鄂爾多斯盆地東緣本溪組致密氣井壓裂難點(diǎn)及對(duì)策

邱守美，郭布民，徐延濤，許田鵬，張萬(wàn)春，陳 玲

(中海油田服務(wù)股份有限公司，天津 300451)

鄂爾多斯盆地東緣本溪組發(fā)育分布廣泛、厚度穩(wěn)定的烴源巖，具有良好的天然氣開(kāi)發(fā)前景。鄂爾多斯盆地東緣本溪組儲(chǔ)層巖性以深灰色炭質(zhì)泥巖、灰?guī)r、灰色中砂巖、煤為主，本溪組儲(chǔ)層有效孔隙度4.2%～8.2%，滲透率0.1～2.31 mD，為低孔低滲儲(chǔ)層。儲(chǔ)層滲透率低、物性差，只能通過(guò)增產(chǎn)措施來(lái)增加儲(chǔ)量，壓裂已成為致密氣藏增產(chǎn)的主要手段，近幾年來(lái)鄂爾多斯盆地東緣本溪組壓裂井?dāng)?shù)逐年增加，部分井壓裂過(guò)程中常伴隨壓力異常波動(dòng)、加砂困難，壓力突升等現(xiàn)象，一定程度上影響了壓裂效果。本文針對(duì)鄂爾多斯盆地東緣本溪組壓裂中存在問(wèn)題，從以下幾方面展開(kāi)分析研究。

1 常見(jiàn)問(wèn)題及對(duì)策分析

結(jié)合儲(chǔ)層地質(zhì)油藏特征，分析總結(jié)近幾年來(lái)壓裂過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題，歸納總結(jié)為以下幾點(diǎn)：

1.1 常見(jiàn)問(wèn)題

部分井儲(chǔ)層上下煤層、灰?guī)r發(fā)育、天然裂縫發(fā)育，壓裂液濾失造成液體利用率低，造縫不充分主要表現(xiàn)在以下兩方面：

(1)隔層煤層、泥巖發(fā)育

圖1 SM-X、SM-Z井測(cè)井解釋圖Fig.1 Logging interpretation diagram of SM-X SM-Z well

部分井壓裂加砂后期高砂比階段普遍出現(xiàn)壓力突升導(dǎo)致砂堵跡象，被迫停止加砂，導(dǎo)致未按設(shè)計(jì)完成加砂?？偨Y(jié)分析這類井存在一個(gè)共性，這些井地質(zhì)解釋壓裂目的層上下隔層灰?guī)r、煤巖發(fā)育(見(jiàn)圖1)，壓裂時(shí)，不可避免壓開(kāi)上下灰?guī)r、煤層，導(dǎo)致壓裂液濾失，加砂困難。

(2)部分井儲(chǔ)層天然裂縫發(fā)育

運(yùn)用FracproPT模擬軟件，通過(guò)導(dǎo)入施工數(shù)據(jù)對(duì)這類井進(jìn)行凈壓力擬合后，從圖2中SM-X井的G函數(shù)曲線中明顯可看出部分井天然裂縫發(fā)育。

圖2 SM-X井G函數(shù)曲線Fig.2 G function curve of SM-X well

這一結(jié)果從同層位的臨井的裂縫監(jiān)測(cè)結(jié)果中也得到了驗(yàn)證，從裂縫監(jiān)測(cè)看，均出現(xiàn)了分支縫。以SM-S井裂縫監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示為例(見(jiàn)圖3)，圖中“油壓”曲線上的11個(gè)小藍(lán)點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)著11個(gè)裂縫形態(tài)隨時(shí)間變化的小藍(lán)圖，不難看出，在不借助轉(zhuǎn)向措施等工藝干擾的情況下，壓裂過(guò)程中產(chǎn)生了分支縫。裂縫監(jiān)測(cè)結(jié)果證實(shí)了儲(chǔ)層本身具備天然裂縫。

圖3 SM-S井裂縫監(jiān)測(cè)形態(tài)圖Fig.3 Fracture monitoring morphology of SM-S well

圖4 SM-S井壓裂施工曲線圖Fig.4 Fracturing operation curve of well SM-S

分析認(rèn)為，在這些井施工過(guò)程中，不可避免地溝通了天然裂縫。這也是這些井壓裂過(guò)程中高砂比階段壓力突升的問(wèn)題所在，壓裂過(guò)程中溝通了天然裂縫，導(dǎo)致壓裂液濾失嚴(yán)重，液體利用率低，造縫不充分，在加砂過(guò)程中前期支撐劑填充部分裂縫后，使得后續(xù)施工時(shí)只過(guò)液不過(guò)砂，使得砂濃度增加，增加了砂堵風(fēng)險(xiǎn)，壓力突升，最終停止施工，SM-S井在砂比達(dá)到25%時(shí)開(kāi)始出現(xiàn)砂堵跡象(見(jiàn)圖4)。

