渝東南南川地區(qū)東勝構(gòu)造帶常壓頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)實(shí)踐

何希鵬,張培先,任建華,王 偉,盧 比

1.中國(guó)石化 華東油氣分公司,南京 210019;2.中國(guó)石化 華東油氣分公司 勘探開(kāi)發(fā)研究院,南京 210019

“十三五”以來(lái),中國(guó)石化在四川盆地及周緣地區(qū)五峰組—龍馬溪組常壓頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)取得積極進(jìn)展,實(shí)現(xiàn)了多個(gè)重大突破[1-7],先后發(fā)現(xiàn)南川、白馬、林灘場(chǎng)、武隆及道真等多個(gè)常壓頁(yè)巖氣田或含氣構(gòu)造,累計(jì)提交探明儲(chǔ)量超3 000×108m3,年產(chǎn)氣超20×108m3;同時(shí)在復(fù)雜構(gòu)造帶常壓頁(yè)巖氣實(shí)現(xiàn)了從無(wú)到有的跨越,儲(chǔ)量、產(chǎn)量呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。南川地區(qū)東勝構(gòu)造帶處于渝東南常壓—高壓過(guò)渡區(qū),五峰組—龍馬溪組地層壓力系數(shù)為1.0～1.35,2017年優(yōu)選背斜型有利目標(biāo)部署實(shí)施SY1HF井,測(cè)試日產(chǎn)氣14.4×104m3,壓力系數(shù)1.3,實(shí)現(xiàn)了東勝頁(yè)巖氣勘探重要突破;2019年優(yōu)選單斜型有利目標(biāo)部署實(shí)施SY2HF井,測(cè)試日產(chǎn)氣32.8×104m3,壓力系數(shù)1.2,標(biāo)志著東勝構(gòu)造帶常壓頁(yè)巖氣勘探實(shí)現(xiàn)重大突破。2020年?yáng)|勝構(gòu)造帶提交千億立方米探明儲(chǔ)量,當(dāng)年啟動(dòng)5.0×108m3產(chǎn)能建設(shè)。東勝構(gòu)造帶主要受燕山中期、晚期及喜馬拉雅期構(gòu)造作用影響,表現(xiàn)出構(gòu)造、保存條件及地應(yīng)力場(chǎng)等“三復(fù)雜”的典型地質(zhì)特征,導(dǎo)致頁(yè)巖氣在勘探開(kāi)發(fā)過(guò)程中單井產(chǎn)量差異較大、生產(chǎn)規(guī)律復(fù)雜。

本文以渝東南南川地區(qū)東勝構(gòu)造帶“三復(fù)雜”為問(wèn)題導(dǎo)向,通過(guò)深化基礎(chǔ)研究,明確了富集高產(chǎn)主控因素,堅(jiān)持地質(zhì)工程一體化創(chuàng)新,制定了針對(duì)性開(kāi)發(fā)對(duì)策,進(jìn)一步提高了單井產(chǎn)能和效益開(kāi)發(fā)水平,助力東勝?gòu)?fù)雜構(gòu)造帶常壓頁(yè)巖氣實(shí)現(xiàn)效益開(kāi)發(fā)。

1 東勝構(gòu)造帶地質(zhì)特征

南川地區(qū)受多期構(gòu)造作用影響,形成了東西分帶的構(gòu)造格局,自東向西構(gòu)造改造遞進(jìn)變形,改造強(qiáng)度東強(qiáng)西弱,抬升幅度東高西低,構(gòu)造樣式由沖斷構(gòu)造帶(石橋)過(guò)渡到斷彎、斷展構(gòu)造帶(平橋、東勝、陽(yáng)春溝),再到滑脫變形帶(神童壩)(圖1)。燕山中期以擠壓作用為主,東勝構(gòu)造帶受江南—雪峰造山帶產(chǎn)生的北西向擠壓應(yīng)力發(fā)生抬升變形,發(fā)育北東走向的龍濟(jì)橋斷層和一系列反沖斷層,形成斷展褶皺;燕山晚期以擠壓+走滑作用為主,區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)變?yōu)槟蠔|向的擠壓背景,東勝構(gòu)造帶龍濟(jì)橋斷層走向發(fā)生偏轉(zhuǎn),南端變?yōu)楸北睎|走向,地層抬升遭受強(qiáng)烈剝蝕;喜馬拉雅期東勝構(gòu)造帶受到北西—南東向擠壓整體隆升,地層進(jìn)一步遭受剝蝕。多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)造成東勝構(gòu)造帶復(fù)雜的地質(zhì)特征,整體表現(xiàn)為構(gòu)造復(fù)雜,斷裂發(fā)育,地層產(chǎn)狀變化大,局部微幅構(gòu)造發(fā)育,保存條件復(fù)雜,地層壓力系數(shù)從1.35變?yōu)?.0,地應(yīng)力場(chǎng)復(fù)雜多變,這對(duì)勘探部署及效益開(kāi)發(fā)提出了更大挑戰(zhàn)。

