四川盆地低滲透砂巖氣藏大型水力加砂壓裂配套技術(shù)

摘 要

摘要：增產(chǎn)改造是低滲透砂巖氣藏開發(fā)效果的重要保障手段，為了提高氣藏單井產(chǎn)量，實(shí)現(xiàn)效益開發(fā)，中國(guó)石油西南油氣田公司在該領(lǐng)域開展了廣泛深入的研究，形成了以大型水力加砂壓裂為主
摘要：增產(chǎn)改造是低滲透砂巖氣藏開發(fā)效果的重要保障手段，為了提高氣藏單井產(chǎn)量，實(shí)現(xiàn)效益開發(fā)，中國(guó)石油西南油氣田公司在該領(lǐng)域開展了廣泛深入的研究，形成了以大型水力加砂壓裂為主的儲(chǔ)層改造及其配套技術(shù)，包括：氣藏整體壓裂方案設(shè)計(jì)技術(shù)，以微型注入為主的壓前評(píng)價(jià)技術(shù)，以數(shù)值模擬、節(jié)點(diǎn)分析為主的大型壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)，以差應(yīng)變、聲發(fā)射、黏滯剩磁室內(nèi)實(shí)驗(yàn)與測(cè)井資料相結(jié)合的地應(yīng)力大小及方向的分析技術(shù)，以示蹤跡、微地震為主的裂縫形態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)等。這些配套技術(shù)的形成，使大型水力加砂壓裂工藝在試驗(yàn)區(qū)內(nèi)取得了顯著的增產(chǎn)效果，為川渝氣區(qū)大力推進(jìn)盆地內(nèi)砂巖氣藏的勘探開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。這些關(guān)鍵技術(shù)的研究、歸納與總結(jié)，為低滲透砂巖氣藏的規(guī)?；?、效益化開發(fā)提供了技術(shù)支持。
關(guān)鍵詞：四川盆地；低滲透儲(chǔ)集層；砂巖氣藏；壓裂；大型；加砂；配套技術(shù)；應(yīng)用
1 儲(chǔ)層特征
1.1 沉積相特征
    區(qū)內(nèi)目標(biāo)儲(chǔ)層段屬三角洲-湖泊沉積。儲(chǔ)層發(fā)育的有利相帶為三角洲平原亞相水上分支河道和三角洲前緣水下分支河道微相。
1.2 巖性特征
    儲(chǔ)層以中-粗粒長(zhǎng)石巖屑砂巖為主，次為中-粗粒巖屑砂巖。石英含量為51%～70%，巖屑含量為15%～40%；雜基礦物含量為2%～9%，成分以黏土為主，包括水云母、綠泥石、高嶺石、有機(jī)質(zhì)和黃鐵礦。
1.3 孔隙度分布特征
    巖心樣品孔隙度值主要分布在2%～14%的空間，平均為6.96%，大于6%的占60%，儲(chǔ)層屬特低-低孔隙度儲(chǔ)層。局部地方孔隙較發(fā)育。
1.4 滲透率分布特征
    巖心樣品滲透率值分布在0.0008×10-3～5.46×10-3μm2之間，平均為0.23×10-3μm2，大于0.01×10-3μm2的占77%。從滲透率的分布狀況上看，儲(chǔ)層屬特低-低滲透率儲(chǔ)層，局部地方滲透性較好。
1.5 孔隙度-滲透率關(guān)系
    巖心樣品孔隙度和滲透率作相關(guān)回歸分析表明，孔隙度和滲透率總體上呈較好的線性關(guān)系。尤其是當(dāng)孔隙度大于6%以上時(shí)，線性關(guān)系更為清楚，反映了儲(chǔ)層的孔喉組合較好。
2 總體技術(shù)方案
    從傳統(tǒng)單井壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫦騾^(qū)塊、總體規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)射孔、壓裂、試油一體化的氣藏整體壓裂技術(shù)，不僅提高了單井產(chǎn)量，而且加快了單井投產(chǎn)速度。
