基于儲(chǔ)層潛力的水平井分段酸壓設(shè)計(jì)優(yōu)化與應(yīng)用

葉頡梟， 陳偉華， 張思琦， 李 松， 王福云， 薛 衡

(1中國(guó)石油西南油氣田分公司工程技術(shù)研究院 2中國(guó)石油西南油氣田分公司天然氣研究院 3中國(guó)振華石油控股有限公司)

2011年，高石1井在震旦系測(cè)試獲氣，這是四川盆地繼威遠(yuǎn)氣田震旦系發(fā)現(xiàn)之后，在震旦系層段的又一重大突破[1]。高石梯氣田位于高石梯-安平店-磨溪潛伏構(gòu)造帶，規(guī)模有效儲(chǔ)集層為震旦系燈影組，儲(chǔ)層巖性主要為丘灘復(fù)合體的藻凝塊云巖、藻疊層、藻砂屑云巖。燈影組儲(chǔ)層總體上呈現(xiàn)低孔低滲的特征，儲(chǔ)集空間復(fù)雜(裂縫-孔隙型、裂縫-孔洞型、裂縫型并存)，非均質(zhì)性很強(qiáng)[2]。

目前震旦系主要通過(guò)水平井和大斜度井進(jìn)行開(kāi)發(fā)生產(chǎn)，分段酸壓是水平井最主要的增產(chǎn)改造手段[3]。依據(jù)以?xún)?chǔ)層物性為標(biāo)準(zhǔn)的分段原則[4]，將潛力井段和非潛力井段分開(kāi)改造。酸壓前對(duì)儲(chǔ)層科學(xué)客觀評(píng)價(jià)是分段改造方案優(yōu)化的基礎(chǔ)[5-6]，面對(duì)眾多工程地質(zhì)資料，僅憑現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)具有局限性和盲目性[7]，碳酸鹽巖儲(chǔ)層的非均質(zhì)性特點(diǎn)及水平井長(zhǎng)井筒效應(yīng)影響[8]，使得均質(zhì)儲(chǔ)層常規(guī)酸化設(shè)計(jì)方法不再適用。

為了提高震旦系水平井分段酸壓設(shè)計(jì)的針對(duì)性和有效性，通過(guò)兩種獨(dú)立評(píng)價(jià)方法找出影響震旦系改造效果的關(guān)鍵因素，進(jìn)行了碳酸鹽巖儲(chǔ)層水平井分段酸壓優(yōu)化設(shè)計(jì)，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果好。

一、酸壓前儲(chǔ)層評(píng)價(jià)

震旦系碳酸鹽巖酸壓目的在于溝通縫洞，用于儲(chǔ)層評(píng)價(jià)的參數(shù)應(yīng)能很好表征縫洞情況，因此篩選出構(gòu)造背景、地震資料、鉆錄井顯示、成像測(cè)井資料和巖心實(shí)物五種資料作為評(píng)價(jià)因素。

1.評(píng)價(jià)方法

1.1 信息量分析

則總信息量為：I=∑Iδ。

將震旦系碳酸鹽巖儲(chǔ)層已完成試油且資料滿(mǎn)足評(píng)價(jià)要求的30口井測(cè)試產(chǎn)量及各自的五種評(píng)價(jià)因素運(yùn)用上述方法分析，酸壓后測(cè)試產(chǎn)量<50×104m3/d為A組，其余分在B組。以地震資料信息量分析為例，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。所有五個(gè)評(píng)價(jià)因素的總信息量計(jì)算結(jié)果如圖1所示。

表1 地震資料量化評(píng)分依據(jù)

