頁巖氣水平井不同壓裂模式改造效果分析

劉 吉

(中國石油集團(tuán)長城鉆探工程有限公司地質(zhì)研究院， 遼寧 盤錦 124000)

頁巖氣藏儲層致密，孔滲條件差，一般通過大規(guī)模體積壓裂工藝在頁巖儲層內(nèi)建立有效的滲流通道，釋放產(chǎn)能，從而最終實(shí)現(xiàn)高效開發(fā)[1]。目前，國內(nèi)頁巖氣藏開發(fā)所采用的壓裂工藝主要借鑒國外成功開發(fā)經(jīng)驗(yàn)[2]，對于壓裂工藝在國內(nèi)的適應(yīng)性研究較少。本次研究綜合考慮了頁巖氣藏的地質(zhì)與工程因素，在威遠(yuǎn)地區(qū)選擇地質(zhì)條件相近、壓裂工藝不同的2口井，通過地質(zhì)條件、施工參數(shù)、測試數(shù)據(jù)及生產(chǎn)數(shù)據(jù)等分析，模擬壓后裂縫形態(tài)及壓裂改造體積，以評價(jià)不同壓裂工藝的改造效果，優(yōu)選本地區(qū)頁巖氣藏適用工藝。

1 國外頁巖氣壓裂工藝

水平井多級分段大規(guī)模水力壓裂是頁巖氣成功開發(fā)的關(guān)鍵工藝[3-4]。通過數(shù)十年的實(shí)踐，美國率先實(shí)現(xiàn)了頁巖氣商業(yè)開發(fā)，并形成了一整套適合頁巖氣藏開發(fā)的壓裂工藝技術(shù)[5-6]。

1.1 水平井分段壓裂技術(shù)

北美地區(qū)頁巖氣開發(fā)常用的水平井分段壓裂技術(shù)，主要包括橋塞分段壓裂、封隔器分段壓裂、同步拉鏈?zhǔn)綁毫阎貜?fù)壓裂等。

橋塞分段壓裂技術(shù)主要流程是，先進(jìn)行電纜泵送“橋塞+射孔”聯(lián)合作業(yè)，再投球封堵已壓裂井段，最后實(shí)施新井段壓裂，重復(fù)以上步驟直至壓裂完成。與其他壓裂方法相比，橋塞分段壓裂技術(shù)可大幅提高作業(yè)效率。

封隔器分段壓裂技術(shù)一般采用可膨脹封隔器或者裸眼封隔器分段封隔，在水力壓裂過程中逐級投球打開滑套。該技術(shù)的優(yōu)勢在于，封隔器與滑套的安全性及可靠性較高，可提高作業(yè)效率，但對完井井眼的質(zhì)量要求也高。

同步拉鏈?zhǔn)綁毫鸭夹g(shù)，是指對2口及以上相鄰井同時(shí)進(jìn)行交替拉鏈?zhǔn)綁毫?。在此過程中鄰井之間產(chǎn)生應(yīng)力干擾，有助于形成更加復(fù)雜的裂縫系統(tǒng)，從而增加改造體積[7]。

1.2 壓裂液體系

壓裂液體系主要包括凍膠、泡沫壓裂液、滑溜水及復(fù)合壓裂液等，其中滑溜水和復(fù)合壓裂液應(yīng)用最為廣泛。

滑溜水，是在清水中加入一定量的減阻劑、殺菌劑、防膨劑等添加劑而形成的液體。滑溜水具有易于配置、降阻效果好、傷害率低、易返排等優(yōu)點(diǎn)，能適應(yīng)各類水質(zhì)，滿足工廠化作業(yè)大排量連續(xù)施工的要求。同時(shí)，滑溜水黏度較低，穿透能力較強(qiáng)，易于誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)弱面發(fā)生剪切滑移破壞[8]，從而形成較大裂縫縫網(wǎng)改造體積，增大儲層泄流面積，提高最終采收率。

混合壓裂液，是滑溜水與膠液體的組合。采用混合壓裂液，可以低黏滑溜水造縫，以高黏膠液攜砂，控制支撐劑沉降速率，從而形成具有高導(dǎo)流能力的壓后裂縫。該技術(shù)主要應(yīng)用于塑性較強(qiáng)的地層[9]。

與美國相比，我國頁巖氣藏資源量相當(dāng)，但儲層情況相對復(fù)雜，頁巖層薄且埋藏較深，巖石結(jié)構(gòu)及礦物成分差異甚大。因此，不能完全照搬美國頁巖氣開發(fā)的經(jīng)驗(yàn)與技術(shù)，應(yīng)該發(fā)展適應(yīng)我國頁巖儲層地質(zhì)特征的壓裂技術(shù)。

