二連盆地烏蘭花凹陷花崗巖儲(chǔ)層改造技術(shù)研究及應(yīng)用

趙政嘉，顧玉潔，史原鵬，吳 剛，成 捷，李 凱，張智勇

(1.中國(guó)石油華北油田分公司，河北 任丘 062552；2.北京斯迪萊鉑油氣技術(shù)有限公司，北京 100176)

烏蘭花凹陷位于二連盆地南部，是二連油田近年來重點(diǎn)勘探的新凹陷之一。目前為止，烏蘭花凹陷已有四十余口井鉆遇花崗巖儲(chǔ)層，70%以上見油氣顯示?？傮w來看，烏蘭花凹陷花崗巖儲(chǔ)層分布較廣，屬于低孔特低滲儲(chǔ)層[1-5]。分析花崗巖儲(chǔ)層特點(diǎn)與改造難點(diǎn)，通過室內(nèi)研究及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，選擇針對(duì)性強(qiáng)的壓裂改造工藝技術(shù)，提高花崗巖儲(chǔ)層壓裂改造效果，對(duì)烏蘭花凹陷花崗巖的勘探開發(fā)具有重要意義。

1 區(qū)塊地質(zhì)概況

烏蘭花凹陷位于內(nèi)蒙古自治區(qū)烏蘭察布市，構(gòu)造隸屬溫都爾廟隆起的中北部，面積約600 km2，最大埋深3 000 m。凹陷東部發(fā)育NE向的邊界斷層，具有良好的聚油背景。東部為物源區(qū)，露頭區(qū)發(fā)育有早期補(bǔ)給通道。物源母巖為花崗巖，儲(chǔ)層成分成熟度高，儲(chǔ)層位于裂縫發(fā)育帶，儲(chǔ)層條件有利，潛山受斷層夾持形成的壘塊，圈閉潛山形態(tài)更為完整，成藏條件有利[6-7]。

2 花崗巖儲(chǔ)層特征

2.1 巖性特征

利用XRD分析了研究區(qū)域的花崗巖巖芯，主要礦物成分為鉀長(zhǎng)石、鈉長(zhǎng)石和石英；次要礦物成分為白云石和方解石。其中，鉀長(zhǎng)石含量為23.4%～76.7%，平均為41.8%；鈉長(zhǎng)石含量為11.1%～46.5%，平均為32.6%；石英含量為8.0%～36.2%，平均為16.3%(表1)。這反映出花崗巖儲(chǔ)層礦物以長(zhǎng)石為主，為微裂縫和溶蝕孔隙的發(fā)育提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。

表1 巖石礦物組分Table 1 Rock mineral composition

2.2 物性特征

表2為物性實(shí)驗(yàn)所得孔深特征參數(shù)。由表2可知，巖芯孔隙度最大為4.84%，最小為3.01%，平均為3.72%， 滲透率最大為0.0446×10-3μm2， 最小為0.0049×10-3μm2，平均為0.017×10-3μm2。這反映出花崗巖儲(chǔ)層巖石致密，滲透性差，表現(xiàn)出低孔(特)低滲的特征。

表2 孔滲特征參數(shù)Table 2 Perforation feature parameters

2.3 孔隙結(jié)構(gòu)特征

圖1為L(zhǎng)an18井巖芯宏觀和微觀顯示圖。由圖1可知，花崗巖儲(chǔ)層的儲(chǔ)集空間和滲流通道主要有微裂縫和溶蝕孔[8-9]。裂縫及溶蝕孔被方解石、瀝青質(zhì)和原油等充填或半充填。微裂縫對(duì)花崗巖儲(chǔ)層的滲流能力有極其重要的影響，儲(chǔ)層中單個(gè)的溶蝕孔隙主要依靠微裂縫進(jìn)行溝通，一旦微裂縫在應(yīng)力作用下發(fā)生閉合或被水相圈閉，孔隙中儲(chǔ)集的油氣將無法采出(圖1)。

圖1 Lan18井巖芯宏觀和微觀顯示圖Fig.1 Macroscopic and microscopic photograph ofcore of Lan18 well