    1) 重視裂縫延伸情況研究。針對(duì)泥巖隔層較薄，開展縫高控制分析研究，利用巖心試驗(yàn)與測(cè)井資料相結(jié)合求取儲(chǔ)層地應(yīng)力剖面，開展示蹤劑與動(dòng)態(tài)測(cè)井相結(jié)合求取裂縫高度，為優(yōu)化壓裂施工設(shè)計(jì)作基礎(chǔ)。
    2) 利用前期微型注入技術(shù)，開展壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)以及壓后儲(chǔ)層產(chǎn)能評(píng)價(jià)。
    3) 消化吸收儲(chǔ)層研究成果，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施結(jié)果精細(xì)對(duì)儲(chǔ)層分類、分區(qū)，根據(jù)儲(chǔ)層的不同類別，制訂相應(yīng)的壓裂方案。按如下要求優(yōu)化單井施工設(shè)計(jì)：對(duì)于儲(chǔ)層條件較好、含水飽和度較低的井大膽實(shí)施大型壓裂作業(yè)；對(duì)于含水飽和度較高、位于水較活躍的區(qū)域在施工規(guī)模上相對(duì)保守。
    4) 按照優(yōu)化、簡(jiǎn)化、快速試油的原則，針對(duì)不同的井型采用不同的工藝及工序，氣井一旦獲氣，立即組織生產(chǎn)，在生產(chǎn)過程中排盡殘液，不但有利于保證壓裂效果，而且有利于產(chǎn)量任務(wù)的完成。①對(duì)于直井采用過油管射孔→(放噴、測(cè)試)→測(cè)井溫基線→加砂壓裂→縫高監(jiān)測(cè)、排液、測(cè)試、動(dòng)態(tài)測(cè)井；②對(duì)于斜井采用過油管傳輸射孔→(放噴、測(cè)試)→測(cè)井溫基線→加砂壓裂→縫高監(jiān)測(cè)、排液、測(cè)試、動(dòng)態(tài)測(cè)井。
    5) 以低殘?jiān)?、有效控制水鎖，有效助排、降低壓裂液對(duì)儲(chǔ)層的二次傷害為目標(biāo)，采用超級(jí)胍膠壓裂液體系。
3 利用新技術(shù)開展大型壓裂前期論證與設(shè)計(jì)優(yōu)化
3.1 壓前評(píng)估新技術(shù)
3.1.1利用巖心試驗(yàn)與測(cè)井資料相結(jié)合的方法求取地應(yīng)力參數(shù)及剖面
    利用差應(yīng)變、聲發(fā)射、黏滯剩磁為實(shí)驗(yàn)手段的地應(yīng)力大小與分析技術(shù)結(jié)合測(cè)井資料，獲得儲(chǔ)層地應(yīng)力剖面與方向(表1)，為儲(chǔ)層整體壓裂方案設(shè)計(jì)及優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)[1～2]。
表1 試驗(yàn)區(qū)地應(yīng)力方向表
采樣深度/m
最大水平主應(yīng)力
最小水平主應(yīng)力
鉛直應(yīng)力
方位/(°)
傾角/(°)
應(yīng)力/MPa
方位/(°)
傾角/(°)
應(yīng)力/MPa
方位/(°)
傾角/(°)
應(yīng)力/MPa
1707
298.20
1.10
34.66
28.42
11.10
28.18
202.61
78.84
37.20
1714
298.00
1.50
34.12
28.23
8.60
30.17
198.18
81.27
36.95
1717
301.60
5.10
36.29
32.30
7.80
28.94
178.72
80.66
37.22
3.1.2利用微型注入測(cè)試工藝求取儲(chǔ)層就地物性參數(shù)，評(píng)估壓后增產(chǎn)效果
