縫網(wǎng)體積壓裂在大牛地重復(fù)壓裂井中的應(yīng)用

劉 威

（華北油氣分公司石油工程技術(shù)研究院，河南鄭州 450006）

大牛地氣田累計(jì)探明資源探明率55.2 %，已進(jìn)入勘探開(kāi)發(fā)成熟期，天然氣動(dòng)用程度78 %，累計(jì)產(chǎn)氣將近400×108m3，采出程度僅10 %左右，遠(yuǎn)低于國(guó)際、國(guó)內(nèi)平均水平，對(duì)現(xiàn)有井進(jìn)行重復(fù)壓裂很有必要。前期優(yōu)選了7 口井開(kāi)展重復(fù)壓裂先導(dǎo)試驗(yàn)，2 口井產(chǎn)氣量增加，5 口井產(chǎn)氣量下降，整體實(shí)施效果不理想。設(shè)計(jì)采用常規(guī)加砂壓裂工藝，但并未取得預(yù)期效果。為了進(jìn)一步增加重復(fù)壓裂井儲(chǔ)層改造體積，提高單井產(chǎn)量，引入混合水縫網(wǎng)體積壓裂工藝。

縫網(wǎng)體積壓裂技術(shù)為致密砂巖氣藏的主要增產(chǎn)技術(shù)，已在鄂爾多斯盆地致密砂巖氣藏得到廣泛應(yīng)用[1-3]?？p網(wǎng)體積壓裂是通過(guò)注入不同黏度液體實(shí)現(xiàn)縱橫向裂縫展布最優(yōu)化，同時(shí)拌注暫堵劑，形成復(fù)雜縫網(wǎng)，增大改造體積。前期在油井重復(fù)改造中進(jìn)行體積壓裂的試驗(yàn)[4-6]，并取得一定效果。目前縫網(wǎng)體積壓裂在氣井老層中很少應(yīng)用，因此如何在氣井老層中優(yōu)化縫網(wǎng)體積關(guān)鍵施工參數(shù)及配套工藝，實(shí)現(xiàn)增大改造體積的目的，是本文的一個(gè)難點(diǎn)。通過(guò)模擬支撐劑鋪置剖面，對(duì)關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，最終形成適合大牛地氣田重復(fù)井縫網(wǎng)體積壓裂工藝技術(shù)，提高大牛地氣田資源的挖潛程度，進(jìn)一步提高單井產(chǎn)能和采收率。

1 縫網(wǎng)體積壓裂增產(chǎn)機(jī)理

常規(guī)壓裂以形成雙翼對(duì)稱裂縫為目的，在致密儲(chǔ)層中垂直于裂縫面方向的基質(zhì)滲流能力并未得到改善?？p網(wǎng)體積壓裂的裂縫是在三維方向上形成相互交錯(cuò)的網(wǎng)狀裂縫或者樹(shù)狀裂縫，在縫網(wǎng)區(qū)域形成一定的改造體積，增大了滲流體積（見(jiàn)圖1）。實(shí)現(xiàn)了對(duì)儲(chǔ)層的立體改造，有效提高了儲(chǔ)層平面及剖面上儲(chǔ)量動(dòng)用程度。同時(shí)能夠改善滲流狀況，建立有效驅(qū)替壓力系統(tǒng)，促使油氣井見(jiàn)效?？p網(wǎng)體積壓裂后，滲流狀況變好，滲透率、壓力恢復(fù)速度提高2～3 倍。滲透率提高、啟動(dòng)壓力梯度降低、近井地帶壓力損失減小，有利于有效驅(qū)替壓力系統(tǒng)的建立。

圖1 常規(guī)裂縫（左）、縫網(wǎng)體積壓裂裂縫（右）

2 支撐劑鋪置剖面模擬及參數(shù)優(yōu)化

2.1 支撐劑鋪置剖面模擬

縫網(wǎng)體積壓裂的泵注工藝主要有：正向縫網(wǎng)體積壓裂、反向縫網(wǎng)體積壓裂、段塞式正向縫網(wǎng)體積壓裂和段塞式反向縫網(wǎng)體積壓裂等四種方式。結(jié)合盒3 儲(chǔ)層特點(diǎn)，建立典型的壓裂模擬模型，模擬時(shí)儲(chǔ)層基礎(chǔ)參數(shù)按表1 選取，模擬這四類泵注工藝條件下支撐劑在裂縫中的鋪置剖面情況（見(jiàn)表1）。

2.1.1 常規(guī)壓裂 交聯(lián)液造縫（160 m3），交聯(lián)攜砂液進(jìn)行連續(xù)攜砂（340 m3），高黏液體攜砂，支撐劑鋪置較為均勻。

2.1.2 正向縫網(wǎng)體積壓裂 低黏壓裂液造縫（200 m3）、高黏壓裂液攜砂（200 m3），連續(xù)加砂，恒定排量。模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)，正向壓裂支撐劑鋪置較為均勻。

