二連盆地不同沉積環(huán)境儲(chǔ)層高效改造技術(shù)

史原鵬， 程曉東， 姜 偉， 李林波， 何春明， 才 博

(1.中國(guó)石油華北油田分公司勘探事業(yè)部，河北任丘 062552；2.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院壓裂酸化技術(shù)服務(wù)中心，河北廊坊 065007)

二連盆地位于內(nèi)蒙古自治區(qū)中部，是古生界基底上發(fā)育起來(lái)的中生界裂谷盆地，沉積地層以白堊系為主，盆地分割性強(qiáng)，由50多個(gè)凹陷組成，每一個(gè)凹陷都是一個(gè)獨(dú)立的沉積單元，盆地沉積相帶窄、儲(chǔ)層沉積環(huán)境變化快，儲(chǔ)層以低孔低滲為主[1-3]。之前該盆地油層改造多采用“一井一策”設(shè)計(jì)方案，如：才博等人[4]針對(duì)二連盆地致密油傷害，提出了清潔壓裂液、低前置液比例、變液性和高砂比等技術(shù)；馮興凱等人[5]對(duì)壓裂工藝及壓裂難點(diǎn)進(jìn)行了分析，采取了適時(shí)調(diào)整、臺(tái)階式增加排量、楔形追加破膠劑、強(qiáng)制閉合裂縫、多段加砂、欠頂替技術(shù)等針對(duì)性措施；趙安軍、蔣廷學(xué)等人[6-8]提出了綜合控縫高技術(shù)和前置液投球技術(shù)，提高了單井改造效果。但之前的改造設(shè)計(jì)多以施工過(guò)程為導(dǎo)向，著眼于近井筒，對(duì)油藏宏觀地質(zhì)特性考慮較少，缺乏改造與油藏儲(chǔ)層的匹配研究。為此，筆者以二連盆地具有代表性的巴音都蘭凹陷為例，通過(guò)分析沉積相帶、微相儲(chǔ)層的縱橫向展布特點(diǎn)、儲(chǔ)層空間特征等地質(zhì)、油藏條件，以及儲(chǔ)層改造難點(diǎn)，提出了針對(duì)不同沉積環(huán)境儲(chǔ)層的改造方案，形成了不同沉積環(huán)境儲(chǔ)層高效改造技術(shù)，該技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用了25井次，壓裂后平均增液2.1倍，取得了很好的儲(chǔ)層改造效果。

1 沉積相類型及儲(chǔ)層改造難點(diǎn)

1.1 沉積相(微相)類型

通過(guò)觀察與描述已鉆井巖心，在實(shí)驗(yàn)室觀察薄片，結(jié)合宏觀沉積、構(gòu)造背景研究結(jié)果，發(fā)現(xiàn)巴音都蘭凹陷北洼槽主要目的層阿爾善組發(fā)育有扇三角洲、近岸水下扇和濁積扇等3種相類型，這3種沉積相可細(xì)化為扇三角洲前緣等8種亞相和扇三角洲前緣水道等16種微相，其中扇三角洲前緣水道、近岸水下扇相的扇中水道及濁積扇中扇的辮狀溝道是該區(qū)域內(nèi)主要的微相類型[9-13](見(jiàn)表1)。

表1巴音都蘭凹陷北洼槽主要砂體沉積相劃分

Table1SedimentaryfaciesdivisionofmainsandbodiesinthenorthtroughoftheBayindulanSag

相亞相微相代表井扇三角洲扇三角洲前緣水道巴101X井,巴77X井濁積扇中扇辮狀溝道巴23井近岸水下扇扇中扇中水道巴92X井

1.2 儲(chǔ)層特征

不同沉積相帶儲(chǔ)層的特征具有明顯差異，主要表現(xiàn)在儲(chǔ)層砂體在三維空間展布、儲(chǔ)層厚度、巖性、填隙物類型及含量、孔隙度和滲透率等方面，見(jiàn)表2。

表2 巴音都蘭凹陷北洼槽主要沉積相(微相)儲(chǔ)層特征Table 2 The characteristics of main sedimentary facies (microfacies) in the north trough of Bayindulan Sag

