致密氣藏壓裂效果影響因素分析

牟 媚，鄒 劍，張 璐，高 尚，蘭夕堂，安恒序，高 雙

(1.中國(guó)海洋石油有限公司天津分公司，天津 300459；2.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300459)

隨著我國(guó)對(duì)清潔能源需求的不斷增大[1-2]，天然氣的需求也逐步增大。致密氣儲(chǔ)層作為天然氣的重要組成[3]，也得到越來(lái)越多的動(dòng)用。致密氣儲(chǔ)層的開(kāi)發(fā)中，水力壓裂是一項(xiàng)決定著能否實(shí)現(xiàn)高效開(kāi)發(fā)的重要儲(chǔ)層改造技術(shù)[4-5]。水力壓裂是一項(xiàng)較為復(fù)雜的儲(chǔ)層改造技術(shù)，多項(xiàng)參數(shù)均對(duì)壓裂改造效果有直接影響[6-8]，而目前針對(duì)水力壓裂效果的分析多為從理論的角度對(duì)效果進(jìn)行分析，未能很好的結(jié)合礦場(chǎng)實(shí)際。因此，本文以中海油鄂爾多斯盆地L區(qū)塊致密氣藏為剖析對(duì)象，歸納分析該區(qū)塊自2013年以來(lái)統(tǒng)計(jì)到的200余層段壓裂參數(shù)及改造生產(chǎn)數(shù)據(jù)，以得到致密氣藏壓裂效果影響因素，最終為致密氣藏水力壓裂改造提供一定的理論指導(dǎo)。

1 研究區(qū)概況

1.1 研究區(qū)地質(zhì)概況

1)儲(chǔ)層縱橫向分布特征

研究區(qū)上古生界地層整體上發(fā)育齊全，自下而上發(fā)育的儲(chǔ)層有：石炭系上統(tǒng)本溪組、二疊系下統(tǒng)太原組和山西組、二疊系中統(tǒng)下石盒子組和上石盒子組、二疊系上統(tǒng)石千峰組。研究區(qū)主要開(kāi)發(fā)層位為千3段本溪組，共計(jì)15層，包括千3、千4、千5、盒7、盒8、山2、太原組、本溪組等8套主力氣層，埋深在1300～2200 m 之間。氣藏縱向上交錯(cuò)疊合發(fā)育，平均有效砂體厚度一般為2.8～8.6 m，且產(chǎn)層跨距較大。

2)儲(chǔ)層物性特征

研究區(qū)以致密儲(chǔ)層為主，屬低孔、低滲-特低滲儲(chǔ)層，對(duì)研究區(qū)1200采集到的多個(gè)樣品數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，對(duì)統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析可知，研究區(qū)巖心分析孔隙度主要分布在2%～10%之間，滲透率主要分布在0.01～1 mD 之間。

3)巖石學(xué)特征

研究區(qū)巖石組分與沉積環(huán)境密切相關(guān)，整體上表現(xiàn)為由淺到深石英含量變高，長(zhǎng)石整體含量降低。巖性由石千峰組的巖屑長(zhǎng)石砂巖變換為石盒子組的長(zhǎng)石巖屑砂巖，再到太原、本溪組的巖屑石英、石英砂巖。在膠結(jié)物方面，主要為硅質(zhì)和黏土礦物。

4)含氣飽和度

研究區(qū)含氣飽和度以40%～60%為主，60%～80%次之，整體上具有較好的含氣性。

1.2 研究區(qū)壓裂改造概況

1)壓裂改造設(shè)計(jì)思路

研究區(qū)壓裂改造中基本上是根據(jù)儲(chǔ)層厚度確定壓裂規(guī)模，針對(duì)層厚較大的儲(chǔ)層，增加壓裂規(guī)模，增大裂縫有效波及面積；而對(duì)于厚度較小的儲(chǔ)層，以增加裂縫的有效縫長(zhǎng)為主，控制裂縫縱向延伸。

2)壓裂液及支撐劑

經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析可知，研究區(qū)大多數(shù)壓裂層位選取的是胍膠壓裂液體系，其中99.3%的層位使用胍膠壓裂液(93.4%的層位使用胍膠濃度為0.3%)。

研究區(qū)目的層延伸壓力梯度在0.017～0.023 MPa/m 之間，地層閉合壓力在35～45 MPa 以內(nèi)，考慮流壓 10 MPa，支撐劑實(shí)際承壓25～35 MPa。研究區(qū)一般使用20/40目陶粒，前置液階段加入40/70目陶粒，打磨近井地帶。

3)工藝參數(shù)

在施工參數(shù)方面，5 m 以下薄層加砂強(qiáng)度5.0～8.0 m3/m，5 m 以上厚層為3.0～5.0 m3/m，平均砂比20～25%，施工排量為2.5～4.0 m3/min，單翼縫長(zhǎng)150～270 m。

2 壓裂工藝參數(shù)及改造效果分析

由于直井和水平井在結(jié)構(gòu)和滲流特征上具有本質(zhì)的不同，因此本文分別按照直井和水平井進(jìn)行了分類匯總和分析。

2.1 壓裂參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

截至目前，共統(tǒng)計(jì)到研究區(qū)實(shí)施了61口井209層的壓裂，其中統(tǒng)計(jì)到直井共壓裂53口井，共158層；水平井共壓裂8口井，共51段。具體統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所示。