圖1 渝東南南川地區(qū)構(gòu)造特征及地質(zhì)剖面示意

1.1 構(gòu)造復(fù)雜

東勝構(gòu)造帶處于平橋構(gòu)造帶與神童壩構(gòu)造帶之間,構(gòu)造呈北東走向,長(zhǎng)20 km,寬4～8 km,主要受控于龍濟(jì)橋斷層、平橋西斷層和袁家溝斷層。東勝構(gòu)造帶斷裂、地層產(chǎn)狀復(fù)雜,微幅構(gòu)造發(fā)育,根據(jù)構(gòu)造樣式及斷裂特征,可劃分為東勝背斜、袁家溝向斜和東勝南斜坡,整體具有北窄南寬、北陡南緩、北深南淺的復(fù)雜構(gòu)造特征(圖2a)。構(gòu)造復(fù)雜對(duì)井位部署及軌跡穿行提出了挑戰(zhàn)。

圖2 渝東南東勝構(gòu)造帶五峰組底界構(gòu)造(a)、地層壓力系數(shù)(b)、最大水平主應(yīng)力方位變化(c)及最大水平主應(yīng)力分布(d)平面位置見(jiàn)圖1。

北部的東勝背斜受龍濟(jì)橋斷層和平橋西斷層夾持,構(gòu)造緊閉,頁(yè)巖埋深較大,為3 500～4 650 m。背斜西翼受龍濟(jì)橋斷層逆沖推覆的影響,地層高陡,地層產(chǎn)狀變化快,局部地層傾角超過(guò)65°;背斜東翼埋深較大,最大埋深超過(guò)4 600 m,地層傾角一般為15°～40°。東勝背斜構(gòu)造窄、地層陡、微幅構(gòu)造發(fā)育,嚴(yán)重制約了水平井靶窗穿行率。袁家溝向斜受控于平橋西斷層和袁家溝斷層控制,為狹長(zhǎng)的向斜構(gòu)造,內(nèi)部發(fā)育一組北東向的四級(jí)斷裂,構(gòu)造較復(fù)雜,埋深4 000～5 000 m,地應(yīng)力較高。南部的東勝南斜坡受控于龍濟(jì)橋斷層和袁家溝斷層,近東西走向,寬6～8 km,受金佛山背斜隆升影響,南部五峰組—龍馬溪組出露地表,頁(yè)巖埋深0～3 500 m,地層相對(duì)穩(wěn)定,地層傾角10°～30°。受燕山晚期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響,龍濟(jì)橋斷層走向由北東向逐漸轉(zhuǎn)為北北東向,對(duì)東勝南斜坡頁(yè)巖氣成藏造成一定破壞。

1.2 保存條件復(fù)雜

一般用地層壓力系數(shù)大小表征保存條件的好壞,不同壓力體系下頁(yè)巖含氣量和單井產(chǎn)量差異較大。經(jīng)過(guò)多年頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)實(shí)踐,渝東南地區(qū)創(chuàng)新形成了常壓頁(yè)巖氣“三因素控藏”富集高產(chǎn)地質(zhì)認(rèn)識(shí)[5,7-17],明確了保存條件是關(guān)鍵,保存條件影響地層能量和含氣量,控制了頁(yè)巖氣藏的富集程度。地層壓力系數(shù)與頁(yè)巖氣富集程度呈正相關(guān)關(guān)系,地層壓力系數(shù)越大,保存條件越好,頁(yè)巖氣越富集,單井產(chǎn)量相對(duì)越高。保存條件的好壞對(duì)頁(yè)巖氣單井產(chǎn)量及單井EUR(最終可采儲(chǔ)量)具有重要影響。

東勝構(gòu)造帶地層壓力系數(shù)為1.0～1.35,處于常壓—高壓過(guò)渡區(qū),以常壓頁(yè)巖氣為主,具有由南向北地層壓力系數(shù)逐漸增大、保存條件逐漸變好的規(guī)律(圖2b)。東勝構(gòu)造帶北部背斜及向斜區(qū)與四川盆地相連,改造程度弱,保存條件較好;龍濟(jì)橋斷層以擠壓應(yīng)力為主,斷層封閉性較好,壓力系數(shù)為1.2～1.35,優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖含氣量4～6 m3/t。南部斜坡區(qū)改造強(qiáng)、抬升幅度高,保存條件破壞大,地層壓力系數(shù)為1.0～1.2,優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖含氣量2.5～4 m3/t。受擠壓+走滑作用影響,龍濟(jì)橋斷層由北向南斷距從100 m增大到400 m,斷層封閉性較北部差。南部靠近龍濟(jì)橋斷層實(shí)施的SY2-5HF井初期日產(chǎn)氣4.3×104m3,套壓9.0 MPa;而北部靠近龍濟(jì)橋斷層實(shí)施的SY20-1HF井初期日產(chǎn)氣8.3×104m3,套壓20.9 MPa,單井產(chǎn)量及地層能量差異較大,這也從側(cè)面反映了保存條件的好壞。