1.3 儲(chǔ)層改造難點(diǎn)

結(jié)合表2和前期改造情況，總結(jié)了不同沉積相帶的儲(chǔ)層改造難點(diǎn)。

扇三角洲前緣水道儲(chǔ)層改造難點(diǎn)：1)改造段的跨度以及儲(chǔ)層厚度較大，實(shí)現(xiàn)改造段縱向充分改造的難度大；2)特低滲儲(chǔ)層對(duì)傷害較為敏感，對(duì)儲(chǔ)層改造工作液的低傷害性要求高；3)物性較差，天然裂縫發(fā)育，充分利用天然裂縫，是獲得高產(chǎn)的關(guān)鍵；4)多段射孔裂縫復(fù)雜，施工規(guī)模較大，存在砂堵的風(fēng)險(xiǎn)。

濁積扇中扇辮狀溝道儲(chǔ)層改造難點(diǎn)：1)儲(chǔ)層厚度薄，隔層遮擋性不強(qiáng)，縫高難控制；2)儲(chǔ)層致密、物性差，層內(nèi)非均質(zhì)性強(qiáng)；3)巖石塑性特征強(qiáng)(楊氏模量1.6×104MPa，泊松比0.22)，縫寬不易擴(kuò)展。

近岸水下扇扇中水道儲(chǔ)層改造難點(diǎn)：1)改造段的跨度以及儲(chǔ)層厚度較大，實(shí)現(xiàn)改造段縱向充分改造的難度大；2)微孔占主導(dǎo)地位，且連通性較差，裂縫是主要的儲(chǔ)集空間和流動(dòng)通道，需要溝通更多的裂縫系統(tǒng)；3)低孔特低滲儲(chǔ)層對(duì)傷害較為敏感，對(duì)儲(chǔ)層改造酸液及壓裂液低傷害性的要求高。

2 不同沉積環(huán)境儲(chǔ)層高效改造技術(shù)

根據(jù)沉積相(微相)類型的劃分和對(duì)不同微相儲(chǔ)層縱橫向的展布特點(diǎn)、巖石類型、儲(chǔ)層空間特征分析結(jié)果，提出了完善適合各沉積環(huán)境儲(chǔ)層的改造方案，形成了不同沉積環(huán)境儲(chǔ)層高效改造技術(shù)。

2.1 扇三角洲前緣水道厚層壓開(kāi)程度的提高

2.1.1 改進(jìn)的二次加砂模式

二次加砂是通過(guò)大排量施工充分壓開(kāi)儲(chǔ)層[14]，即在第一次加砂后停泵，使支撐劑充分沉降在裂縫下端，再進(jìn)行第二次加砂壓裂以提高裂縫上部的支撐，同時(shí)通過(guò)返排制度——強(qiáng)制裂縫閉合以優(yōu)化支撐劑縱向鋪置。

在常規(guī)二次加砂的基礎(chǔ)上，通過(guò)改變液性(液體黏度)、支撐劑粒度及密度，達(dá)到裂縫縱向上更好地鋪置支撐劑的目的。具體來(lái)說(shuō)，第一次加砂采用低黏液體，較大粒徑、中高密度支撐劑，使支撐劑在裂縫中能夠更快地沉降，鋪置在裂縫下層；第二次加砂采用較高黏度液體，較小粒徑、中低密度支撐劑，使支撐劑在裂縫上部的鋪置更好。通過(guò)改進(jìn)二次加砂模式，可提高支撐劑在整個(gè)裂縫內(nèi)的鋪置程度，改善縱向改造程度。

2.1.2 低傷害壓裂液

為降低瓜膠壓裂液中殘?jiān)蜌埬z帶來(lái)的傷害，應(yīng)進(jìn)一步降低瓜膠和殘?jiān)暮?，將瓜膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)由0.45%降至0.35%，殘?jiān)?26 mg/L降至158 mg/L。