圖1 各因素總信息量對(duì)比圖

1.2 灰關(guān)聯(lián)分析

為了驗(yàn)證信息量分析方法的可靠性，采用原理不同的灰關(guān)聯(lián)方法對(duì)各因素的影響程度進(jìn)行再排序[10]。將氣井產(chǎn)量作為參考數(shù)列X0={X0(k)|k=1,2,……,n}，待評(píng)價(jià)的五個(gè)因素作為比較數(shù)列Xi={Xi(k)|k=1,2,……,n}(i=1,2,……,m)，其中n為各參數(shù)的取值，m為比較數(shù)列個(gè)數(shù)，則Xi(k)與X0(k)的關(guān)聯(lián)系數(shù)ξ通過(guò)式(1)計(jì)算：

(1)

2.評(píng)價(jià)結(jié)果分析

從圖1和圖2可知，兩種評(píng)價(jià)方法得到的結(jié)果排序一致，證明評(píng)價(jià)結(jié)果可信度高。評(píng)價(jià)結(jié)果表明，地震資料反應(yīng)出的縫洞發(fā)育情況對(duì)震旦系氣井產(chǎn)量的影響最大，其次為成像測(cè)井資料、巖心資料和鉆錄井顯示資料，構(gòu)造背景因素影響最低。因此，震旦系碳酸鹽巖水平井分段酸壓優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)該充分利用地震資料，通過(guò)地震資料反應(yīng)出的較大范圍內(nèi)的地質(zhì)展布特征，明確縫洞體位置和形態(tài)，實(shí)現(xiàn)科學(xué)分段和提高酸壓規(guī)模及參數(shù)設(shè)計(jì)的合理性。

圖2 各因素灰關(guān)聯(lián)度對(duì)比圖

二、分段酸壓設(shè)計(jì)優(yōu)化

分段進(jìn)行酸壓設(shè)計(jì)，對(duì)每一段適用的工藝進(jìn)行優(yōu)選[11-12]，同時(shí)合理優(yōu)化施工規(guī)模與參數(shù)[13-17]，提高全井段酸壓效率。

1.分段方案優(yōu)化

根據(jù)酸壓前儲(chǔ)層評(píng)價(jià)結(jié)果，震旦系水平井分段應(yīng)該主要依據(jù)地震資料。縫洞體的地震響應(yīng)表現(xiàn)出“雜亂反射”特征，大型溶洞則表現(xiàn)出“串珠狀”強(qiáng)反射特征。以GH1井分段優(yōu)化為例說(shuō)明如何通過(guò)地震資料進(jìn)行分段優(yōu)化。圖3和圖4是GH1井地震剖面的縱切圖和橫切圖。從圖中能看出，入靶點(diǎn)前后均鉆遇縫洞發(fā)育帶；沿水平段軌跡中間某部分可能鉆遇縫洞體；靠近B點(diǎn)附近，井筒周?chē)l(fā)育有利儲(chǔ)集體。對(duì)于這口實(shí)例井，就可根據(jù)井眼鉆遇縫洞、井周存在縫洞和井周無(wú)縫洞三種不同情況，分為6個(gè)獨(dú)立的改造段，便于實(shí)施針對(duì)性措施。用于分段的封隔器應(yīng)選擇在井徑規(guī)則，所在位置成像顯示裂縫不發(fā)育的井段，而滑套選擇在水平主應(yīng)力較低處有利于酸蝕裂縫的起裂和縫高的控制。

圖3 GH1井縫洞體檢測(cè)縱切圖

圖4 GH1井縫洞體檢測(cè)橫切圖

2.適用工藝優(yōu)選

對(duì)于鉆遇縫洞的井段，地震縫洞檢測(cè)明顯異常，異常越明顯縫洞體規(guī)模越大，成像測(cè)井也會(huì)出現(xiàn)連續(xù)大片深色暗影，還會(huì)出現(xiàn)鉆井放空或鉆時(shí)加快及井漏顯示(震旦系個(gè)別井井漏量多達(dá)幾千方鉆井液)。此類(lèi)已鉆穿縫洞的井段不適合采用大規(guī)?；虼笈帕克釅汗に?，進(jìn)行疏通孔隙吼道的解堵酸化即可，否則大量酸液繼續(xù)進(jìn)入縫洞內(nèi)與鉆井液混合，既不能解除傷害，還會(huì)造成返排困難影響氣井產(chǎn)量。對(duì)于井筒周?chē)嬖诳p洞的井段，則需要用酸壓工藝造酸蝕裂縫盡可能實(shí)現(xiàn)溝通。表2給出了不同井段特征下適合的酸化工藝。

