“井工廠”壓裂模式在大牛地氣田的應(yīng)用

李克智 何 青 秦玉英 李國(guó)鋒 張永春 李月麗

（中國(guó)石化華北分公司，河南鄭州 450006）

大牛地氣田位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡北部，上古生界砂巖氣藏埋深2 500～2 900 m，水平井開(kāi)發(fā)目的層主要為太2、山1、山2及盒1氣層。儲(chǔ)層以辮狀河流相沉積為主，縱向上交錯(cuò)疊合發(fā)育，平面上分片展布，非均質(zhì)性較強(qiáng)，氣藏內(nèi)部差別較大，呈現(xiàn)出“三低兩高”的特征（低壓、低滲、低孔，有效應(yīng)力高、基塊毛管壓力高），是一個(gè)典型的低壓、低孔、低含氣飽和度的致密氣藏。

大牛地氣田盒1氣層平均孔隙度9.09%，平均滲透率0.55 mD，地層壓力系數(shù)0.91，采用水平井分段壓裂工藝獲得了較好的改造效果，截至2012年5月底，盒1氣層水平井壓后平均無(wú)阻流量達(dá)7.56×104m3/d［1］。為進(jìn)一步提高大牛地氣田盒1氣層的儲(chǔ)量動(dòng)用程度，評(píng)價(jià)水平井組開(kāi)發(fā)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)可行性，引進(jìn)了“井工廠”壓裂模式，在大牛地氣田已成熟應(yīng)用的多級(jí)管外封隔器水平井分段壓裂工藝的基礎(chǔ)上，開(kāi)展了叢式水平井組同步壓裂工藝研究。大牛地氣田R井組的成功試驗(yàn)表明，該技術(shù)的實(shí)施可提高氣田的開(kāi)發(fā)效率，降低單井開(kāi)發(fā)成本，為實(shí)現(xiàn)油氣增產(chǎn)“二次跨越”提供了技術(shù)儲(chǔ)備。

1 施工難點(diǎn)及對(duì)策

大牛地氣田R叢式水平井組6口井的井眼軌跡采用放射狀“米”字型布局，采用二維軌道（圖1），便于現(xiàn)場(chǎng)施工及后續(xù)壓裂管柱的下入。

圖1 R水平井組井眼軌道示意圖

1.1 施工難點(diǎn)

“井工廠”壓裂模式指以密集的井位形成一個(gè)開(kāi)發(fā)“工廠”，流水線式集中壓裂，目的是通過(guò)一體化、批量化施工提高效率，降低平均單次成本［2-3］。目前“井工廠”壓裂模式可借鑒理論、經(jīng)驗(yàn)較少，設(shè)計(jì)和施工均存在很大困難。

（1）施工參數(shù)優(yōu)化要求高。叢式井組各水平井A靶點(diǎn)之間間距較小，對(duì)裂縫整體布局、壓裂順序、縫長(zhǎng)、排量、砂比等施工參數(shù)優(yōu)化要求高。

（2）現(xiàn)場(chǎng)組織實(shí)施復(fù)雜。大牛地氣田2011年實(shí)施多級(jí)管外封隔器分段壓裂井（水平段1 000 m左右）統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，單井壓裂入井液量多（2 500 m3）、加砂規(guī)模大（315 m3）、罐具數(shù)量多（90～95 罐）、井場(chǎng)要求大（70 m×60 m）、返排液量多，因此現(xiàn)場(chǎng)組織實(shí)施同步壓裂施工難度較大。

1.2 對(duì)策

（1）考慮井網(wǎng)影響，依據(jù)各水平井的井眼軌跡，優(yōu)化壓裂次序、裂縫布局、裂縫長(zhǎng)度和加砂規(guī)模等施工參數(shù)，避免縫間干擾，避免壓竄裂縫，達(dá)到深度改造的目的，進(jìn)一步提高改造效果；依據(jù)水平井段方位與最小主地應(yīng)力方位的夾角、施工壓力的變化，優(yōu)選段塞數(shù)量和最高砂液比，確保不出現(xiàn)早期脫砂等現(xiàn)象。

（2）采用成熟的壓裂液配方體系、分段破膠和伴注液氮技術(shù)，盡可能減小對(duì)地層的傷害。

（3）合理利用壓裂車(chē)組、壓裂液罐和排液池，優(yōu)化液罐和壓裂設(shè)備的數(shù)量，在管理上降低成本，達(dá)到“省時(shí)、省力、省錢(qián)”的目的。

（4）進(jìn)行裂縫實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，確定裂縫分布，優(yōu)化壓裂工藝，調(diào)整施工參數(shù)。壓裂過(guò)程中掌握裂縫的分布，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)壓裂過(guò)程，依據(jù)實(shí)際裂縫延伸情況隨時(shí)調(diào)整泵注方案，優(yōu)化壓裂工藝，做到同步調(diào)整。

2 壓裂方案優(yōu)化

2.1 壓裂工藝

結(jié)合盒1氣層儲(chǔ)層工程地質(zhì)特征，考慮同步壓裂、擴(kuò)大井網(wǎng)泄氣面積及縮短作業(yè)周期等方面因素，優(yōu)選大牛地氣田成熟應(yīng)用的多級(jí)管外封隔器分段壓裂工藝［4］。

