致密砂巖氣藏復(fù)雜縫網(wǎng)壓裂工藝現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

陳 挺，李青一，熊廷松, 遲 焱，周 勛

(1中石油渤海鉆探工程技術(shù)研究院 2中石油青海油田鉆采工藝研究院 3中石油渤海鉆探油氣合作分公司)

鄂爾多斯盆地蘇里格地區(qū)主要產(chǎn)層為二疊系盒8和山1段，屬于低壓低滲透低孔隙度的致密砂巖氣藏。開發(fā)過程中，層內(nèi)非均質(zhì)性強(qiáng)、氣層薄且砂泥巖交互的儲(chǔ)層[1]所占比例增大。對(duì)于這部分儲(chǔ)層，常規(guī)封隔器分層的方式無法優(yōu)化射孔位置、精細(xì)分層。為了提高該類儲(chǔ)層的改造效果，借鑒致密氣藏水平井體積壓裂工藝思路[2]，在直(斜)井采用復(fù)雜縫網(wǎng)壓裂工藝技術(shù)，利用大排量低黏度前置液造主縫、大排量交聯(lián)凍膠攜帶陶粒支撐主裂縫并在其基礎(chǔ)上生成次生裂縫，連通砂巖、泥巖，充分改造目的層所在砂體，增大儲(chǔ)層改造體積以獲得良好產(chǎn)能。

一、儲(chǔ)層物性分析及選井依據(jù)

1.實(shí)現(xiàn)復(fù)雜縫網(wǎng)壓裂條件

蘇里格氣田砂巖孔隙度一般 4%～10%、常壓滲透率為0.001～1.000 mD,含氣飽和度 55%～65%，埋藏深度3 300～3 500 m，異常低壓，平均壓力系數(shù) 0.87，必須通過壓裂改造獲得工業(yè)氣流[3]。

天然裂縫發(fā)育降低分支縫形成所需凈壓力。蘇里格氣田主要發(fā)育高角度裂縫、垂直裂縫，廣泛分布的低角度斜層理在一定程度上也有利于網(wǎng)狀縫的形成[4-5]。從成像測(cè)井資料和顯微鏡觀察結(jié)果可知，蘇里格氣田致密砂巖儲(chǔ)層天然裂縫部分發(fā)育[2]。

巖石脆性指數(shù)是根據(jù)北美頁巖氣開發(fā)成果總結(jié)出來的判斷儲(chǔ)層可壓性的無因次參數(shù)，與儲(chǔ)層的彈性模量、泊松比有關(guān)。其值超過40后，易形成復(fù)雜裂縫，認(rèn)為巖石脆性指數(shù)越高，形成的縫網(wǎng)越復(fù)雜。蘇里格氣田致密砂巖脆性指數(shù)平均 40～65，通過體積壓裂打碎儲(chǔ)層，與天然裂縫形成縫網(wǎng)系統(tǒng)[6]。

試驗(yàn)表明[4-5]，水平兩向應(yīng)力非均質(zhì)性系數(shù)(水平兩向應(yīng)力差值與最小水平地應(yīng)力之比)小于0.2時(shí)，有利于產(chǎn)生多方向的水力裂縫，進(jìn)一步形成復(fù)雜縫網(wǎng)。巖心地應(yīng)力測(cè)試結(jié)果表明，蘇里格氣田砂巖兩向應(yīng)力非均質(zhì)性系數(shù)為0.14～0.17，有利于在儲(chǔ)層內(nèi)產(chǎn)生分支縫形成一定程度的縫網(wǎng)。

2.試驗(yàn)井?dāng)?shù)據(jù)

選取4口直(斜)井做對(duì)比試驗(yàn)，其中S25X和S27X位于同一平臺(tái)，S18X和S19X位于同一平臺(tái)，如表1所示。S25X井需改造的兩層之間有厚度較大的干層，其間還分布若干薄差氣層。S18X井為單層，目的層上部與下部有若干薄差氣層，且氣層與差氣層間有厚度為0.5～1.5 m不等的泥巖隔層。為充分改造砂體，這2口井采取復(fù)雜縫網(wǎng)壓裂，另外2口井采取常規(guī)分層壓裂。