針對(duì)這一問(wèn)題，可嘗試采取以下措施：

(1)針對(duì)隔層灰?guī)r、煤巖發(fā)育的井，工藝上可采取二次加砂措施，加砂完成后停泵30～60 min，待支撐劑沉降后進(jìn)行二次加砂，正常排量施工。二次加砂可有效控制縫高，避免過(guò)多溝通上下隔層的灰?guī)r及煤巖，同時(shí)也可降濾失。提高壓裂施工的成功率。

(2)針對(duì)天然裂縫發(fā)育儲(chǔ)層，可采取相應(yīng)的措施：①采用多級(jí)段塞加砂技術(shù)，不但可以降濾失，提高液體利用率，還可以打磨孔眼，降低施工摩阻；②支撐劑采用組合陶粒，不同粒徑陶粒填充不同寬度裂縫，既可降濾失，又能合理支撐裂縫；③合理范圍內(nèi)適當(dāng)增加前置液比例。

1.2 儲(chǔ)層不均質(zhì)性強(qiáng)，施工壓力波動(dòng)大，加砂困難

壓裂施工過(guò)程中，部分井井口壓力波動(dòng)異常，根據(jù)井口施工壓力推算井底壓力，P井底=P井口+P液柱-P摩阻，井底壓力可以更真實(shí)反應(yīng)儲(chǔ)層特征，壓裂同一層位時(shí)，液柱壓力我們視為常量，摩阻壓力是一個(gè)隨施工排量、砂濃度、孔眼摩阻等因素變化的變量，要想定量分析井口壓力與井底壓力的變化，選施工曲線中施工排量、砂濃度穩(wěn)定的階段進(jìn)行分析，在此，我們需要忽略孔眼摩阻，所以這個(gè)階段我們選取在加砂后期，孔眼摩阻在前置液段塞和攜砂液加砂的打磨下，孔眼摩阻可忽略。如下圖(圖1)所示，在施工排量、加砂濃度幾乎穩(wěn)定的狀態(tài)下，井口壓力波動(dòng)明顯，同時(shí)也反映了井底壓力的波動(dòng)(見(jiàn)圖5)，從井底壓力的異常波動(dòng)以及破裂壓力的不明顯，可以反映出壓裂層段儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，這也是導(dǎo)致加砂困難的原因之一。

圖5 SM-SE井壓裂施工曲線圖Fig.5 Fracturing curve of SM-SE well

針對(duì)以上問(wèn)題，可嘗試采取以下措施：

(1)合理范圍內(nèi)提高前置液比例，適當(dāng)減小施工砂比，提高施工成功率；

(2)為降低壓裂施工時(shí)的施工壓力，順利完成加砂，改進(jìn)射孔孔技術(shù)，采取后效射孔、多級(jí)脈沖射孔等射孔技術(shù)，這些深穿透射孔技術(shù)不但可以避免常規(guī)射孔造成的壓實(shí)帶，還可以降低施工時(shí)的破裂壓力。

1.3 壓裂現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)決策

壓裂施工曲線是壓裂時(shí)地面所得到的最實(shí)時(shí)、最直接的壓裂施工情況的真實(shí)反映。根據(jù)施工曲線對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行分析，并根據(jù)壓力變化情況及時(shí)調(diào)整施工參數(shù)，是保證壓裂施工順利完成的重要手段。

1.3.1 近井地帶砂堵曲線

圖6為本溪組SM-EL井壓裂施工曲線。前期壓力相對(duì)平穩(wěn),后期壓裂加砂過(guò)程中壓力驟升，這種情況一般是近井地帶發(fā)生砂堵的特征，這可能是由于加砂不均勻或者砂比提升較快，瞬間砂比過(guò)高，造成管柱內(nèi)或者孔眼處形成壓裂砂堵所致，此時(shí)應(yīng)立即停止加砂、降低施工排量，使壓力降至安全范圍，必要時(shí)進(jìn)行返洗井。

圖6 SM-EL井壓裂施工曲線Fig.6 Fracturing curve of SM-EL well

1.3.2 儲(chǔ)層內(nèi)發(fā)生砂堵曲線

圖7為SM-ST井壓裂施工曲線。壓裂過(guò)程中壓力波動(dòng)比較大,說(shuō)明地層非均質(zhì)性比較強(qiáng),壓裂加砂過(guò)程中泵壓連續(xù)上升，還會(huì)有多個(gè)壓力上升尖峰，說(shuō)明壓裂儲(chǔ)層內(nèi)發(fā)生砂堵，可能是油藏面積過(guò)小或者不滲透邊界過(guò)早出現(xiàn)，攜砂液在裂縫水平和垂直方向受到限制，端部受阻、縫內(nèi)砂堵等造成縫內(nèi)壓力急劇上升導(dǎo)致，這種情況在壓力上升初期，適時(shí)合理調(diào)節(jié)砂比和排量，確保順利完成設(shè)計(jì)砂量，如果砂堵已經(jīng)發(fā)生，則應(yīng)立即停止施工。