3.規(guī)模與排量?jī)?yōu)化

水平井酸壓形成的酸蝕裂縫形態(tài)取決于水平主應(yīng)力與井眼軌跡的關(guān)系：井筒平行于最小水平主應(yīng)力方向產(chǎn)生橫向縫，井筒垂直于最小水平主應(yīng)力方向產(chǎn)生縱向縫，產(chǎn)生水平縫的情況較少。無(wú)論是橫向縫還是縱向縫，都能通過(guò)井筒與有利儲(chǔ)集體之間距離確定所需要的溝通縫長(zhǎng)，一旦縫長(zhǎng)確定，就能明確單段酸壓規(guī)模。以GH1井為例，將該井的井眼軌跡投射在地震響應(yīng)圖上(圖4)，可以看出該井軌跡大致呈南西-北東走向。該區(qū)塊震旦系燈四段的平均最大水平主應(yīng)力方向123.0°，與井眼軌跡接近垂直，有利于形成橫向縫。需要造縫改造的第一段和第三段，井眼與縫洞體橫向上距離約為65 m和45 m，就可分別確定各自酸化規(guī)模。

表2 不同類(lèi)型井段的改造需求與適合工藝

為了延緩酸巖反應(yīng)速率，提高酸液有效作用距離，遵循在施工壓力不超過(guò)限壓的情況下，盡可能提高施工排量。而對(duì)于漏失井段，則應(yīng)控制施工規(guī)模和排量。

三、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

文中提到的GH1井是部署在高石梯構(gòu)造震旦系燈影組的一口水平井，采用裸眼完井，完鉆井深5 838.0 m，水平段長(zhǎng)度650.35 m，儲(chǔ)層巖性以白云巖為主。經(jīng)過(guò)分段酸壓優(yōu)化設(shè)計(jì)，利用裸眼封隔器和滑套開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)6段分段酸壓，提高了強(qiáng)非均質(zhì)水平段酸壓效率。該井改造效果好，壓后測(cè)試產(chǎn)量高達(dá)110×104m3/d。目前生產(chǎn)套壓34 MPa，油壓44 MPa，平均產(chǎn)量28×104m3/d，既實(shí)現(xiàn)壓后高產(chǎn)，又實(shí)現(xiàn)投產(chǎn)后穩(wěn)產(chǎn)。采用這種設(shè)計(jì)方法，大幅提高了震旦系氣井測(cè)試產(chǎn)量，與前期同類(lèi)儲(chǔ)層兩口改造井對(duì)比，測(cè)試產(chǎn)量提高2～3倍。

四、結(jié)論與建議

(1)可判斷或預(yù)測(cè)縫洞發(fā)育情況的五種資料對(duì)于震旦系氣井測(cè)試產(chǎn)量影響排序?yàn)椋旱卣鹳Y料>成像測(cè)井資料>巖心資料>鉆錄井顯示>構(gòu)造背景。

(2)地震反應(yīng)出的縫洞體分布特征與井眼軌跡疊合后，可用于實(shí)現(xiàn)水平井合理分段和確定各段改造目標(biāo)。綜合壓前儲(chǔ)層評(píng)價(jià)進(jìn)行各段改造工藝優(yōu)選，依據(jù)井筒與縫洞體定量關(guān)系進(jìn)行施工參數(shù)優(yōu)化。

(3)基于儲(chǔ)層評(píng)價(jià)的水平井分段酸壓設(shè)計(jì)優(yōu)化方法經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后取得很好的效果，為同類(lèi)型儲(chǔ)層改造提供了有效的手段。