表1 試驗(yàn)井基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

二、施工參數(shù)優(yōu)化

1.壓裂工藝

復(fù)雜縫網(wǎng)壓裂井采用?60.32 mm油管環(huán)空注入，排量8.0 m3/min。為達(dá)到充分改造儲(chǔ)層、增加裂縫復(fù)雜程度的目的，采用變黏度壓裂液體系，前置液階段采用滑溜水造復(fù)雜裂縫，攜砂液階段采用交聯(lián)凍膠攜砂對(duì)主裂縫進(jìn)行延伸和支撐[7-8]。

常規(guī)分層壓裂井采用?73.02 mm油管注入、K344-114單封隔器兩層分壓工藝。目的層的上下部隔層較好，采用3.0 m3/min排量施工。

兩種壓裂方式的前置液階段采用支撐劑段塞工藝(0.5%砂比)來磨蝕裂縫，減小彎曲摩阻，降低施工泵壓。采取全程伴注液氮方式，排量為180 L/min，達(dá)到快速排液的目的。

2.壓裂液體系與支撐劑

常規(guī)分層壓裂井的基液配方為:0.45%羥丙基胍爾膠+0.3%防膨劑+0.5%助排劑+0.5%發(fā)泡劑+1.0%氯化鉀+0.2%碳酸鈉。復(fù)雜縫網(wǎng)壓裂井的基液配方中羥丙基胍膠濃度為0.3%，其余組分不變。室內(nèi)實(shí)驗(yàn)測(cè)得濃度為0.45%和0.3%的羥丙基胍爾膠凍膠在100℃、170 s-1條件下剪切90 min后黏度分別為132 mPa·s和85 mPa·s，能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)施工需求。

復(fù)雜縫網(wǎng)壓裂的前置液階段滑溜水配方為：0.1%降阻劑+0.3%防膨劑+0.5%助排劑。降阻劑的減阻率為76.5%。

該地區(qū)閉合壓力為50 MPa左右，支撐劑選用中密度高強(qiáng)度陶粒，粒徑0.425～0.85 mm，體積密度1.75 g/cm3。

3.裂縫監(jiān)測(cè)手段

本次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)采用兩種方法監(jiān)測(cè)裂縫的生成與延伸。S18X井和S19X井采用聲傳導(dǎo)定位裂縫監(jiān)測(cè)技術(shù)，該方法原理是檢波器接收到液體在地層孔隙中流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的微低頻信號(hào)，發(fā)送到中央信號(hào)處理系統(tǒng)。通過求解計(jì)算，將接收到的信號(hào)繪制在以注入井為原點(diǎn)的直角坐標(biāo)圖中，可準(zhǔn)確得出水驅(qū)入徑的方位角度、水驅(qū)前緣距離和水驅(qū)面積；S25X井和S27X井采用被動(dòng)地震發(fā)射地震層析成像技術(shù)，該方法是用數(shù)值模擬方法將監(jiān)測(cè)地質(zhì)體空間劃分為多個(gè)網(wǎng)格單元，根據(jù)地層速度模型計(jì)算出每個(gè)網(wǎng)格交點(diǎn)到地面各站點(diǎn)的理論走時(shí)，利用3D射線追蹤，得到每個(gè)網(wǎng)格單元的向量波動(dòng)記錄，基于被改造發(fā)展的適合地表低信噪比的Semblance疊加公式反演計(jì)算，得出每個(gè)網(wǎng)格交點(diǎn)的屬性數(shù)值，運(yùn)用層析成像技術(shù)對(duì)破裂點(diǎn)進(jìn)行定位。

三、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

1.施工情況

S25X井加砂120.0 m3，入井液量1 015.5 m3，排量8.0 m3/min，平均砂比18.3%，最高砂比31.2%。施工中，前置液階段套管壓力保持平穩(wěn)，說明裂縫正常起裂并延伸；攜砂液階段套管壓力緩慢上升又下降，說明高黏度壓裂液攜帶支撐劑進(jìn)一步增加縫寬并支撐主裂縫[4]，見圖1。對(duì)比井S27X采用常規(guī)分層壓裂，兩層加砂50.5 m3，入井液量483.1 m3，排量3.0 m3/min，平均砂比16.3%，最高砂比24.6%，施工壓力40.5～63.5 MPa。

圖1 S25X井施工曲線

S18X井加砂120.0 m3，入井液量962.6 m3，排量8.0 m3/min，平均砂比17.7%，最高砂比29.0%。施工中，前置液階段套管壓力保持平穩(wěn)，高黏度攜砂液階段套管壓力緩慢上升，完成設(shè)計(jì)加砂量，見圖2。對(duì)比井S19X兩層加砂51.0 m3，入井液量440.1 m3，排量3.5 m3/min，平均砂比18.9%，最高砂比30.0%，施工壓力32.8～51.5 MPa。