    這種評(píng)價(jià)技術(shù)是壓裂前向地層注入少量的液體(10m3以內(nèi))，由壓降數(shù)據(jù)分析獲取儲(chǔ)層物性參數(shù)(儲(chǔ)層流動(dòng)系數(shù)、儲(chǔ)層壓力)，然后將這些參數(shù)用于壓前產(chǎn)能關(guān)系式中，同時(shí)建立壓前與壓后數(shù)據(jù)之間的映射關(guān)系，對(duì)壓裂儲(chǔ)層優(yōu)選、壓裂規(guī)模的確定以及壓前及壓后產(chǎn)量預(yù)測(cè)提供了可靠的依據(jù)。表2為試驗(yàn)區(qū)利用微注測(cè)試獲得的主要參數(shù)。
3.2 裂縫幾何形態(tài)實(shí)測(cè)技術(shù)
    壓裂裂縫的準(zhǔn)確評(píng)價(jià)對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)及增產(chǎn)效果的分析評(píng)價(jià)至關(guān)重要，在試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行了示蹤劑+井溫測(cè)井求取裂縫高度，求取的裂縫幾何形體信息為我們進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)及壓后評(píng)估起到了重要作用。
在壓裂施工中加入示蹤劑，通過壓后井溫度測(cè)井和示蹤劑確定縫口裂縫高度。通過對(duì)裂縫高度測(cè)量，可以對(duì)泥巖隔層的遮擋性和儲(chǔ)層裂縫高度延伸規(guī)律進(jìn)行研究，進(jìn)一步優(yōu)化壓裂設(shè)計(jì)，與壓裂數(shù)據(jù)共同分析，確定裂縫有效幾何形態(tài)(圖1)。
 
3.3 壓裂設(shè)計(jì)圖版
    壓裂設(shè)計(jì)圖版的建立對(duì)論證是否通過大規(guī)模加砂壓裂動(dòng)用所有儲(chǔ)層，同時(shí)取得較為理想的裂縫長(zhǎng)度，保持氣井具有一定的高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)期具有重要的意義[3～4]。
    采用節(jié)點(diǎn)模型開展地層流動(dòng)物性與裂縫長(zhǎng)度之間相關(guān)性分析、預(yù)測(cè)不同裂縫與地層匹配情況下的無阻流量、根據(jù)前期試驗(yàn)成果及微型注入測(cè)試分析，建立了試驗(yàn)區(qū)壓裂設(shè)計(jì)圖版(圖2)，該圖版與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果具有很好的一致性。
表2 微注測(cè)試獲得的參數(shù)表
井號(hào)
流動(dòng)系數(shù)/10-3μm2·m(mPa·s-1)
地層壓力/MPa
壓力系數(shù)/MPa·m-1
滲透率/10-3μm2
閉合應(yīng)力/MPa·m-1
液體效率/%
XX1
63.60
19.70
0.0111
0.056
0.0132
38
XX2
35.87
20.50
0.0112
0.072
0.0132
36
XX3
271.00
19.55
0.0109
0.157
0.0127
13
XX4
228.00
17.81
0.0101
0.240
0.0126
18
XX5
210.00
20.50
0.0118
0.280
0.0137
11
4 強(qiáng)化壓裂液體系研究以適應(yīng)儲(chǔ)層及大型壓裂的需要
    根據(jù)試驗(yàn)區(qū)儲(chǔ)層的特點(diǎn)，研究形成了適應(yīng)的壓裂液配方，該壓裂液體系具有以下特點(diǎn)。
    1) 針對(duì)聚合物的傷害——選用優(yōu)質(zhì)精細(xì)瓜膠，降低聚合物本身的傷害[5～6]。
    2) 針對(duì)常壓、低孔低滲儲(chǔ)層——破膠快速?gòu)氐?、返排迅速?/span>
    3) 破膠快速?gòu)氐?mdash;—采用復(fù)合破膠(常規(guī)破膠劑+膠囊)。
    4) 返排迅速——采用復(fù)合助排劑(低表界面張力+微乳液)。