2 水平井基本參數(shù)對比

威遠(yuǎn)地區(qū)構(gòu)造上屬于四川盆地川中隆起區(qū)的川西南低陡褶帶，為大型穹窿背斜構(gòu)造。研究區(qū)整體為一個(gè)北西至南東方向的單斜構(gòu)造，開發(fā)目的層為志留系龍馬溪組，地層以黑色海相筆石頁巖為主。A井、B井為該區(qū)域內(nèi)東北部的2口相臨水平井，其基礎(chǔ)資料如表1所示。從地質(zhì)條件上看，A井、B井有機(jī)碳含量(TOC)、孔隙度、含氣量、自然伽馬值(GR)等參數(shù)基本接近。

A井、B井均采用橋塞分段的壓裂作業(yè)方式，A井采用“低黏滑溜水+交聯(lián)膠連續(xù)加砂”壓裂工藝，B井采用“低黏滑溜水段塞式加砂”壓裂工藝。壓裂數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表2所示。由于壓裂模式不同，A井單井用液量和用液強(qiáng)度小于B井，加砂量和加砂強(qiáng)度大于B井。

表1 2口水平井基礎(chǔ)資料

表2 A井、B井壓裂數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

2口井所采用的壓裂液體系黏度如圖1所示。A井、B井所用滑溜水性質(zhì)基本一致，黏度為1～3 mPa·s，A井所用膠液黏度為18～22 mPa·s。

圖1 A井、B井壓裂液體系黏度

3 壓裂改造效果分析

A井、B井均于2015年9月開始投產(chǎn)，壓后排采情況如表3所示，日產(chǎn)氣量與累計(jì)日產(chǎn)氣量曲線如圖2、圖3所示。

A井、B井均在壓裂結(jié)束并關(guān)井3 ～ 4 d后開井，單井測試日產(chǎn)氣量相當(dāng)，A井返排率明顯高于B井。A井、B井首年日產(chǎn)氣量、首年累計(jì)日產(chǎn)氣量基本相當(dāng)，后續(xù)生產(chǎn)中，B井優(yōu)于A井。截至2017年底， B井累計(jì)日產(chǎn)氣量比A井高出23.25%，二者差距十分明顯。

根據(jù)各井每段壓裂施工數(shù)據(jù)，通過軟件模擬對施工壓力進(jìn)行擬合(見圖4、圖5)，得到裂縫形態(tài)及壓裂改造體積(見表4)。模擬結(jié)果顯示，與B井相比，A井的壓裂半縫長、縫寬、縫高都較大，這可以解釋其測試產(chǎn)氣量及首年累計(jì)產(chǎn)氣量較好的原因；但是A井壓裂改造體積小于B井，表示其壓裂后形成的裂縫沒有B井復(fù)雜，這一點(diǎn)可以通過返排率反映出來。相對于交聯(lián)膠壓裂工藝，采用滑溜水壓裂工藝更容易形成復(fù)雜的裂縫網(wǎng)絡(luò)，改造體積更大[10-11]。盡管A井、B井測試產(chǎn)量相當(dāng)，但是B井預(yù)測的最終可采儲量為1.06×108m3，明顯高于A井的0.66×108m3。

表3 A井、B井壓后排采情況表

注：數(shù)據(jù)截至2017年底。

圖2 A井、B井日產(chǎn)氣量曲線

圖3 A井、B井累計(jì)日產(chǎn)氣量曲線

圖5 B井某段壓裂壓力擬合圖

井名平均半縫長∕m縫寬∕mm縫高∕m改造體積∕(104m3)A井1912.517.21.92B井1531.613.33.61

4 結(jié) 語

威遠(yuǎn)地區(qū)A井、B井為頁巖氣水平井，地質(zhì)條件相近，壓裂模式不同，分別采用“低黏滑溜水+交聯(lián)膠連續(xù)加砂”工藝與“低黏滑溜水段塞式加砂”工藝。兩井測試日產(chǎn)氣量、首年累計(jì)日產(chǎn)氣量相當(dāng)；但采用“低黏滑溜冰+交聯(lián)膠連續(xù)加砂”工藝的A井返排率較高，單井最終可采儲量較低。采用“低黏滑溜水段塞式加砂”工藝的B井，壓裂后改造體積較大，形成的裂縫形態(tài)更加復(fù)雜。分析表明，“低黏滑溜水段塞式加砂”壓裂工藝效果更好，更適合威遠(yuǎn)地區(qū)頁巖氣藏開發(fā)的需要。