非均質(zhì)碳酸鹽巖裸眼水平井/大斜度井酸壓精細分段技術

茍 波, 陳偉華,, 馬輝運, 周長林, 曾明勇,3, 陶 亮

(1西南石油大學油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室 2中國石油西南油氣田公司工程技術研究院 3中國石化西南油氣分公司工程技術研究院)

酸壓裂縫在長井段上的合理部署是裸眼水平井/大斜度井分段酸壓的關鍵技術難點之一，是立體酸壓技術重要內(nèi)涵。長井段的布縫位置及數(shù)量對酸壓后的產(chǎn)能影響大，不合理的分段難以實現(xiàn)全井段儲層立體動用[1]。燈影組裸眼水平井/大斜度井酸壓裂縫的合理部署面臨兩大難點：①如何降低致密條帶對酸壓效果影響。儲層發(fā)育“致密層”和“硅質(zhì)夾層”條帶[2]，這些條帶常成為“滲流屏障”，阻礙油氣向酸壓裂縫流動[3]；②酸壓裂縫的起裂位置不容易控制。裸眼長井段上應力分布不均，酸壓裂縫的起裂位置不容易確定，直接影響分段酸壓效果。筆者從燈影組儲層地質(zhì)特征出發(fā)，針對裸眼水平井/大斜度井酸壓布縫技術難題，提出考慮致密條帶“屏障作用”選取“地質(zhì)甜點”和長井段上“破裂壓力”分布選取“工程甜點”的“雙目標”精細分段酸壓方法。

一、燈影組儲層地質(zhì)特征

高石梯磨溪地區(qū)燈影組儲層位于川中古隆起平緩構造區(qū)威遠至龍女寺構造群，產(chǎn)氣層為燈二段、燈四段。燈四段埋深4 900～5 800 m，儲層厚度較大，為勘探開發(fā)的主力產(chǎn)氣層。巖性以砂屑云巖及藻白云巖為主，見硅質(zhì)條帶，少含菌藻類及疊層石，硅質(zhì)條帶的存在加劇了儲層物性、巖性非均質(zhì)性[2]。儲集空間以溶洞、次生的粒間溶孔、晶間溶孔為主，局部發(fā)育天然裂縫。巖心單井孔隙度2%～17.84%，平均孔隙度3.87%；滲透率0.01～1 mD，平均滲透率0.9 mD，屬于典型的低孔低滲儲層。

水平井/大斜度井鉆遇剖面的儲層物性、含氣性分布較為復雜，致密層與低滲層交錯分布，體現(xiàn)出燈影組儲層非均質(zhì)性極強。

二、裸眼水平井/大斜度井精細分段設計方法

1.精細分段設計內(nèi)涵

燈四段儲層非均質(zhì)性強，物性差，自然投產(chǎn)難以獲得工業(yè)產(chǎn)能，分段立體酸壓改造是增產(chǎn)、建產(chǎn)關鍵技術[4]。分段立體酸壓核心要點：充分利用現(xiàn)有分段工具，在長井段上合理部署酸壓裂縫，一定投產(chǎn)期內(nèi)充分動用長井段儲層，實現(xiàn)儲層立體開發(fā)[1]。

2.燈四段“滲流屏障區(qū)”確定

燈四段儲層夾雜不同厚度(約0～100 m)的硅質(zhì)層和致密層，其厚度差異會明顯影響酸壓產(chǎn)能。致密條帶類似于“半滲透隔板”或“滲流屏障”，雖然不能改變流體的滲流軌跡，但能延緩流體的運動速度，影響地層壓力傳遞[3]。基于儲層地質(zhì)特征，采用油藏數(shù)值模擬方法建立機理模型，分析致密條帶厚度變化對產(chǎn)能影響，確定形成“滲流屏障區(qū)”的條件，為精細分段提供重要依據(jù)。

2.1 模型建立

燈影組儲層對產(chǎn)能有明顯貢獻的是Ⅰ～Ⅲ2類儲層，Ⅳ類儲層為致密條帶。以工區(qū)典型酸壓水平井GS8井為例，建立分段酸壓優(yōu)化箱體地質(zhì)機理模型，模型長1 000 m，寬1 200 m，厚60 m，網(wǎng)格步長10 m×15 m×10 m；主要基礎參數(shù)包括：地層壓力系數(shù)在1.09～1.17，地溫梯度2.6℃/100 m和目標井段測井解釋孔隙度、滲透率和含氣飽和度等。數(shù)值模擬3年投產(chǎn)期內(nèi)儲層剩余氣飽和度和壓力分布，分析致密條帶厚度對酸壓裂縫動用儲層程度影響，確定形成“滲流屏障區(qū)”的臨界厚度。

圖1中GS8井鉆遇剖面儲層孔滲、含氣性分布非均質(zhì)性較強，Ⅲ1、Ⅲ2和Ⅳ類儲層交錯疊置分布。

圖1 GS8井機理模型示意圖

采用裂縫形態(tài)，縫長和導流能力表征酸壓裂縫[5]。GS8井酸壓裂縫為與井筒垂直的橫截縫，縫長和導流能力由凈壓力擬合方法獲取，然后采用網(wǎng)格二次加密技術和基于等值滲流阻力法的裂縫網(wǎng)格處理技術[6]，向箱體地質(zhì)機理模型植入酸壓裂縫。

