南翼山V油組水平井體積壓裂可行性論證

付穎 張春業(yè) 劉永 張勇 張力

摘要：南翼山V油組屬于下油砂山組N21油藏，具有構(gòu)造平緩、油藏淺、小層多、藻灰?guī)r發(fā)育、低孔低滲等特征，直井開(kāi)發(fā)效果差，自然產(chǎn)能低，因此，擬通過(guò)水平井體積壓裂技術(shù)研究與應(yīng)用，提高改造體積、增大泄油面積、降低生產(chǎn)壓差，從而實(shí)現(xiàn)高效開(kāi)發(fā)。研究表明，南翼山V油組油藏儲(chǔ)集層微裂縫發(fā)育，巖石具有一定脆性，地應(yīng)力條件復(fù)雜，通過(guò)采用大排量、大液量、縫內(nèi)暫堵的水平井體積壓裂技術(shù)，形成復(fù)雜裂縫系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)提高單井產(chǎn)量和改善開(kāi)發(fā)效果的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：南翼山;水平井;體積壓裂;可行性

目前，水平井體積壓裂技術(shù)是非常規(guī)油氣儲(chǔ)集層提高單井產(chǎn)量最有效的方法。研究結(jié)果表明，巖石礦物組分、天然裂縫發(fā)育狀況和巖石力學(xué)特征是判斷儲(chǔ)集層是否具備實(shí)施體積壓裂改造的三個(gè)主要因素。巖性具有顯著的脆性特征，是實(shí)現(xiàn)體積壓裂改造的物質(zhì)基礎(chǔ);發(fā)育良好的天然裂縫和層理，是實(shí)現(xiàn)體積改造的前提條件。南翼山V油組油藏儲(chǔ)集層埋藏淺、非均質(zhì)性強(qiáng)、儲(chǔ)集空間多樣、巖性復(fù)雜、加砂量難度大、裂縫形態(tài)難以預(yù)測(cè)、單一工藝無(wú)法滿足措施改造需求等開(kāi)發(fā)難點(diǎn)，因此，體積壓裂和縫網(wǎng)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)南翼山V油組油藏有效改造的發(fā)展方向。

1、儲(chǔ)集層地質(zhì)特征

南翼山V油組N21油藏主要是以碳酸鹽巖為主的碳酸鹽巖與砂巖的混積咸水淺湖相和半深湖相沉積，沉積微相發(fā)育有泥坪、顆粒灘、灰坪、云坪等;巖性以碳酸鹽巖為主，主要為泥巖、灰（云）巖、藻灰（云）巖和少量粉砂巖四類巖性礦物，成分以碳酸鹽礦物（包括方解石、白云石和菱鐵礦等）為主，占礦物總量55.5%，而碎屑礦物成分（石英和長(zhǎng)石等）僅占礦物總量的19.8%，泥質(zhì)粘土礦物成分為15.1%。南翼山V油層組儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性能較好，儲(chǔ)層孔隙度分布主要集中在8.5-14%，平均孔隙度為11.1%;滲透率整體上分布范圍較寬，在0.1-12.8mD區(qū)間，平均滲透率為2.43mD。南翼山V油組N21油藏儲(chǔ)層的儲(chǔ)集空間類型主要包括：①次生溶蝕孔;②原生孔，包括顆粒間孔和藻孢孔;③晶間微孔;④裂縫，包括成巖縫和微裂縫，其中次生溶蝕孔是南翼山最主要的儲(chǔ)集空間類型。

2、體積壓裂可行性論證

2.1、巖石力學(xué)參數(shù)

通過(guò)對(duì)南翼山三軸力學(xué)、縱橫波測(cè)試，確定巖石力學(xué)參數(shù)，楊氏模量為22.6GPa，泊松比為0.29，并建立波速轉(zhuǎn)換關(guān)系指導(dǎo)方案設(shè)計(jì)。

南翼山V油組三軸壓縮測(cè)試獲得的基巖的應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖所示，表面巖石具有一定脆性。

2.2、地應(yīng)力大小及方位

開(kāi)展聲發(fā)射、差應(yīng)變等試驗(yàn)方法確定地應(yīng)力方位及大小，Ⅴ油組水平應(yīng)力差在9MPa左右，可通過(guò)增加排量和縫內(nèi)暫堵增大縫內(nèi)凈壓力，提高波及寬度，通過(guò)大型滑溜水壓裂來(lái)實(shí)現(xiàn)剪切滑移形成復(fù)雜縫網(wǎng)，優(yōu)選Newberry應(yīng)力模型開(kāi)展應(yīng)力剖面計(jì)算，為設(shè)計(jì)及水平井部署提供依據(jù)。