1.3 地應(yīng)力場(chǎng)復(fù)雜

東勝構(gòu)造帶地應(yīng)力場(chǎng)復(fù)雜,主要表現(xiàn)在2個(gè)方面:一是受三期構(gòu)造改造作用影響,地應(yīng)力方位發(fā)生變化,且局部變化較快(圖2c);二是受構(gòu)造樣式、埋深、裂縫發(fā)育程度及斷層擠壓等多種因素影響,地應(yīng)力大小變化范圍大(圖2d)。復(fù)雜的地應(yīng)力場(chǎng)對(duì)頁(yè)巖氣水平井部署和壓裂改造提出了挑戰(zhàn)。

東勝構(gòu)造帶處于平橋、陽(yáng)春溝構(gòu)造帶中間,地應(yīng)力方位兼有平橋、陽(yáng)春溝構(gòu)造帶的特征。東勝構(gòu)造帶中北部地應(yīng)力以北東向?yàn)橹?應(yīng)力方位為60°～72°,與陽(yáng)春溝構(gòu)造帶基本一致;南部斜坡區(qū)以60°為主,局部變?yōu)楸蔽飨?應(yīng)力方位為135°(圖2c),與平橋構(gòu)造帶基本一致。造成這種地應(yīng)力方位變化快的原因,可能是受燕山中期雪峰隆起北西向逆沖推覆、燕山晚期北東向壓扭走滑[12]以及金佛山持續(xù)隆升等多期構(gòu)造影響。

東勝構(gòu)造帶不同構(gòu)造部位地應(yīng)力大小及破裂壓力差異明顯,受構(gòu)造擠壓、埋深及裂縫發(fā)育程度的影響,由南向北地應(yīng)力逐漸增大(圖2d)。東勝南斜坡埋深較淺(500～3 500 m),地應(yīng)力相對(duì)較低,一般為40～75 MPa,應(yīng)力梯度為2.22 MPa/hm,壓裂時(shí)頁(yè)巖破裂壓力一般為45～85 MPa。東勝背斜核部埋深適中(3 500～3 800 m),但處于擠壓區(qū),地應(yīng)力一般為75～85 MPa,頁(yè)巖破裂壓力一般為85～100 MPa。東勝背斜北部及袁家溝向斜由于埋深較大(3 800～5 000 m),裂縫發(fā)育較少,地應(yīng)力較高,一般為85～100 MPa,垂向應(yīng)力梯度為2.28 MPa/hm,頁(yè)巖破裂壓力普遍超過(guò)100 MPa。同等埋深條件下,東勝構(gòu)造帶施工壓力較裂縫發(fā)育的陽(yáng)春溝構(gòu)造帶高10～20 MPa(圖3),施工壓力明顯偏高,壓裂改造效果受到較大影響。兩向水平應(yīng)力差異系數(shù)變化不大,為0.11～0.18,由南向北呈增大趨勢(shì),東勝南斜坡應(yīng)力差異系數(shù)為0.11～0.14,東勝背斜應(yīng)力差異系數(shù)為0.15～0.18。

圖3 渝東南東勝與陽(yáng)春溝構(gòu)造帶施工壓力對(duì)比

2 勘探開(kāi)發(fā)實(shí)踐

構(gòu)造復(fù)雜造成井位部署、水平井軌跡穿行難度增加。北部背斜區(qū)由于地層產(chǎn)狀變化快、微幅構(gòu)造較發(fā)育,導(dǎo)致水平井靶窗鉆遇率低,多口水平井均因局部微幅構(gòu)造或產(chǎn)狀突變,靶窗鉆遇率僅有28%～77%。保存條件復(fù)雜影響頁(yè)巖含氣量,導(dǎo)致氣藏富集程度降低。龍濟(jì)橋斷層由北向南斷距逐漸增大,保存條件逐漸變差,地層壓力系數(shù)由1.35逐漸降低至1.0,影響了單井產(chǎn)量。地應(yīng)力場(chǎng)復(fù)雜增加了壓裂改造難度,影響縫網(wǎng)改造體積。地應(yīng)力大小及方位的變化導(dǎo)致壓裂改造難度增大,南部斜坡區(qū)由于地應(yīng)力方位變化快(最大水平主應(yīng)力方位由60°變化到135°),DP9平臺(tái)水平井后20段與前10段的破裂壓力和施工壓力相差20 MPa,影響了改造效果。