表1 研究區(qū)壓裂參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

由表1可知：

1)直井的液量、加砂量、裂縫半長(zhǎng)等設(shè)計(jì)參數(shù)，處于一個(gè)較大的區(qū)間范圍。進(jìn)一步對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，其原因是隨著儲(chǔ)層條件越來(lái)越差需要更大改造規(guī)模，且壓裂技術(shù)在近些年得到了快速發(fā)展，因此施工規(guī)模逐步加大。水平井分段壓裂為本研究區(qū)近年開(kāi)展的新技術(shù)，整體上施工參數(shù)較為平穩(wěn)，且施工成功率高。

2)直井和水平井進(jìn)行對(duì)比，可知水平井的加砂完成率更高。這是由于水平井往往為壓后投產(chǎn)，而很多直井是在生產(chǎn)后擴(kuò)射并進(jìn)行壓裂，導(dǎo)致井筒情況復(fù)雜、施工難度大。

3)與直井相對(duì)比，水平井施工段數(shù)多、改造規(guī)模大，其初期產(chǎn)能和累計(jì)產(chǎn)量均大于直井。

2.2 地質(zhì)因素對(duì)產(chǎn)能影響

為進(jìn)一步分析地質(zhì)因素與產(chǎn)能的關(guān)系，本文對(duì)研究區(qū)單井產(chǎn)能系數(shù)、儲(chǔ)能系數(shù)兩個(gè)角度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，與單井初始產(chǎn)能進(jìn)行對(duì)比，得到產(chǎn)能系數(shù)、儲(chǔ)能系數(shù)與單井初始產(chǎn)能的關(guān)系，如圖1所示。

a.產(chǎn)能系數(shù)與初始產(chǎn)能關(guān)系 b.儲(chǔ)能系數(shù)與初始產(chǎn)能關(guān)系

從圖1可知：產(chǎn)能系數(shù)與單井初始產(chǎn)能沒(méi)有明顯的對(duì)應(yīng)關(guān)系，而儲(chǔ)能系數(shù)與單井初始產(chǎn)能有明顯的正相關(guān)關(guān)系。經(jīng)分析，這是由于在單井初期生產(chǎn)時(shí)，氣藏的改造帶為主要的供氣區(qū)域，此時(shí)儲(chǔ)層能量較為充足，因此厚度和滲透率對(duì)單井的產(chǎn)能情況有直接的影響。

2.3 施工參數(shù)對(duì)壓裂工藝的影響

由前文可知，研究區(qū)整體上施工均采用胍膠壓裂液體系，支撐劑使用20/40目陶粒。因此在壓裂施工參數(shù)方面，本文對(duì)施工排量和施工規(guī)模兩個(gè)方面對(duì)壓裂效果進(jìn)行分析。

圖2為不同施工排量下對(duì)加砂完成率的影響。由圖2看出，施工排量的大小對(duì)加砂完成率沒(méi)有直接的影響，說(shuō)明研究區(qū)整體上工藝方案設(shè)計(jì)良好、礦場(chǎng)適用性好。

圖2 不同施工排量下與加砂完成率關(guān)系

分別對(duì)施工排量、加砂量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并分析這兩個(gè)因素對(duì)單井日產(chǎn)能的影響，結(jié)果如圖3所示。

圖3 不同施工排量下單井日產(chǎn)能

圖4 不同加砂量下單井日產(chǎn)能

從不同施工排量及對(duì)應(yīng)的單井日產(chǎn)能數(shù)據(jù)可知，本研究區(qū)整體施工排量多數(shù)處于3～4 m3/min 之間，較為平穩(wěn)。從產(chǎn)能數(shù)據(jù)來(lái)看，不同施工排量對(duì)單井日產(chǎn)能無(wú)直接的影響。

從不同加砂量及其對(duì)應(yīng)的單井日產(chǎn)能數(shù)據(jù)來(lái)看，除分段壓裂水平井之外，本研究區(qū)整體上單井日產(chǎn)能在1.5×104m3以內(nèi)，且施工規(guī)模與單井日產(chǎn)能之間無(wú)明顯的關(guān)系。從數(shù)據(jù)上來(lái)看，加砂量大的儲(chǔ)層反而產(chǎn)氣量低，經(jīng)分析此類加砂量大的單井的物性較差，壓裂往往更大，但由于儲(chǔ)層條件的限制未能達(dá)到更高的產(chǎn)能。

3 結(jié)論

1)研究區(qū)水平井多采用壓后投產(chǎn)，加砂完成率更高，而很多直井是在生產(chǎn)后擴(kuò)射、壓裂，導(dǎo)致井筒情況復(fù)雜、施工難度大，最終影響施工的完成度。

2)與直井相對(duì)比，水平井施工段數(shù)多、改造規(guī)模大，其初期產(chǎn)能和累計(jì)產(chǎn)量均更大。

3)從單井產(chǎn)能與地質(zhì)因素的關(guān)系來(lái)看，產(chǎn)能系數(shù)與單井初始產(chǎn)能沒(méi)有明顯的對(duì)應(yīng)關(guān)系，而儲(chǔ)能系數(shù)與單井初始產(chǎn)能有明顯的正相關(guān)關(guān)系。