2.1.3 反向縫網(wǎng)體積壓裂 高黏壓裂液造縫（200 m3）、低黏壓裂液攜砂（200 m3），連續(xù)加砂，恒定排量。模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)，反向壓裂支撐劑下沉嚴(yán)重、鋪置極不均勻。

2.1.4 段塞式正向縫網(wǎng)體積壓裂 低黏壓裂液造縫（200 m3）、高黏壓裂液攜砂（200 m3），段塞式加砂（液體總量保持與連續(xù)加砂方式相同、砂量減半），恒定排量。段塞式正向壓裂出現(xiàn)明顯的“支撐劑團(tuán)”，支撐劑也越均勻。

2.1.5 段塞式反向混合水壓裂 高黏壓裂液造縫（200 m3）、低黏壓裂液攜砂（200 m3），段塞式加砂（液體總量保持與連續(xù)加砂方式相同、砂量減半），恒定排量。段塞式反向壓裂支撐劑團(tuán)不太明顯，支撐劑的下沉嚴(yán)重。

表1 盒3 儲(chǔ)層壓裂模型基礎(chǔ)參數(shù)

表2 不同泵注工藝模擬結(jié)果統(tǒng)計(jì)

從表2 可以看出：對(duì)比不同泵注工藝裂縫形態(tài)，正向縫網(wǎng)體積改造的體積最大，且支撐劑鋪置均勻。

2.2 關(guān)鍵參數(shù)優(yōu)化

通過(guò)壓裂軟件對(duì)影響改造效果的排量、液量、砂量以及前置液比例等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化[7-13]，實(shí)現(xiàn)體積改造最優(yōu)化。

2.2.1 排量 模擬恒定排量為4 m3/min、5 m3/min、6 m3/min、7 m3/min、8 m3/min、9 m3/min、10 m3/min 等情況下縫網(wǎng)延伸情況。隨著排量的增加，縫高和SRV 不斷增加，5 m3/min～6 m3/min 增加幅度變緩。

2.2.2 液量 模擬總液量為400 m3、500 m3、600 m3、700 m3、800 m3、900 m3、1 000 m3情況下縫網(wǎng)延伸情況。設(shè)定前置液比例和砂比恒定，前置液和攜砂液同比例增減。模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)：隨液量增加，縫長(zhǎng)、縫高和SRV不斷增加，液量600 m3～700 m3增加幅度變緩。

2.2.3 砂量和砂比 砂量和砂比的變化主要調(diào)整砂比實(shí)現(xiàn)，前置液和攜砂液量均不變。模擬砂比為16 %、18 %、20 %、22 %、24 %、26 %時(shí)縫網(wǎng)延伸形態(tài)和導(dǎo)流能力變化。模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)：砂量和砂比對(duì)縫網(wǎng)尺寸的影響極小，砂比和砂量越大、SRV 越大。為保證足夠?qū)Я髂芰?，又可降低砂堵風(fēng)險(xiǎn)，建議砂比為18 %。

2.2.4 前置液比例 保持總液量和砂比不變，調(diào)整前置液量以模擬前置液比例為40 %、50 %、60 %、70 %下縫網(wǎng)延伸情況。模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)：隨著前置液（低黏度液體）比例的增加，縫長(zhǎng)和SRV 均不斷增加，縫高則大幅減小。前置液比例為50 %時(shí)，縫高處于較低水平，縫長(zhǎng)較長(zhǎng)并具有較大SRV。因此，優(yōu)化前置液比例為50 %（見(jiàn)圖2）。

圖2 不同施工參數(shù)對(duì)縫網(wǎng)參數(shù)的影響趨勢(shì)圖

3 縫網(wǎng)體積壓裂有利條件評(píng)價(jià)

通過(guò)判斷脆性礦物成分和計(jì)算脆性指數(shù)是目前國(guó)內(nèi)外評(píng)價(jià)是否形成復(fù)雜縫網(wǎng)的重要手段[14-17]。巖石脆性指數(shù)的計(jì)算有兩種方法，一種方法是根據(jù)巖石礦物組成判斷，即取巖石中石英含量與巖石中石英、碳酸鹽及黏土總含量的比值作為該巖石脆性指數(shù)。一般石英含量超過(guò)30 %便可認(rèn)為巖石具有較高脆性指數(shù)。大牛地氣田盒3 段儲(chǔ)層巖性主要為中、粗粒巖屑砂巖，少量巖屑石英砂巖和長(zhǎng)石巖屑砂巖。碎屑顆粒中石英含量平均為74.8 %，長(zhǎng)石含量平均為8.6 %，巖屑含量平均為16.6 %，具有較高脆性指數(shù)。