2.2 滲流屏障區(qū)的確定

GS8井致密條帶為5～80 m(圖1)，模擬分析不同厚度的致密條帶局部生產(chǎn)動態(tài)。選取模型單元的儲層組合模式為：儲層+35 m致密條帶+儲層+25 m致密條帶+酸壓裂縫+儲層。生產(chǎn)3年，壓力主要波及到了酸壓裂縫右邊儲層，左邊儲層與酸壓裂縫之間有35 m致密條帶，阻礙了壓力向儲層的傳播(圖2)，影響了酸壓裂縫左邊儲層動用(圖3)。

圖2 生產(chǎn)過程中的壓力場變化

圖3 生產(chǎn)過程中的含氣飽和度變化

分析可知：當燈影組致密條帶厚度大于35 m時，會成為明顯的滲流屏障帶。因此，定義致密條帶厚度為35 m時的區(qū)域為滲流屏障區(qū)。

3.裸眼長井段酸壓裂縫起裂位置預測

長井段上破裂壓力剖面是判定酸壓裂縫起裂位置重要依據(jù)。測井資料提供的巖石密度橫波、縱波數(shù)據(jù)，結合動靜態(tài)巖石力學參數(shù)關系，建立破裂壓力計算模型，可確定長井段的破裂壓力剖面。燈影組三向地應力關系為：σv>σH>σh，為獲取整個長井段上的破裂壓力剖面，改進Huang的破裂壓力計算公式[7]：

pbL=3σHL-σhLcos2γL-σvLsin2γL

(1)

式中：pbL—井深L處的破裂壓力,MPa;σHL—最大水平主應力,MPa;σvL—垂向應力，MPa;σhL—最小水平主應力，MPa；γL—井斜角，°。

垂向應力、最大水平主應力和最小水平主應力按照式(2)～式(4)計算：

σvL=σvL0+10-3ρLgΔhcosγL

(2)

(3)

(4)

式中：Δh—測井解釋距離步長，m；σvL0—前一步長L0處的垂向應力，MPa；ρL—巖石密度，g/cm3；g—重力加速，m/s2；υL—靜態(tài)泊松比，無因次；α—孔彈性系數(shù)，無因次；pp—地層壓力，MPa；kH，kh—構造應力系數(shù)，m-1；H—垂深，m；EL—靜態(tài)楊氏模量，MPa。

燈影組構造應力系數(shù)由實測地應力大小、巖石力學參數(shù)通過式(3)、式(4)求得kH為9.2841×10-8m-1，kH為6.3871×10-8m-1。

楊氏模量和泊松比由式(5)～式(8)計算，其中式(7)、式(8)為動靜態(tài)巖石力學參數(shù)關系：

(5)

(6)

υL=0.9243υLd+0.0214

(7)

EL=0.5578ELd+11753

(8)

式中：υLd—動態(tài)泊松比，無因次；ELd—動態(tài)楊氏模量，MPa；DTS、DTC—橫波、縱波時差，ft/s。

三、現(xiàn)場應用

GS30井酸壓井段為燈四段5 310～6 177 m。長井段上存在4個明顯的致密條帶(圖4)，其中致密條帶②、③為“滲流屏障區(qū)”。從物性、含氣性分析，5 310～5 600 m井段明顯優(yōu)于其它井段。

圖4 GS30井鉆遇剖面物性與含氣飽和度分布圖

本井分為5段，如圖5所示?；孜挥诟骶纹屏褖毫ψ畹忘c，較居中。封隔器位于各致密條帶的中部位置，盡量避免了段內(nèi)出現(xiàn)滲流屏障帶。第2段和第1段物性、含氣性均較差，且各段均與致密條帶相鄰。兼顧工程甜點，右封隔器置于6 010 m處，即位于致密條帶④中央；左封隔器置于滲流屏障帶②中部位置，滑套置于第2段破裂壓力最低點，即位于滲流屏障帶③左側5 910 m處。各段物性、含氣性優(yōu)劣依次為第5段、第4段、第3段，第2段和第1段。

圖5 GS30井破裂壓力剖面及分段示意圖

各段采用“自生酸+膠凝酸”前置液酸壓工藝,物性、含氣性較好的第5段、第4段適當增大液量，充分釋放優(yōu)質(zhì)儲層潛能。施工曲線表明(圖6),各段均有明顯的滑套開啟響應，成功實現(xiàn)5段酸壓。本井累計共注入自生酸前置液539.97 m3、膠凝酸879.25 m3、降阻水 24.49 m3；施工排量7.1～7.4 m3/min。第1、2段物性較差，施工壓力較高，第3段其次，第4、5段有溝通天然裂縫或溶蝕孔洞的壓力響應。酸壓后測試產(chǎn)量103.96×104m3/d，為常規(guī)僅考慮儲層地質(zhì)甜點分段方法的相鄰大斜度井/水平井產(chǎn)量的1.5～1.8倍，間接證實本分段方法的有效性。

圖6 GS30井分段酸壓施工曲線

四、結論與建議

(1)高磨地區(qū)燈影組儲層非均質(zhì)性強，當致密條帶厚度大于35 m時，具有明顯的滲流屏障作用，會影響酸壓效果。

(2)確定滲流屏障區(qū)厚度和酸壓裂縫起裂位置是燈影組裸眼大斜度井/水平井精細布縫的關鍵。

(3)GS30井精細分段酸壓測試產(chǎn)量為鄰井同層大斜度井/水平井的1.5～1.8倍，證實本方法有效性，建議持續(xù)推進現(xiàn)場試驗，進一步完善本方法。