圖2 S18X井施工曲線

2.裂縫監(jiān)測(cè)結(jié)果

聲傳導(dǎo)定位裂縫監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖3所示。由左至右分別為S18X井、S19X井第一層和S19X井第二層，其中S18X井監(jiān)測(cè)到四條裂縫：北東60°裂縫長(zhǎng)約460 m左右、130°裂縫長(zhǎng)約400 m左右，東西裂縫長(zhǎng)約350 m左右、南北裂縫長(zhǎng)約600 m左右?？傇炜p1 810 m左右。壓裂液延裂縫向外波及寬度約30～100 m。壓裂液波及面積約90 000 m2。

圖3 聲傳導(dǎo)定位裂縫監(jiān)測(cè)結(jié)果

S19X井第一層壓開四條裂縫：近東西裂縫，長(zhǎng)約300 m,北東35°裂縫長(zhǎng)約120 m,近南北裂縫長(zhǎng)約80 m,北東130°裂縫長(zhǎng)約50 m,該段共造縫總長(zhǎng)約680 m。第二層壓開四條裂縫：東西裂縫長(zhǎng)約250 m，北東46°裂縫長(zhǎng)約100 m,南北縫長(zhǎng)約200 m,北東131°裂縫長(zhǎng)約80 m,該段造縫總長(zhǎng)約630 m。

對(duì)比可知，采用體積壓裂工藝的縫長(zhǎng)大于常規(guī)分層壓裂的縫長(zhǎng)，且大排量、大液量的大規(guī)模施工方式在主裂縫的基礎(chǔ)上延伸更多的次生裂縫，更為充分地改造儲(chǔ)層，建立了滲透率更高、波及體積更大的人工裂縫網(wǎng)絡(luò)。

微破裂能量掃描四維影像壓裂裂縫監(jiān)測(cè)結(jié)果如表2所示。S25X井的裂縫表體積遠(yuǎn)大于對(duì)比井的裂縫表體積，進(jìn)一步驗(yàn)證了聲傳導(dǎo)定位裂縫監(jiān)測(cè)結(jié)果。

表2 微破裂能量掃描裂縫監(jiān)測(cè)成果

3.生產(chǎn)情況

試驗(yàn)井與對(duì)比井的生產(chǎn)情況如表3所示。以S18X井和S19X井為例，前者的氣層厚度與砂體厚度均小于后者，經(jīng)過體積壓裂改造后，絕對(duì)無阻流量是后者的1.57倍，說明經(jīng)過體積壓裂的儲(chǔ)層，形成的復(fù)雜縫網(wǎng)泄流體積更大，為甲烷從儲(chǔ)層基質(zhì)流向井筒提供了更為通暢的高滲透率通道。在試驗(yàn)井成功的基礎(chǔ)上，后續(xù)進(jìn)行了5口直井的體積壓裂現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，無阻流量達(dá)到(12.8～23.4)×104m3/d，增產(chǎn)比例達(dá)到57.6%～130.2%，工藝適應(yīng)性良好。

表3 生產(chǎn)情況對(duì)比

四、結(jié)論

(1)蘇里格地區(qū)儲(chǔ)層部分發(fā)育天然裂縫，巖石脆性指數(shù)較高，水平兩向應(yīng)力非均質(zhì)性系數(shù)較小，可以借鑒體積壓裂思路，采用復(fù)雜縫網(wǎng)壓裂工藝改造層內(nèi)非均質(zhì)性強(qiáng)、氣層薄且砂泥巖交互的儲(chǔ)層，并取得良好的改造效果。

(2)采用前置液滑溜水造縫+低濃度交聯(lián)凍膠攜砂壓裂液體系，大排量、大砂量、大液量的施工方式，能夠形成較為復(fù)雜的裂縫網(wǎng)絡(luò)，建立高滲透率的人工裂縫體系。采用?60.32 mm油管環(huán)空注入，有利于大排量施工，且小直徑油管攜液性能更好。

(3)7口井的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果良好，復(fù)雜裂縫壓裂技術(shù)在蘇里格致密砂巖氣藏具有較好的適應(yīng)性。