為研究黏土膨脹和運(yùn)移帶來(lái)的傷害，對(duì)該類儲(chǔ)層巖心進(jìn)行了清水浸泡前后定點(diǎn)掃描電鏡試驗(yàn)，結(jié)果表明，浸泡后巖心存在黏土脫落和膨脹現(xiàn)象，造成有效孔隙及喉道變小。因此，需要采用復(fù)合防膨技術(shù)，以降低壓裂液對(duì)地層的傷害[4-5,15]。同時(shí)，為最大程度地溝通裂縫，獲得更大的改造體積，需采用復(fù)合壓裂改造模式，利用低黏度滑溜水的深穿透特征，探測(cè)裂縫深度，溝通裂縫發(fā)育帶，進(jìn)一步提高產(chǎn)量。

2.2 濁積扇中扇辮狀溝道低滲薄層控縫高、防嵌入

2.2.1 控制凈壓力施工模式

濁積扇中扇辮狀溝道相儲(chǔ)層厚度較薄，隔層遮擋性不強(qiáng)，應(yīng)力遮擋也較弱，故難以將水力裂縫控制在有效儲(chǔ)層內(nèi)，易導(dǎo)致縫高失控；同時(shí)，由于在高度上過(guò)度擴(kuò)展，而水力裂縫長(zhǎng)度較短，難以溝通到儲(chǔ)層深部，導(dǎo)致改造無(wú)效?？刂苾魤毫κ┕?，就是通過(guò)優(yōu)化施工排量和壓裂液黏度，達(dá)到控制裂縫內(nèi)凈壓力的目的，將水力裂縫控制在儲(chǔ)層內(nèi)，同時(shí)保障水力裂縫在長(zhǎng)度方向的擴(kuò)展[16]。

進(jìn)一步優(yōu)化壓裂液配方，采用0.35%瓜膠壓裂液，將壓裂液黏度控制在150 mPa·s左右，并將施工排量控制在4.5～5.0 m3/min，以利于控制裂縫內(nèi)凈壓力。

2.2.2 “變粒徑支撐劑+中幅砂比”施工

通過(guò)支撐劑在巖石中的嵌入深度試驗(yàn)可知，對(duì)于同一地層，使用不同粒徑組合的支撐劑，可以有效減少支撐劑的嵌入和破碎。40 MPa下，20/40目陶粒嵌入深度0.328 mm，若將40/60目陶粒與20/40目陶粒等體積組合，嵌入深度減少至0.198 mm。通過(guò)采用“小粒徑+中粒徑”的中密度、中強(qiáng)度陶粒的變粒徑支撐劑，減少支撐劑在塑性地層中的嵌入和破碎；并采用中幅砂比施工，延長(zhǎng)施工時(shí)間，不過(guò)分追求高砂比，保證水力裂縫具有中等導(dǎo)流能力。

2.3 近岸水下扇扇中水道體積酸壓與加砂壓裂復(fù)合

2.3.1 體積酸壓與加砂壓裂復(fù)合

近岸水下扇扇中水道相儲(chǔ)層脆性礦物含量高、脆性好，天然裂縫發(fā)育，各向異性不明顯，應(yīng)力差值小，具備體積壓裂形成復(fù)雜縫網(wǎng)的條件。

通過(guò)初期注入清潔酸液，溶蝕方解石、白云石膠結(jié)物，降低破裂壓力的同時(shí)形成高導(dǎo)流裂縫；通過(guò)大排量注入大液量的滑溜水，充分激活溝通天然裂縫，形成復(fù)雜縫網(wǎng)[17-19]，同時(shí)利用低黏度滑溜水的滲吸置換作用，進(jìn)一步置換裂縫系統(tǒng)中的油；最后，注入高黏度攜砂液，提高主縫的支撐能力和井筒區(qū)域的水力裂縫導(dǎo)流能力。

2.3.2 液體復(fù)合技術(shù)

優(yōu)化壓裂液配方，采用酸化壓裂與水力壓裂相結(jié)合的改造模式[20-21]。前期采用清潔酸酸壓造縫有利于降低施工壓力，又有利于提高裂縫導(dǎo)流能力；同時(shí)，酸液所具有的緩速性能也能溶蝕壓裂后人工裂縫內(nèi)的殘膠，進(jìn)一步降低壓裂改造的傷害。采用不同液性、不同黏度的壓裂液，達(dá)到多級(jí)注入、復(fù)合改造的目的。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