針對(duì)東勝構(gòu)造帶地質(zhì)條件具有“三復(fù)雜”的特征,通過(guò)深化地質(zhì)研究,細(xì)化構(gòu)造解釋、優(yōu)化開(kāi)發(fā)方案、強(qiáng)化地質(zhì)導(dǎo)向和壓裂工藝等攻關(guān)實(shí)踐,堅(jiān)持地震資料處理解釋一體化、地質(zhì)工程一體化,優(yōu)選甜點(diǎn)靶區(qū)、優(yōu)化井位部署、提高靶窗鉆遇率、增大改造體積,從而提高東勝?gòu)?fù)雜構(gòu)造帶常壓頁(yè)巖氣單井產(chǎn)量,實(shí)現(xiàn)效益開(kāi)發(fā)。

2.1 提高淺層速度建模精度,提升構(gòu)造解釋準(zhǔn)確度

通過(guò)三維地震資料目標(biāo)處理,提高速度模型精度,提升地震成像準(zhǔn)確度,結(jié)合精細(xì)化處理解釋,提高構(gòu)造圖的編制精度,為井網(wǎng)部署奠定基礎(chǔ)。

(1)開(kāi)展復(fù)雜構(gòu)造帶成像處理攻關(guān),提升地震成像精度。針對(duì)復(fù)雜近地表結(jié)構(gòu)帶來(lái)的淺層速度建模難題,采用層控折射波層析技術(shù),提高淺層模型精度,消除因近地表因素引起的中深層構(gòu)造假象[18-23]。針對(duì)復(fù)雜逆沖推覆斷裂兩側(cè)地層巖性差異大、存在速度突變的問(wèn)題,形成斷控約束速度建模技術(shù),利用層位、斷塊共同約束速度反演,解決了常規(guī)速度建模在斷層兩側(cè)連續(xù)插值帶來(lái)的速度誤差,速度模型與地下實(shí)際地質(zhì)情況更加匹配,改善復(fù)雜斷裂帶成像效果。開(kāi)展各向異性(TTI)介質(zhì)速度建模,充分利用大量頁(yè)巖氣鉆井資料,建立TTI各向異性參數(shù)模型,解決因各向異性引起的井震誤差大的問(wèn)題,提高井震吻合率。針對(duì)陡傾角復(fù)雜構(gòu)造難題,開(kāi)展照明均衡逆時(shí)偏移成像,實(shí)現(xiàn)地震高精度成像。通過(guò)東勝完鉆井穿行情況對(duì)比(以SY23-2HF井為例),針對(duì)性處理后,成像質(zhì)量改善明顯,歸位更加合理(圖4),較好改善了假斷裂、陡傾角等成像難題,井震吻合度大幅提高,為后續(xù)頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)部署提供了重要技術(shù)支撐。

圖4 渝東南東勝構(gòu)造帶過(guò)SY23-2HF井軌跡剖面

(2)及時(shí)完善地質(zhì)模型,隨鉆隨修構(gòu)造圖。通過(guò)加密解釋網(wǎng)格,精細(xì)識(shí)別小斷裂及微幅構(gòu)造,結(jié)合測(cè)井資料、處理成果速度、層位及斷層信息,建立高精度速度場(chǎng),提高時(shí)深轉(zhuǎn)換精度與構(gòu)造成圖準(zhǔn)確性,一井一修,實(shí)時(shí)修編構(gòu)造圖,及時(shí)更新構(gòu)造模型;利用已鉆水平井的實(shí)鉆資料修正構(gòu)造模型,明確不同區(qū)構(gòu)造特征,為井網(wǎng)部署和后續(xù)開(kāi)發(fā)井優(yōu)化奠定良好基礎(chǔ)。

2.2 優(yōu)化開(kāi)發(fā)技術(shù)政策,提高單井產(chǎn)量

東勝構(gòu)造帶北部的高陡背斜區(qū)保存條件較好,但兩翼地層高陡,地層傾角30°～65°,影響水平井靶窗鉆遇率;南部的寬緩斜坡區(qū)地層較平緩,但保存條件較差,地層壓力系數(shù)為1.0～1.2,單井產(chǎn)量和單井EUR相對(duì)較低。近年來(lái)勘探開(kāi)發(fā)一體化結(jié)合[19,23-26],根據(jù)背斜區(qū)和斜坡區(qū)的地質(zhì)特征,通過(guò)優(yōu)化井網(wǎng)部署、優(yōu)化水平段長(zhǎng)等開(kāi)發(fā)技術(shù)政策,實(shí)現(xiàn)復(fù)雜構(gòu)造區(qū)常壓頁(yè)巖氣單井產(chǎn)能的提升和效益開(kāi)發(fā)。