2.4 裂縫產(chǎn)狀

圖2為L(zhǎng)an47井FMI成像測(cè)井與巖芯觀察對(duì)比圖。由圖2可知，花崗巖儲(chǔ)層溶孔及微裂縫發(fā)育，天然裂縫傾角在50～85°之間，主要為斜交縫和高角度縫；溶蝕孔洞分布較為分散，連通性差[10]。將對(duì)應(yīng)井段巖芯作了對(duì)比，結(jié)果證實(shí)二者的判別結(jié)果吻合，結(jié)果可信。

3 花崗巖儲(chǔ)層改造難點(diǎn)分析

3.1 楊氏模量高，抗壓強(qiáng)度大，裂縫寬度窄，易砂堵

圖2為根據(jù)Kaiser效應(yīng)巖芯試驗(yàn)所得巖石力學(xué)參數(shù)[11-13]。由表3可知，巖石楊氏模量為31 530 MPa，泊松比為0.120，抗壓強(qiáng)度為122.531 MPa，脆性指數(shù)為0.516，具有一定的脆性，壓裂時(shí)利于形成復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致壓裂裂縫縫寬較窄，易砂堵。

圖2 Lan47井FMI成像測(cè)井與巖芯觀察對(duì)比圖Fig.2 Comparison of Lan47 well FMI imaging loggingand core observation

3.2 天然微裂縫發(fā)育，開啟后易閉合，降低儲(chǔ)層滲流能力

花崗巖儲(chǔ)層屬于裂縫性儲(chǔ)層，天然微裂縫發(fā)育，壓裂施工開啟后易閉合，堵塞儲(chǔ)層主要滲流通道，降低儲(chǔ)層的滲流能力。施工過程中需要考慮支撐劑加入方式，同時(shí)匹配裂縫縫寬與支撐劑粒徑的關(guān)系。

3.3 儲(chǔ)層基質(zhì)致密，物性差，整體貢獻(xiàn)率差

花崗巖儲(chǔ)層基質(zhì)的滲透率小于0.1×10-3μm2，有效孔隙度小于5%，反映出油藏基質(zhì)向裂縫供油氣能力差，壓裂后初期產(chǎn)量較高，但有效期短。這就要求盡量溝通更多的天然裂縫系統(tǒng)，構(gòu)建復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)，提高改造體積。

表3 巖石力學(xué)參數(shù)Table 3 Rock mechanics parameters

4 花崗巖儲(chǔ)層改造技術(shù)探討

根據(jù)花崗巖儲(chǔ)層的地質(zhì)特征和巖石力學(xué)特征，采取了一系列配套的壓裂改造措施[14]。

4.1 壓裂液優(yōu)化

經(jīng)過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)精細(xì)評(píng)價(jià)和論證，優(yōu)選出最終的壓裂液配方，稠化劑濃度選用0.35%JK低傷害超級(jí)瓜爾膠。利用MARS40流變儀測(cè)定0.35%瓜爾膠壓裂液耐溫耐剪切性能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該體系在100 ℃，170 s-1條件下具有較好的耐溫耐剪切性能，剪切120 min后表觀黏度基本保持在150 mPa·s以上，且破膠后殘?jiān)績(jī)H為167 mg/L，極大地降低了對(duì)儲(chǔ)層的傷害，可滿足現(xiàn)場(chǎng)施工要求。

4.2 不同粒徑支撐劑組合技術(shù)

對(duì)于加砂壓裂施工，只有當(dāng)裂縫寬度與支撐劑粒徑的比值達(dá)到一定要求后，加砂才能順利進(jìn)行。砂比增加，要求比值增大。在相同縫寬下，滿足小粒徑支撐劑施工時(shí)的砂比高于大粒徑支撐劑的砂比，小粒徑支撐劑施工難度小[15]。為了降低施工風(fēng)險(xiǎn)，提高壓裂成功率及支撐裂縫導(dǎo)流能力，采用流動(dòng)性較好的0.106～0.212 mm陶粒支撐狹窄裂縫區(qū)域，0.212～0.425 mm和0.300～0.600 mm陶粒支撐裂縫條件較好區(qū)域的支撐劑注入技術(shù)。既滿足了施工要求，又提供了足夠的裂縫導(dǎo)流能力。室內(nèi)裂縫導(dǎo)流能力試驗(yàn)，在不同閉合壓力下，對(duì)比0.106～0.212 mm、0.212～0.425 mm和0.300～0.600 mm陶粒單粒徑和按1∶6∶3方式組合的導(dǎo)流能力，適當(dāng)比例的組合支撐劑在導(dǎo)流能力和抗壓能力上都能顯示一定的優(yōu)勢(shì)。考慮到導(dǎo)流能力的大小及現(xiàn)場(chǎng)施工加砂的難易程度，采用全粒徑支撐劑組合方式較為合適(圖3)。