不同沉積環(huán)境儲(chǔ)層高效改造技術(shù)在二連盆地巴音都蘭凹陷北凹槽應(yīng)用25井次，壓裂后平均增液2.1倍，總體應(yīng)用效果明顯。下面以3口典型井為例，分別對(duì)扇三角洲前緣水道厚層提高壓開(kāi)程度(巴101X井)，濁積扇中扇辮狀溝道低滲薄層控縫高、防嵌入(巴75井)，近岸水下扇扇中水道體積酸壓與加砂壓裂復(fù)合(巴92X井)的應(yīng)用效果進(jìn)行分析。

3.1 巴101X井

不同沉積環(huán)境儲(chǔ)層高效改造技術(shù)在巴101X井1 929.00～2 040.00 m井段進(jìn)行了應(yīng)用，目的是在厚層提高壓開(kāi)程度。通過(guò)測(cè)井資料計(jì)算了該井的地應(yīng)力剖面，計(jì)算得到其地應(yīng)力梯度在0.019 MPa/m左右。從儲(chǔ)層地應(yīng)力剖面計(jì)算結(jié)果得知，該井改造段上下都沒(méi)有明顯的應(yīng)力遮擋層，裂縫可能延伸到非儲(chǔ)層區(qū)域。采用改進(jìn)二次加砂模式施工，以提高儲(chǔ)層的動(dòng)用程度和改造力度，從縱向上壓開(kāi)所有儲(chǔ)層，同時(shí)改善支撐劑鋪置剖面。

巴101X井二次加砂壓裂施工曲線見(jiàn)圖1。該井采用套管環(huán)空壓裂，使用低濃度瓜膠壓裂液750.8 m3，加入陶粒支撐劑75.6 m3；排量5.8～7.6 m3/min，平均砂比23%。從油管壓力反映的凈壓力曲線可以看出，凈壓力對(duì)數(shù)曲線斜率為0，表明水力裂縫穩(wěn)定延伸。

圖1 巴101X井二次加砂壓裂施工曲線Fig.1 Secondary proppant adding fracturing curves of Well Ba 101X

通過(guò)微地震監(jiān)測(cè)可知，二次加砂壓裂形成250.00～310.00 m的波及范圍，主體裂縫垂深1 902.00～1 968.00 m，起到了提高儲(chǔ)層縱向動(dòng)用程度的目的；波及體積195.00×104m3，改造體積71.55×104m3，達(dá)到了立體改造的目的。該井壓裂后放噴求產(chǎn)，油壓4.0 MPa，套壓3.9～3.0 MPa，日產(chǎn)油量119.44 m3，增油278倍，增液292倍。

3.2 巴75井

不同沉積環(huán)境儲(chǔ)層高效改造技術(shù)在巴75井1 919.40～1 925.60 m井段(厚度6.20 m，共4層)進(jìn)行了應(yīng)用，目的是低滲薄層控縫高、防嵌入。通過(guò)測(cè)井資料計(jì)算了該井的地應(yīng)力剖面，由地應(yīng)力剖面可知，目的層上下遮擋性較差，裂縫縫高的控制難度大，因此注前置液初期排量不宜過(guò)高，注攜砂液階段可根據(jù)施工過(guò)程中壓力的變化適當(dāng)調(diào)整排量。

為研究巴75井巖石力學(xué)性質(zhì)并優(yōu)選支撐劑類型，對(duì)取自該井應(yīng)用段的巖心進(jìn)行了三軸巖石力學(xué)試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 巴75井巖心三軸巖石力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果Table 3 Tri-axial rock mechanics test results of Well Ba 75

從表3可以看出，儲(chǔ)層巖石楊氏模量低，巖石較軟、塑性較強(qiáng)，支撐劑的嵌入傷害導(dǎo)致有效導(dǎo)流能力較低，采用“20/40目+40/60目”復(fù)合陶粒能減少支撐劑在巖石中的嵌入。