(1)背斜區(qū)優(yōu)化井網(wǎng)部署,降低成井難度。針對(duì)東勝背斜窄陡狹長(zhǎng)、高差大的復(fù)雜構(gòu)造特征,創(chuàng)新形成了“站高點(diǎn)、打甜點(diǎn)”原則,沿著背斜軸線雙向部井,避免了水平井段因翻越背斜脊線地層產(chǎn)狀變化劇烈導(dǎo)致甜點(diǎn)靶窗鉆遇率較低的問(wèn)題;源頭上優(yōu)化井位部署,降低水平井軌跡的復(fù)雜程度,同時(shí)可有效減少靶前距離,充分動(dòng)用地下儲(chǔ)量,降低成井及后期排采難度。

東勝構(gòu)造帶由北向南最大水平主應(yīng)力方位由72°變?yōu)?35°,若采用相同的部井模式,則會(huì)導(dǎo)致不同應(yīng)力區(qū)水平段與最小水平主應(yīng)力夾角大,影響后期壓裂改造效果。一般按照水平段方位與最小水平主應(yīng)力夾角控制在30°以內(nèi)[21-24],同時(shí)兼顧靶點(diǎn)落差。高陡背斜區(qū)最大水平主應(yīng)力方位為60°～72°,南北向部署水平井,與最小主應(yīng)力方位夾角18°～30°,靶點(diǎn)落差控制在200 m以內(nèi),有利于后期排液、釋放單井產(chǎn)能。

(2)斜坡區(qū)優(yōu)化水平段長(zhǎng),提高單井控制儲(chǔ)量和產(chǎn)量。斜坡區(qū)南部?jī)?yōu)質(zhì)頁(yè)巖含氣量降低,儲(chǔ)量豐度較低,頁(yè)巖含氣量平均為4.9 m3/t,儲(chǔ)量豐度為3.4×108m3/km2。根據(jù)已實(shí)施探評(píng)井的平均單井鉆采投資,反算單井控制儲(chǔ)量需達(dá)到2.7×108m3才能實(shí)現(xiàn)效益開(kāi)發(fā)。通過(guò)數(shù)值模擬研究,結(jié)合鄰區(qū)勘探開(kāi)發(fā)實(shí)踐[14-15],常壓區(qū)頁(yè)巖氣單井產(chǎn)能與水平段長(zhǎng)呈正相關(guān)關(guān)系,同時(shí)東勝南斜坡構(gòu)造簡(jiǎn)單、地層產(chǎn)狀穩(wěn)定且相對(duì)平緩,有利于實(shí)施長(zhǎng)水平井。斜坡區(qū)南部部署水平井15口,水平段長(zhǎng)2 100～4 050 m,開(kāi)發(fā)井距400m,單井控制儲(chǔ)量達(dá)(2.86～4.37)×108m3,其中3口井水平段長(zhǎng)超過(guò)3 500 m,單井EUR為(1.0～1.36)×108m3。長(zhǎng)水平段實(shí)現(xiàn)了常壓頁(yè)巖氣單井產(chǎn)量提升和長(zhǎng)期穩(wěn)產(chǎn)。

2.3 鉆定導(dǎo)一體化導(dǎo)向,提高優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖靶窗鉆遇率

(1)建立地質(zhì)、工程參數(shù)雙因素判層標(biāo)準(zhǔn),用于輔助判層。五峰組—龍馬溪組9個(gè)小層鉆進(jìn)時(shí)所表現(xiàn)出的鉆時(shí)、鉆壓、扭矩等工程參數(shù)有一定差異性,以此用來(lái)輔助判斷地層界面彌補(bǔ)LWD工具隨鉆測(cè)量盲區(qū),從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控層。如龍馬溪組②小層具有高GR電性特征,高TOC含量、高孔隙度、高脆性礦物的特征,對(duì)應(yīng)的鉆井工程參數(shù)為復(fù)合鉆進(jìn)鉆時(shí)2～4 min/m,滑動(dòng)鉆進(jìn)鉆時(shí)5～9 min/m,扭矩絕對(duì)值較上部的③小層低,較平穩(wěn),可以提前15～18 m判斷層位,給導(dǎo)向人員調(diào)整軌跡提供了便利。