4.3 縫網(wǎng)壓裂技術(shù)

烏蘭花凹陷花崗巖儲(chǔ)層具有天然裂縫發(fā)育、楊氏模量高、脆性明顯等特點(diǎn)。根據(jù)花崗巖儲(chǔ)層特點(diǎn)，借鑒非常規(guī)油氣縫網(wǎng)壓裂改造思路，采用復(fù)合壓裂液技術(shù)，溝通更多的天然裂縫，形成主縫及分支縫，最終形成天然裂縫與人工裂縫相互交錯(cuò)的裂縫網(wǎng)絡(luò)，從而最大限度提高儲(chǔ)層改造程度。同時(shí)，結(jié)合全粒徑支撐劑組合注入技術(shù)，既保持了主裂縫的高導(dǎo)流能力，又降低了加砂難度，最終實(shí)現(xiàn)了全尺度裂縫支撐，充分解放分支裂縫及微裂縫的產(chǎn)能[15-17]。

5 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

該區(qū)塊已完成多口井花崗巖儲(chǔ)層的體積壓裂改造，增產(chǎn)效果均較為顯著。以Lan47井為例，通過其現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用和裂縫監(jiān)測(cè)結(jié)果，可以看出體積壓裂具有良好的改造效果，獲得較高的初期產(chǎn)量(圖4)。

圖3 不同粒徑支撐劑組合導(dǎo)流能力對(duì)比圖Fig.3 Comparison of flow conductivity ofdifferent particle size supports

圖4 Lan47井壓裂裂縫三維分布圖Fig.4 Three-dimensional distribution offracturing cracks of Lan47 well

Lan47井改造井段2 116.20～2 198.75 m，具有低孔特低滲、天然裂縫發(fā)育等特點(diǎn)，壓裂施工采用提高基質(zhì)貢獻(xiàn)率、降低壓裂液儲(chǔ)層傷害等工藝技術(shù)。Lan47井前置液階段前期采用滑溜水起裂，中期采用線性膠增加縫寬及分支縫，后期選用凍膠形成主縫；攜砂液階段采用優(yōu)選的組合粒徑支撐劑注入；全尺度支撐及復(fù)合壓裂改造工藝技術(shù)進(jìn)行施工。共注入液體958.7 m3，其中，滑溜水342.6 m3，線性膠217.7 m3，凍膠398.4 m3；注入陶粒砂量為70.07 m3，其中，0.106～0.212 mm粒徑陶粒砂量為7.0 m3，0.212～0.425 mm粒徑陶粒砂量為44.0 m3，0.300～0.600 mm粒徑陶粒砂量為19.07 m3，平均砂比20%。施工壓力28.54～31.39 MPa，主壓裂施工排量9.68～10.44 m3/min。該探井壓裂后產(chǎn)油量為12.75 m3/d，達(dá)到工業(yè)油流標(biāo)準(zhǔn)。壓裂后微地震監(jiān)測(cè)結(jié)果證明，儲(chǔ)層改造體積達(dá)到2.38×106m3，取得了良好的增產(chǎn)改造效果，對(duì)烏蘭花凹陷花崗巖勘探開發(fā)具有重要的指導(dǎo)意義。

6 結(jié) 論

1) 充分利用天然裂縫，提高油藏的改造體積，擴(kuò)大裂縫與油藏的接觸面積，有利于花崗巖裂縫性儲(chǔ)層的有效開發(fā)。

2) 復(fù)合壓裂液技術(shù)結(jié)合全粒徑支撐劑組合技術(shù)，既保持了主裂縫的高導(dǎo)流能力，又降低了加砂難度，最終實(shí)現(xiàn)了分支縫及微裂縫的產(chǎn)能釋放。

3) 裂縫性花崗巖儲(chǔ)層綜合改造技術(shù)取得成功應(yīng)用，增產(chǎn)效果顯著，對(duì)類似儲(chǔ)層的改造具有很好的借鑒和指導(dǎo)意義。