通過(guò)古地磁巖芯定向試驗(yàn)及壓裂監(jiān)測(cè)結(jié)果等研究，確定南翼山最大主地應(yīng)力方位在北偏東35°，指導(dǎo)水平井方位NE120°。

2.3、論證結(jié)果

大型水力裂縫擴(kuò)展物模實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，水力壓裂施工形成的裂縫復(fù)雜程度與以下因素有關(guān)：

（1）力學(xué)控制條件：巖石脆性特征是形成多裂縫的基礎(chǔ)，脆性特征采用脆性指數(shù)表征，脆性指數(shù)越高越有利于儲(chǔ)層“打碎”形成縫網(wǎng)。彈性模量越大、泊松比越小，易形成縫網(wǎng);脆性礦物含量高（硅質(zhì)、鈣質(zhì)），儲(chǔ)層易形成縫網(wǎng);

（2）結(jié)構(gòu)弱面發(fā)育情況：儲(chǔ)層中發(fā)育良好的結(jié)構(gòu)弱面（通常表現(xiàn)為天然裂縫、節(jié)理及層理）或者基質(zhì)中的薄弱點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)體積改造的必要條件。天然裂縫越發(fā)育越容易形成復(fù)雜的縫網(wǎng)。成網(wǎng)的難易程度與天然裂縫和層理的性質(zhì)密切相關(guān)。

（3）水平主應(yīng)力差：水平主應(yīng)力差越大，裂縫轉(zhuǎn)向越難，同樣施工參數(shù)下主裂縫長(zhǎng)度越長(zhǎng)，寬度越小;水平主應(yīng)力差越小，裂縫張性破壞減小，而剪切破壞增加，可以形成以剪切破壞為主的網(wǎng)絡(luò)裂縫。

在此認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，結(jié)合上述儲(chǔ)層地質(zhì)評(píng)估及巖石力學(xué)地應(yīng)力研究結(jié)果，開(kāi)展體積壓裂可行性論證。

（1）脆性指數(shù)

運(yùn)用礦物成分分析、巖石力學(xué)參數(shù)計(jì)算脆性指數(shù)，得出南翼山儲(chǔ)層脆性指數(shù)40.94%，體現(xiàn)為中等偏高脆性特征，具備形成體積壓裂的巖石力學(xué)條件。

（2）結(jié)構(gòu)弱面發(fā)育情況

成像測(cè)井資料表明，南翼山油藏具有一定的裂縫孔隙，裂縫切穿顆粒形成破裂紋，說(shuō)明發(fā)育著一定的天然裂縫;天然裂縫發(fā)育有利于形成復(fù)雜縫網(wǎng)。

（3）最大最小主應(yīng)力差及裂縫內(nèi)凈壓力

測(cè)井解釋結(jié)果表明南翼山油田Ⅴ油組水平應(yīng)力差在9.0MPa左右;水平主應(yīng)力差越大，不利于體積改造，采用有效的工藝調(diào)控手段，如大排量、縫內(nèi)暫堵、多簇射孔等方式，提高縫內(nèi)凈壓力，可以確?？p內(nèi)凈壓力滿足裂縫開(kāi)啟條件，從而提高改造體積，形成復(fù)雜縫網(wǎng)。

綜上所述，南翼山油田V油組儲(chǔ)層脆性指數(shù)中等、結(jié)構(gòu)弱面發(fā)育、但主應(yīng)力差較大，裂縫一般，可壓性中等，需要在工程技術(shù)方面進(jìn)行攻關(guān)，達(dá)到在高應(yīng)力差條件下形成復(fù)雜裂縫的目標(biāo)。

3、壓裂工藝優(yōu)選

針對(duì)以往措施效果及取得的認(rèn)識(shí)，結(jié)合水平井方案部署，以增大改造體積、提高單井產(chǎn)量、提高開(kāi)發(fā)效果為目標(biāo)，結(jié)合儲(chǔ)層適應(yīng)性，優(yōu)選水平井體積壓裂工藝，在南翼山區(qū)塊優(yōu)選“套管橋塞多簇多段”體積壓裂工藝。

參考文獻(xiàn)：

[1]熊廷松，張成娟，趙恩東，等.英西地區(qū)復(fù)雜應(yīng)力條件下油藏體積壓裂可行性[J].新疆石油地質(zhì)，2019，40（5）：579-580.

作者簡(jiǎn)介：

付穎，女，1984年2月生，2007年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院、學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)工作于青海油田鉆采工藝研究院。