圖7 SM-ST井壓裂施工曲線Fig.7 Fracturing curve of SM-ST well

壓裂施工時(shí)可根據(jù)同一區(qū)塊壓裂井進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)，掌握施工過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)問(wèn)題的共性，進(jìn)行總結(jié)分析，對(duì)施工中有可能遇到的問(wèn)題做到提前防范，并根據(jù)施工壓力變化隨時(shí)調(diào)整施工參數(shù)，確保施工能夠順利完成。

2 壓裂案例分析

梳理總結(jié)前期壓裂中存在問(wèn)題，通過(guò)分析，對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行重新認(rèn)識(shí)，改進(jìn)工藝，優(yōu)化方案，將分析結(jié)論進(jìn)行運(yùn)用，提高后期壓裂施工成功率。

2.1 多級(jí)加砂工藝提高復(fù)雜巖性儲(chǔ)層壓裂成功率

圖8為 SM-XX井的壓裂施工曲線圖，由于本井壓裂井段下部隔層灰?guī)r發(fā)育，為防止溝通下部隔層導(dǎo)致壓裂液濾失，優(yōu)化工藝方案，采用二次加砂工藝，按設(shè)計(jì)順利完成施工。

2.2 后效射孔后進(jìn)行壓裂,降低施工壓力

后效射孔技術(shù)通過(guò)安裝在射孔彈上的后效體(見(jiàn)圖9)對(duì)孔道、儲(chǔ)層實(shí)施有效做功。后效射孔技術(shù)的成功設(shè)計(jì)在于對(duì)2個(gè)能量釋放點(diǎn)分倉(cāng)進(jìn)行處理，分別作用于不同目標(biāo)靶向：第一靶向是射孔彈的能量釋放點(diǎn)在開(kāi)墾孔道的同時(shí)，由高速射流引起的渦流場(chǎng)引力將后效裝藥的高能粒子拽入到孔道內(nèi)；第二靶向是使這些被云霧化的高能粒子在孔道內(nèi)聚集、碰撞、相互作用，引起局部灼熱點(diǎn)火，很快完成從爆燃到螺旋爆轟的轉(zhuǎn)型。在孔眼周邊造出微裂縫，擴(kuò)大油層泄油通道。后效體為特制的不含爆炸基源的聚合物，能夠有效解除射孔孔道壓實(shí)帶，降低破裂壓力。

圖9 后效體裝置圖Fig.9 Aftereffect device diagram

圖10為SM-TX井的后效射孔后壓裂施工曲線圖，跟同區(qū)塊其他井比較，破裂壓裂明顯降低，施工過(guò)程中壓力波動(dòng)相對(duì)平穩(wěn)，按設(shè)計(jì)完成加砂。

圖10 SM-TX井壓裂施工曲線Fig.10 Fracturing curve of well SM-TX

3 結(jié)論與建議

(1)鄂爾多斯盆地東緣本溪組致密氣層滲透率低，物性差，儲(chǔ)層不均質(zhì)性強(qiáng)，部分井地質(zhì)解釋壓裂目的層上下隔層灰?guī)r、煤巖發(fā)育，同時(shí)裂縫監(jiān)測(cè)顯示分枝縫產(chǎn)生，針對(duì)這類復(fù)雜巖性儲(chǔ)層，方案制定時(shí)需重點(diǎn)考慮壓裂液濾失導(dǎo)致的問(wèn)題，采用多次加砂壓裂方案，合理優(yōu)化壓裂方案設(shè)計(jì)參數(shù)，可有效控制縫高，避免過(guò)多溝通上下隔層的灰?guī)r及煤巖，同時(shí)也可降濾失，提高壓裂施工的成功率。

(2)為降低壓裂施工時(shí)的施工壓力，順利完成加砂，改進(jìn)射孔技術(shù)，可采取后效射孔、多級(jí)脈沖射孔等深穿透射孔技術(shù)，這些深穿透射孔技術(shù)不但可以避免常規(guī)射孔造成的壓實(shí)帶，還可以降低施工時(shí)的破裂壓力，提高壓裂成功率。

(3)對(duì)于本溪組水平井改造，后期可根據(jù)致密氣藏的天然裂縫發(fā)育等情況，嘗試對(duì)水平井進(jìn)行體積壓裂，通過(guò)分段多簇射孔、大型滑溜水、段塞注入、地震監(jiān)測(cè)等綜合研究，保證施工成功率的同時(shí)，形成適用于該區(qū)塊的水平井體積壓裂增產(chǎn)改造技術(shù)。