(2)結(jié)合地層產(chǎn)狀優(yōu)選相適應(yīng)的導(dǎo)向工具。不同地質(zhì)條件下導(dǎo)向工具的適應(yīng)性不同,東勝背斜地層產(chǎn)狀變化快、傾角變化范圍大,需要優(yōu)選造斜率高的鉆具組合;東勝南斜坡地層相對(duì)平緩,對(duì)導(dǎo)向工具造斜率要求相對(duì)較低。通過(guò)分區(qū)導(dǎo)向工具的優(yōu)化組合,導(dǎo)向指令減少41%,復(fù)合鉆進(jìn)的占比由61%增加到88%,機(jī)械鉆速由13.3 m/h提升至15.6 m/h,構(gòu)造復(fù)雜區(qū)水平井鉆遇率由46%提升至86%。

(3)鉆定導(dǎo)一體化協(xié)作導(dǎo)向?qū)崿F(xiàn)優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖鉆遇率大幅提升。組建由地震、鉆井、定向工程師組成的水平井地質(zhì)導(dǎo)向團(tuán)隊(duì),實(shí)現(xiàn)地質(zhì)工程一體化協(xié)同導(dǎo)向。通過(guò)地質(zhì)工程一體化實(shí)踐,建立了“綜合鄰井空間約束+分段控制預(yù)警”的水平井地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù),利用鄰井實(shí)鉆資料作為空間上的約束條例,在精細(xì)構(gòu)造模型基礎(chǔ)上,以正鉆井設(shè)計(jì)軌跡為基準(zhǔn)建立水平井二維導(dǎo)向剖面,分段預(yù)測(cè)地層傾角及井身軌跡參數(shù)。該技術(shù)應(yīng)用于東勝背斜西翼的復(fù)雜構(gòu)造區(qū),靶窗穿行率由前期的46%提升到84%～91%。

2.4 建立分區(qū)差異化壓裂方案,提高裂縫復(fù)雜度

地應(yīng)力場(chǎng)對(duì)壓裂改造具有重要影響,制定分區(qū)差異化壓裂設(shè)計(jì)方案有助于增大復(fù)雜縫網(wǎng)形成幾率和改造體積,提高單井產(chǎn)能。

根據(jù)巖心三軸力學(xué)、特殊測(cè)井及今地應(yīng)力預(yù)測(cè)技術(shù),明確地應(yīng)力大小變化規(guī)律,結(jié)合不同構(gòu)造部位的探評(píng)井壓裂經(jīng)驗(yàn),根據(jù)分區(qū)地質(zhì)特征及產(chǎn)能主控因素,優(yōu)化分區(qū)開(kāi)發(fā)對(duì)策。針對(duì)高應(yīng)力區(qū)形成了“小段少簇+極限限流射孔+多級(jí)支撐+提壓升排量”的壓裂改造工藝,中高應(yīng)力區(qū)形成了“中段多簇+密集布縫+變密度限流射孔”的壓裂工藝,低應(yīng)力區(qū)形成了“長(zhǎng)段多簇+投球暫堵+高砂比高強(qiáng)度+連續(xù)加砂+無(wú)限級(jí)滑套”的壓裂改造工藝,實(shí)現(xiàn)了不同應(yīng)力區(qū)常壓頁(yè)巖氣單井產(chǎn)能的進(jìn)一步提升。斜坡區(qū)埋藏淺、地應(yīng)力低、易改造,在優(yōu)化水平段長(zhǎng)的基礎(chǔ)上,開(kāi)展精細(xì)地質(zhì)建模,研究壓裂參數(shù)與壓裂規(guī)模的關(guān)系,明確最優(yōu)壓裂規(guī)模,提升單井產(chǎn)能。建立了儲(chǔ)層三維地質(zhì)模型及天然裂縫模型,利用有限元方法模擬得到斜坡區(qū)三維地應(yīng)力場(chǎng)模型,分別模擬加砂強(qiáng)度2～5 m3/m條件下水力裂縫參數(shù)及單井產(chǎn)能變化規(guī)律(表1,圖5)。當(dāng)加砂強(qiáng)度由2 m3/m增加至5 m3/m時(shí),裂縫長(zhǎng)度由225 m增加至368 m,單井EUR由0.65×108m3增加至0.82×108m3;當(dāng)加砂強(qiáng)度超過(guò)4 m3/m后,裂縫尺寸、導(dǎo)流能力及單井EUR的增幅均有所下降,壓裂成本增加較多。在相同簇?cái)?shù)情況下,隨著加砂強(qiáng)度的增加,簇間裂縫起裂由原來(lái)的不均勻起裂逐漸變?yōu)榫鶆蚱鹆?縫網(wǎng)復(fù)雜程度增加,改造效果變好。

表1 渝東南東勝構(gòu)造帶斜坡區(qū)不同加砂強(qiáng)度下縫網(wǎng)模擬參數(shù)