另一種方法則是測(cè)井曲線法來(lái)評(píng)價(jià)巖石脆性，對(duì)巖石脆性指數(shù)計(jì)算更貼近實(shí)際值。通過(guò)巖石力學(xué)參數(shù)計(jì)算軟件對(duì)100 口井盒3 儲(chǔ)層的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，得到盒3 儲(chǔ)層巖石脆性指數(shù)為0.45～0.62，一般認(rèn)為當(dāng)脆性指數(shù)大于0.4 時(shí)，巖石脆性較強(qiáng)，當(dāng)脆性指數(shù)大于0.6 時(shí)，巖石脆性非常強(qiáng)。盒3 儲(chǔ)層脆性指數(shù)在0.45～0.62，說(shuō)明儲(chǔ)層巖石大部分是脆性的，少部分顯示為強(qiáng)脆性特征，在壓裂時(shí)易于形成縫網(wǎng)。

雖然大牛地氣田砂巖儲(chǔ)層裂縫不發(fā)育，由于是在老層中進(jìn)行重復(fù)改造，因此采用加入暫堵劑的方式，使裂縫發(fā)生轉(zhuǎn)向，以達(dá)到實(shí)現(xiàn)形成復(fù)雜縫的目的。

4 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)效果分析

4.1 整體實(shí)施效果

2019 年大牛地氣田共開(kāi)展4 口井的重復(fù)壓裂井縫網(wǎng)體積壓裂技術(shù)試驗(yàn)，均實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)（見(jiàn)表3），日增天然氣8 000 m3左右。

表3 大牛地氣田4 口井增產(chǎn)情況

4.2 典型井分析

C 井重復(fù)壓裂層位為盒3 層，解釋為氣層，孔隙度12.4 %，飽和度51.2 %，但厚度僅2.4 m。2006 年3 月對(duì)盒3 進(jìn)行第一次壓裂改造，施工順利，加砂規(guī)模50.2 m3。2006 年9 月壓后初期日產(chǎn)氣6 030 m3，累計(jì)產(chǎn)氣709×104m3，重復(fù)壓裂前日產(chǎn)氣1 675 m3。分析認(rèn)為盒3層物性條件較好，但壓后累產(chǎn)較低，具有重復(fù)壓裂的條件。

2019 年5 月對(duì)該井進(jìn)行壓裂施工，設(shè)計(jì)思路采用：避免井間干擾的條件下通過(guò)合理增加縫長(zhǎng)從而提高裂縫-儲(chǔ)層接觸，通過(guò)低黏滑溜水+高黏交聯(lián)液+縫內(nèi)暫堵轉(zhuǎn)向劑的工藝手段提高壓裂裂縫的復(fù)雜程度從而增加裂縫-儲(chǔ)層接觸。該井順利完成對(duì)盒3 段的壓裂施工，設(shè)計(jì)及施工參數(shù)（見(jiàn)表4）。施工過(guò)程中加入230 kg暫堵劑，該井施工過(guò)程進(jìn)行井下微地震監(jiān)測(cè)[18，19]，從裂縫監(jiān)測(cè)來(lái)看，整體寬度達(dá)到了168 m，寬度與長(zhǎng)度比值為0.335，縫網(wǎng)復(fù)雜程度高。同時(shí)裂縫在剛開(kāi)始延伸方向?yàn)閰^(qū)域主應(yīng)力方位，轉(zhuǎn)向劑加入以后裂縫較為復(fù)雜，整體方位變成東西方位（大牛地原始最大主應(yīng)力方向北東45°～75°），開(kāi)啟新裂縫。該井壓后增產(chǎn)效果較好，目前已累計(jì)增產(chǎn)28.8×104m3，平均日增產(chǎn)2 910 m3（見(jiàn)圖3）。

表4 設(shè)計(jì)及施工參數(shù)對(duì)比表

圖3 微地震事件統(tǒng)計(jì)的裂縫方位玫瑰圖

5 結(jié)論

（1）通過(guò)對(duì)支撐劑鋪置剖面進(jìn)行模擬，對(duì)比四種不同泵注工藝裂縫形態(tài)，正向縫網(wǎng)體積改造的體積最大，且支撐劑鋪置均勻。

（2）采用壓裂軟件對(duì)關(guān)鍵參數(shù)優(yōu)化，排量5 m3/min～6 m3/min、液量600 m3～700 m3、砂比為18 %、前置液比例50 %時(shí)，實(shí)現(xiàn)縫網(wǎng)體積改造的最優(yōu)化。

（3）大牛地氣田巖石脆性指數(shù)在0.45～0.62，儲(chǔ)層巖石大部分是脆性的，少部分顯示為強(qiáng)脆性特征，在壓裂時(shí)易于形成縫網(wǎng)。雖然裂縫不發(fā)育，通過(guò)加入暫堵劑使裂縫發(fā)生轉(zhuǎn)向，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜縫。通過(guò)井下微地震也驗(yàn)證了裂縫發(fā)生轉(zhuǎn)向，形成了復(fù)雜縫網(wǎng)。

（4）現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，縫網(wǎng)體積壓裂技術(shù)在大牛地重復(fù)壓裂井中取得了較好的改造效果，具備推廣應(yīng)用前景。4 口老井采用縫網(wǎng)體積壓裂后重均實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)，日增天然氣8 000 m3左右。