巴75井改造段使用0.35%瓜膠壓裂液233.7 m3，加入陶粒支撐劑20.1 m3(20/40目與40/60目復(fù)合)，砂比20%，排量4.5 m3/min。該井壓裂后日產(chǎn)油量8.94 m3，是鄰井的1.5～2.0倍。

3.3 巴92X井

不同沉積環(huán)境儲(chǔ)層高效改造技術(shù)在巴92X井2 475.80～2 514.00 m井段進(jìn)行了應(yīng)用，進(jìn)行的是體積酸壓與加砂壓裂復(fù)合，改造段主要以白云質(zhì)粉砂巖為主。

3.3.1 溶蝕試驗(yàn)

為優(yōu)化配制高溶蝕率的酸液，用取自巴92X井2 475.80～2 514.00 m井段的巖心進(jìn)行了溶蝕試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 巴92X井巖心溶蝕試驗(yàn)結(jié)果

由表4可知，酸液對(duì)巖心的溶蝕作用較強(qiáng)，其中僅加鹽酸時(shí)巖心的溶蝕率在20%左右，加土酸后巖心的溶蝕率不斷增大，10% HCl+3%HF 條件下巖心的溶蝕率超過(guò)了45%。綜合考慮酸液的溶蝕及其對(duì)巖石骨架的破壞，建議基礎(chǔ)酸液配方選用10% HCl+2%HF。

3.3.2 加砂壓裂

儲(chǔ)層改造用液量909.06 m3，其中前置酸液+滑溜水426.72 m3，主加砂凍膠壓裂液305.59 m3，加入陶粒支撐劑65.58 m3。排量3.22～5.65 m3/min，平均砂比19%。

二次加砂壓裂形成260～300 m的波及范圍，波及體積660×104m3，改造體積144.3×104m3。該井壓裂后日產(chǎn)油量5.19 m3，日產(chǎn)水量10.21 m3。

巴92X井試油時(shí)產(chǎn)水量1.55 m3，未產(chǎn)油，而其他鄰井試油都有一定產(chǎn)油量；地層壓力系數(shù)0.97，而鄰井壓裂系數(shù)都在1.01以上。巴92X井的物質(zhì)基礎(chǔ)與地層條件較鄰井差，但應(yīng)用不同沉積相油藏高效改造技術(shù)后，該井產(chǎn)量與鄰井相當(dāng)，見(jiàn)表5。

表5 巴92X井與鄰井物性及改造效果對(duì)比Table 5 Physical properties and fracturing effect comparison on Well Ba 92X and offset wells

4 結(jié) 論

1) 對(duì)巴音都蘭凹陷北洼槽沉積微相儲(chǔ)層特征進(jìn)行了分析，針對(duì)沉積相相變快、類型復(fù)雜的儲(chǔ)層，提出了不同沉積環(huán)境儲(chǔ)層高效改造技術(shù)。該技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果良好，不僅可在二連盆地推廣應(yīng)用，也對(duì)不同凹陷相同沉積相帶的油層改造具有借鑒價(jià)值。

2) 針對(duì)扇三角洲前緣水道相儲(chǔ)層，提出了厚層提高壓開(kāi)程度改造模式，采用改進(jìn)的二次加砂壓裂提高儲(chǔ)層縱向改造程度，用低傷害壓裂液降低儲(chǔ)層傷害，解決了厚層動(dòng)用問(wèn)題。

3) 針對(duì)濁積扇中扇辮狀溝道儲(chǔ)層，提出了低滲薄層控縫高壓裂模式，通過(guò)控制施工排量及壓裂液黏度控制縫內(nèi)凈壓力，實(shí)現(xiàn)控制縫高增長(zhǎng)，保障裂縫在長(zhǎng)度方向上擴(kuò)展；采用變粒徑支撐劑及中等砂比加砂施工，可解決支撐劑嵌入導(dǎo)致的裂縫有效導(dǎo)流問(wèn)題。

4) 針對(duì)近岸水下扇扇中水道相儲(chǔ)層，提出了白云質(zhì)特低滲體積酸壓與加砂壓裂復(fù)合模式，該模式充分溝通天然裂縫系統(tǒng)，利用低傷害的酸液和壓裂液解決儲(chǔ)層傷害問(wèn)題。

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