圖5 渝東南東勝構(gòu)造帶不同加砂強(qiáng)度下裂縫擴(kuò)展示意

東勝構(gòu)造帶斜坡區(qū)距離剝蝕邊界較近,頁(yè)巖含氣量和地層壓力系數(shù)較低。在開(kāi)展縫網(wǎng)模擬基礎(chǔ)上,優(yōu)選SY4-2HF井高強(qiáng)度加砂試驗(yàn),加砂強(qiáng)度提高到4.0 m3/m,復(fù)雜縫占比86%,測(cè)試日產(chǎn)氣6.9×104m3,套壓7.9 MPa,實(shí)現(xiàn)了南部中淺層常壓頁(yè)巖氣效益開(kāi)發(fā)。

3 勘探開(kāi)發(fā)效果

根據(jù)東勝?gòu)?fù)雜構(gòu)造帶地質(zhì)特征,通過(guò)實(shí)施深化地質(zhì)研究、優(yōu)化井網(wǎng)布署、鉆定導(dǎo)一體化提升優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖靶窗鉆遇率、差異化壓裂改造提高單井產(chǎn)量等一系列優(yōu)化對(duì)策,優(yōu)化后19口開(kāi)發(fā)井生產(chǎn)效果明顯優(yōu)于優(yōu)化前11口開(kāi)發(fā)井的生產(chǎn)效果,優(yōu)化前套壓平均為13.2 MPa,測(cè)試日產(chǎn)氣8.8×104m3,單井EUR為0.7×108m3,優(yōu)化后套壓平均15.9 MPa,平均日產(chǎn)氣11.1×104m3,單井EUR 為0.79×108m3(圖6a),表現(xiàn)出套壓高、遞減慢、穩(wěn)產(chǎn)期長(zhǎng)的特點(diǎn)。優(yōu)化前后歸一化生產(chǎn)曲線表明,試采初期,在日產(chǎn)氣基本相當(dāng)情況下,優(yōu)化后的井口套壓提高了3～5 MPa,且遞減明顯趨緩(圖6b),表明針對(duì)性對(duì)策起到了較好的生產(chǎn)效果。

圖6 渝東南東勝構(gòu)造帶優(yōu)化開(kāi)發(fā)對(duì)策前、后單井EUR(a)與歸一化生產(chǎn)曲線對(duì)比(b)

雖然優(yōu)化后氣井生產(chǎn)效果得到了提升,但是受構(gòu)造復(fù)雜、保存條件差異大和地應(yīng)力場(chǎng)復(fù)雜的影響,東勝區(qū)塊不同分區(qū)氣井生產(chǎn)特征呈現(xiàn)明顯的差異。

高陡背斜區(qū)保存條件較好,壓力系數(shù)1.2～1.35,整體呈現(xiàn)初產(chǎn)高、壓力高、單位壓降產(chǎn)氣較高、遞減較快的特點(diǎn)(圖7)。東勝背斜兩翼呈不對(duì)稱結(jié)構(gòu),西翼地層高陡(最高可達(dá)65°),靶窗鉆遇率較低。通過(guò)優(yōu)化井位部署和鉆定導(dǎo)一體化導(dǎo)向,西翼的SY1-5HF井水平段長(zhǎng)1 443 m,優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖鉆遇率84%,加砂強(qiáng)度2.1m3/m,注液強(qiáng)度21.5m3/m,套壓18.24 MPa,試采日產(chǎn)氣10.7×104m3,目前生產(chǎn)16個(gè)月,套壓3.52 MPa,日產(chǎn)氣3.2×104m3,累產(chǎn)氣2 482×104m3。東翼埋深變化大,地應(yīng)力較高(85～100 MPa),壓裂形成復(fù)雜縫網(wǎng)難度較大,通過(guò)差異化壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了高應(yīng)力區(qū)常壓頁(yè)巖氣井產(chǎn)能的提升。

以背斜高應(yīng)力區(qū)埋深超過(guò)3 500 m的DP1平臺(tái)的SY1-8HF、SY1-6HF兩口井為例,地質(zhì)條件基本相當(dāng),早期的SY1-8HF井測(cè)試效果較差,測(cè)試日產(chǎn)氣8.9×104m3,無(wú)阻流量11×104m3/d。SY1-6HF井通過(guò)優(yōu)化壓裂方案,采用密切割以保證充分改造,壓裂單段長(zhǎng)由80～90 m縮短為70～80 m,簇間距由15～20 m降至10 m,利用高砂比鋪砂,綜合砂比由3%提升至10%,排量由16～18m3/min提升至18～20.5m3/min、加砂強(qiáng)度由0.9m3/m提升至2.0 m3/m。SY1-6HF井通過(guò)采用“中等段長(zhǎng)+多簇限流+高強(qiáng)度高砂比+提壓升排”壓裂改造工藝,測(cè)試日產(chǎn)氣提升至10.7×104m3,無(wú)阻流量提升至19×104m3/d,目前試采15個(gè)月,套壓2.54 MPa,日產(chǎn)氣2.78×104m3,累產(chǎn)氣1 580×104m3。

