shí)現(xiàn)了對(duì)裂縫性砂巖氣藏氣井出水風(fēng)險(xiǎn)的半定量評(píng)價(jià)。

圖6 克深2氣藏應(yīng)力場(chǎng)變化、斷層活動(dòng)性變化綜合圖

綜合以上研究成果，對(duì)克拉蘇氣田，防水、控水和排水是氣藏開發(fā)全生命周期都需要考慮的關(guān)鍵問題，需從井位部署就重點(diǎn)考慮，采用在高部位集中布井的方式，延長(zhǎng)氣藏的無水采氣期；采用適宜的氣井配產(chǎn)以實(shí)現(xiàn)基質(zhì)持續(xù)穩(wěn)定地供氣，延緩氣井見水的時(shí)間；采用見水排水的開發(fā)對(duì)策來減弱水侵的影響，提高氣藏的采收率。

4 開發(fā)效果

以上系列技術(shù)在克拉蘇氣田的開發(fā)中發(fā)揮了重要作用，取得了良好的開發(fā)效果。2014—2017年鉆井成功率、產(chǎn)能到位率均達(dá)到100%，高效井比例達(dá)到78%。2011—2017年，克拉蘇氣田的天然氣年產(chǎn)量從3×108m3快速上升到74×108m3，成為塔里木油田天然氣上產(chǎn)的主要區(qū)塊。

克拉蘇氣田的合理、高效開發(fā)，成功開辟了超深、超高壓裂縫性致密砂巖氣藏這樣一個(gè)復(fù)雜的開發(fā)新領(lǐng)域，所形成的高效開發(fā)配套技術(shù)將繼續(xù)支撐2020年塔里木油田實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)氣300×108m3的目標(biāo)，也為國(guó)內(nèi)外其他同類型氣藏的開發(fā)提供了經(jīng)驗(yàn)，具有重要的指導(dǎo)和借鑒意義。

5 結(jié)論

1）對(duì)于山前超深復(fù)雜構(gòu)造，寬方位、高覆蓋、高密度的地震采集技術(shù)和基于高精度速度模型的疊前深度偏移處理技術(shù)可以有效改善地震資料品質(zhì)，提高圈閉和斷層的落實(shí)程度。

2）對(duì)于復(fù)雜的裂縫性致密砂巖氣藏，沿軸線高部位集中布井的井網(wǎng)可以較好地規(guī)避構(gòu)造偏移的風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)量的有效動(dòng)用，延緩邊部水侵。

3）對(duì)于裂縫性致密砂巖氣藏，在氣藏開發(fā)全生命周期都需要考慮防水、控水和排水。采用沿軸線高部位集中布井的方式，可以延長(zhǎng)氣藏的無水生產(chǎn)期；采用溫和的開采方式進(jìn)行控水，可以延緩氣井水侵速度；采用見水排水的開發(fā)對(duì)策，可以減弱水侵的影響，提高氣藏的采收率。

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