2.2 壓裂順序

結(jié)合“井工廠”壓裂模式理念，根據(jù)地質(zhì)概況和井場(chǎng)井位分布，同時(shí)考慮降低成本、保障大牛地氣田會(huì)戰(zhàn)進(jìn)度，確定壓裂順序：R-2H井→R-1H井→R-4H+ R-6H井→R-3H+ R-5H井。

2.3 滑套/噴嘴位置優(yōu)化

以井組考慮，同側(cè)3口井的壓裂裂縫進(jìn)行交叉設(shè)計(jì)（圖2），同時(shí)結(jié)合錄井、氣測(cè)、隨鉆伽馬資料進(jìn)行選段，避免縫間干擾：（1）相鄰兩口井之間采用交錯(cuò)排列方式；（2）滑套/噴嘴盡量放置在錄井顯示好、AVO（Amplitude Versus Offset,振幅隨偏移距的變化）也好的位置（圖2）。

2.4 裂縫間距及壓裂段數(shù)優(yōu)化

合理的裂縫間距應(yīng)綜合考慮儲(chǔ)量動(dòng)用程度和保證水平井具有較高的產(chǎn)能。以氣藏儲(chǔ)層條件為基礎(chǔ)，分別利用氣藏?cái)?shù)值模擬法及極限控氣半徑公式優(yōu)化水平井裂縫間距［5］。綜合兩種方法，結(jié)合前期水平井壓裂經(jīng)驗(yàn)［6］，確定氣藏水平井的合理裂縫間距為135～166 m時(shí)不存在裂縫間干擾。1 000 m水平段壓裂段數(shù)為7～8段。

2.5 施工參數(shù)優(yōu)化

結(jié)合儲(chǔ)層工程地質(zhì)特征、單井鉆遇顯示情況以及井網(wǎng)條件對(duì)施工參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

（1）儲(chǔ)層砂巖彈性模量為18.76 GPa，利于壓裂裂縫的延伸［7］。

（2）根據(jù)單井的錄井顯示以及封隔器控制范圍，在全烴顯示好的位置以及封隔器間距大的地方，適當(dāng)加大加砂量，全烴顯示差的位置以及封隔器間距小的地方，適當(dāng)減少加砂量。

（3）考慮避免R井組相鄰井水平段裂縫延伸可能產(chǎn)生的裂縫干擾，B靶點(diǎn)附近擴(kuò)大有效改造體積，造長(zhǎng)縫，適當(dāng)提高施工排量和加砂規(guī)模；A靶點(diǎn)附近結(jié)合鄰井對(duì)應(yīng)壓裂點(diǎn)之間距離控制縫長(zhǎng)，適當(dāng)控制加砂規(guī)模（30 m3左右），并降低施工排量。

結(jié)合前期施工經(jīng)驗(yàn)，單井裂縫長(zhǎng)度130 m，裂縫高度50 m，裂縫寬度4.0 mm，優(yōu)化施工參數(shù)為：加砂規(guī)模第一級(jí)為42 m3，逐級(jí)降低至30 m3左右；施工排量由4.5 m3/min逐級(jí)降低至4.0 m3/min；前置液比例由41%逐級(jí)降低至37%；砂比為20%～23%左右；采用漸進(jìn)式加砂程序，10%→16%→22%→28%→32%→38%逐漸增加；液氮伴注比例9%～6%，從B靶點(diǎn)到A靶點(diǎn)逐漸減少，液氮注入量大，孔隙壓力增加值大，促使更好排液。

各井壓裂施工設(shè)計(jì)及參數(shù)模擬見(jiàn)表1，其中兩井同壓模擬時(shí)考慮以下問(wèn)題：（1）根據(jù)單井壓裂施工情況及裂縫監(jiān)測(cè)情況進(jìn)行調(diào)整；（2）R-3、R-4井壓裂規(guī)模適當(dāng)減小，避免井間壓連通，保證施工安全；（3）R-5、R-6井壓裂規(guī)模適當(dāng)加大，增加邊部壓裂改造體積。

表1 R井組壓裂施工設(shè)計(jì)參數(shù)

2.6 壓裂液體系、支撐劑優(yōu)選

2.6.1 壓裂液體系 選用前期單井施工應(yīng)用成熟的羥丙基瓜膠壓裂液體系，基液配方：0.45%HPG（一級(jí)）＋1.0%KCl+0.1%甲醛+1%起泡劑+0.2%助排劑+0.2%Na2CO3。該體系采用BCL-61交聯(lián)劑；前置液階段現(xiàn)場(chǎng)添加膠囊破膠劑，攜砂液和頂替液階段現(xiàn)場(chǎng)楔形追加過(guò)硫酸銨，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況調(diào)整各級(jí)加入比例，盡量做到分段同時(shí)破膠，減少前幾段由于破膠時(shí)間早造成的水鎖傷害。