斜坡區(qū)地層壓力系數(shù)較低,為1.0～1.2,具有初產(chǎn)高、壓力中等、單位壓降產(chǎn)氣較高、遞減中等的特點(diǎn)(圖7)。深化頁(yè)巖氣保存條件和強(qiáng)改造對(duì)單井產(chǎn)量關(guān)系的研究,向南滾動(dòng)部署SY4-2HF井,距離剝蝕邊界2.7 km,地層壓力系數(shù)1.05,頁(yè)巖埋深1 809 m;通過(guò)優(yōu)化井位部署,水平段長(zhǎng)2 083 m,優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖鉆遇率100%;實(shí)施高強(qiáng)度加砂,加砂強(qiáng)度4.0 m3/m,注液強(qiáng)度29.5 m3/m,測(cè)試日產(chǎn)氣6.9×104m3,套壓7.9 MPa。目前試采7個(gè)月,套壓8.25 MPa,油壓6.78 MPa,日產(chǎn)氣5.4×104m3,累產(chǎn)氣1 322×104m3,預(yù)測(cè)EUR為0.82×108m3。SY4-2HF井的成功,證實(shí)了在靠近剝蝕邊界、埋深小于2 000 m的常壓區(qū),優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖仍然具有較好的含氣性,通過(guò)強(qiáng)改造增大縫網(wǎng)體積后仍可獲得較高產(chǎn)量。

4 結(jié)論

(1)渝東南南川地區(qū)東勝構(gòu)造帶具有構(gòu)造復(fù)雜、保存條件復(fù)雜、地應(yīng)力場(chǎng)復(fù)雜的“三復(fù)雜”地質(zhì)特征,單井產(chǎn)量差異大,給勘探開(kāi)發(fā)部署和效益開(kāi)發(fā)帶來(lái)了較大挑戰(zhàn)。

(2)堅(jiān)持地震處理解釋一體化,開(kāi)展復(fù)雜構(gòu)造區(qū)成像處理攻關(guān),提升地震成像準(zhǔn)確度和構(gòu)造解釋準(zhǔn)確度,完善地質(zhì)模型,編制目的層構(gòu)造圖,為井位部署和地質(zhì)導(dǎo)向奠定了基礎(chǔ)。優(yōu)化開(kāi)發(fā)技術(shù)政策,深化背斜區(qū)和斜坡區(qū)地質(zhì)特征研究,分區(qū)優(yōu)化井網(wǎng)部署和水平段長(zhǎng),提高井控儲(chǔ)量。建立雙因素判層標(biāo)準(zhǔn),優(yōu)選適應(yīng)不同地層產(chǎn)狀的導(dǎo)向工具,鉆定導(dǎo)一體化協(xié)作導(dǎo)向提高優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖靶窗鉆遇率。地質(zhì)工程一體化,針對(duì)高中低不同應(yīng)力區(qū)建立分區(qū)差異化壓裂方案,提高裂縫復(fù)雜度和單井產(chǎn)量。

(3)針對(duì)東勝?gòu)?fù)雜構(gòu)造帶“三復(fù)雜”地質(zhì)特征,創(chuàng)新形成了復(fù)雜構(gòu)造帶常壓頁(yè)巖氣四大效益開(kāi)發(fā)對(duì)策,提高了單井產(chǎn)量和單井EUR,實(shí)現(xiàn)了渝東南南川地區(qū)東勝?gòu)?fù)雜構(gòu)造帶常壓頁(yè)巖氣的效益開(kāi)發(fā),可為其他類似復(fù)雜構(gòu)造帶頁(yè)巖氣效益開(kāi)發(fā)提供技術(shù)借鑒。

利益沖突聲明/Conflict of Interests

所有作者聲明不存在利益沖突。

All authors disclose no relevant conflict of interests.

作者貢獻(xiàn)/Authors’Contributions

何希鵬提出論文總體構(gòu)思,負(fù)責(zé)勘探開(kāi)發(fā)實(shí)踐及對(duì)策編寫(xiě);張培先負(fù)責(zé)地質(zhì)特征編寫(xiě)及統(tǒng)稿;任建華、王偉、盧比負(fù)責(zé)開(kāi)發(fā)效果編寫(xiě)及編圖。所有作者均閱讀并同意最終稿件的提交。

HE Xipeng proposed the overall idea of the paper and was responsible for the compilation of exploration and development practices and countermea-sures. ZHANG Peixian was responsible for the compilation of geological characteristics and drafting. REN Jianhua, WANG Wei and LU Bi were responsible for the compilation and mapping of development effects. All authors have read and approved the submission of the final manuscript.