    5) 針對(duì)黏土膨脹運(yùn)移——采用復(fù)合防膨(長(zhǎng)效季銨鹽防膨+短效KCl防膨)。
    6) 針對(duì)水鎖、水敏——采用醇防止并提高助排。
5 分階段推廣大型壓裂現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)效果顯著
5.1 第一階段
    進(jìn)行大型壓裂初步試驗(yàn)，重點(diǎn)研究大型壓裂在該區(qū)的可行性、適用性，取全取準(zhǔn)資料，深化對(duì)儲(chǔ)層的認(rèn)識(shí)。該階段壓裂施工規(guī)模為70m3、100m3支撐劑，共實(shí)施5口井，平均單井無阻流量18.1×104m3/a，大型壓裂初步獲得較好的效果。
    通過對(duì)第一階段施工資料作認(rèn)真分析，進(jìn)一步對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行了精細(xì)劃分，將試驗(yàn)區(qū)劃分為3個(gè)區(qū)塊，分別對(duì)3個(gè)區(qū)塊制訂了不同的壓裂對(duì)策。
    1) 在構(gòu)造頂部，其產(chǎn)層較好，含水飽和度較低，可推廣120m3以上的規(guī)模，盡可能提高單井產(chǎn)量。
    2) 在構(gòu)造翼部，其儲(chǔ)層條件相對(duì)頂部次之，但含水飽和度較低，可推廣100～120m3的規(guī)模。
   3) 在構(gòu)造低部位，由于其含水飽和度較高，壓后產(chǎn)量受水的影響很大，壓裂規(guī)模適當(dāng)降低，在有條件的井實(shí)施分層壓裂。
5.2 第二階段
   主要是驗(yàn)證第一階段形成的認(rèn)識(shí)及區(qū)塊劃分的合理性，共實(shí)施5口井，施工規(guī)模為50m3、70m3、100m3，平均單井獲無阻流量9.9×104m3/d且證實(shí)區(qū)塊劃分是合理的。
5.3 第三階段
   試驗(yàn)井主要集中在構(gòu)造頂部，大力推廣120m3以上的施工規(guī)模，共實(shí)施12井次，平均單井無阻流量35.3×104m3/d，獲得一批高產(chǎn)井，效果顯著。
   該氣藏通過大型壓裂，獲得了顯著的增產(chǎn)效果及較高的開采效益，圖3是該氣藏應(yīng)用大型壓裂前后效果對(duì)比圖。
 
6 結(jié)論
    通過對(duì)試驗(yàn)區(qū)大型水力加砂壓裂技術(shù)攻關(guān)及實(shí)施，形成了較成熟的大型壓裂及其配套技術(shù)，這些技術(shù)包括：區(qū)塊總體壓裂方案設(shè)計(jì)技術(shù)，以微型注入為主的措施井增產(chǎn)潛力評(píng)價(jià)技術(shù)，以數(shù)值模擬、節(jié)點(diǎn)分析為主的大型壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)，以差應(yīng)變、聲發(fā)射、黏滯剩磁室內(nèi)實(shí)驗(yàn)與測(cè)井資料相結(jié)合的地應(yīng)力大小及方向的分析技術(shù)，以示蹤劑、微地震為主的裂縫形態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)。這些技術(shù)的形成與應(yīng)用取得了明顯的效果，不僅有效地提高了試驗(yàn)區(qū)單井產(chǎn)量及開發(fā)效果，也為類似氣藏的開發(fā)提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。
參考文獻(xiàn)
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(本文作者：何冶1 段國(guó)彬1 付永強(qiáng)2 周朗1 1.中國(guó)石油西南油氣田公司工程技術(shù)與監(jiān)督部；2.中國(guó)石油西南油氣田公司采氣工程研究院)