基液黏度在室溫剪切速率170 s–1下為57 mPa·s，交聯(lián)時(shí)間96 s；在89 ℃條件下，0.5 h測(cè)得壓裂液破膠水化液黏度1.25 mPa·s；壓裂液破膠液殘?jiān)?10 mg/L；壓裂液濾液對(duì)巖心的平均傷害率為20%。該壓裂液體系中溫、耐剪切性能好、較低殘?jiān)俊⒌蜑V失、低傷害［8］。

2.6.2 支撐劑 根據(jù)鄰井施工資料反映，區(qū)塊裂縫延伸壓力梯度為0.017～0.019 MPa/m，地層閉合壓力43～48 MPa，目前大牛地氣田常用的20/40目、強(qiáng)度52 MPa中密度陶粒通過(guò)多次的試驗(yàn)評(píng)價(jià)，滿足裂縫導(dǎo)流能力需求。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

從2012年5月20日—6月1日，共對(duì)R井組6口井開(kāi)展了“井工廠”模式壓裂，6口井累計(jì)無(wú)阻流量77.63×104m3/d，平均無(wú)阻流量12.94×104m3/d，取得了明顯的增產(chǎn)效果（表2）。

表2 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施效果統(tǒng)計(jì)

3.1 同步壓裂技術(shù)應(yīng)用

同步壓裂施工時(shí)，如何同步是該工藝實(shí)施的關(guān)鍵點(diǎn)?，F(xiàn)場(chǎng)采取方法如下：同壓時(shí)同時(shí)起泵，各段打開(kāi)滑套后各自繼續(xù)壓裂；前4段，施工時(shí)間相差若小于20 min則繼續(xù)各自施工，若相差大于20 min，則快的車(chē)組打開(kāi)滑套壓力平穩(wěn)后等待；前4段壓后停泵檢修設(shè)備，第5段同時(shí)起泵壓裂。該方法的實(shí)施保障了同步壓裂的順利進(jìn)行。

3.2 裂縫監(jiān)測(cè)及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)調(diào)整

采用3種裂縫監(jiān)測(cè)方法對(duì)6口井進(jìn)行了實(shí)時(shí)裂縫監(jiān)測(cè)（表3），確保每口井均有2種監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行監(jiān)測(cè)解釋。同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)針對(duì)同步壓裂進(jìn)行了2次實(shí)時(shí)調(diào)整，初步形成叢式水平井組壓裂現(xiàn)場(chǎng)優(yōu)化調(diào)整技術(shù)，即“優(yōu)化技術(shù)=工程+地質(zhì)+裂縫監(jiān)測(cè)+工具”，工程方面分析壓裂施工曲線變化，地質(zhì)方面分析單井鉆遇情況，同時(shí)結(jié)合裂縫監(jiān)測(cè)縫長(zhǎng)、方位等參數(shù)以及單井球座尺寸大小，優(yōu)化靠近A靶點(diǎn)各級(jí)規(guī)模、排量，保證了2次優(yōu)化調(diào)整后施工的順利進(jìn)行。

表3 R井組裂縫監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)

3.3 突發(fā)情況應(yīng)急處理

現(xiàn)場(chǎng)大規(guī)模施工及同步壓裂試驗(yàn)易出現(xiàn)以下突發(fā)情況，如滑套打開(kāi)不明顯、滑套打不開(kāi)、砂堵、施工中出現(xiàn)異常壓力、投球不到位、壓連通、返排液量大、污水及時(shí)轉(zhuǎn)移等，為此，成立現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)小組，制定詳細(xì)的應(yīng)急預(yù)案，確保井組“井工廠”模式壓裂成功實(shí)施。其中R-3井因投球滑套提前打開(kāi)，放棄了3段施工。

4 結(jié)論

（1）水平井井組“井工廠”壓裂模式在大牛地氣田R井組獲得成功應(yīng)用，有效提升了盒1氣層難動(dòng)用儲(chǔ)量的動(dòng)用程度，為利用水平井組“井工廠”壓裂模式開(kāi)發(fā)致密砂巖氣藏積累了經(jīng)驗(yàn)。

（2）初步形成的叢式水平井組裂縫及壓裂設(shè)計(jì)參數(shù)優(yōu)化技術(shù)、同步壓裂及裂縫監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)調(diào)整技術(shù)可為其他油氣田采用水平井組開(kāi)發(fā)提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。

（3）目前井組6口井采用二維放射狀井眼軌跡，井口距離較大，征地面積過(guò)多；B靶點(diǎn)附近裂縫長(zhǎng)度未能溝通全部?jī)?chǔ)層。建議繼續(xù)開(kāi)展水平井組三維軌跡設(shè)計(jì)優(yōu)化及試驗(yàn)應(yīng)用，進(jìn)一步縮小井場(chǎng)面積，優(yōu)化鉆機(jī)可移動(dòng)性，降低搬遷周期和難度，實(shí)現(xiàn)“井工廠”作業(yè)，同時(shí)繼續(xù)開(kāi)展水平井叢式井組設(shè)計(jì)優(yōu)化研究，動(dòng)用更多難動(dòng)用儲(chǔ)量，增加井組改造體積及改造效果。

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