鄂西渝東區(qū)東岳廟段頁巖氣壓裂實踐與分析

方夢莉

（中國石化江漢油田分公司采油工藝研究院，湖北 武漢430035）

引言

近十幾年來，北美地區(qū)在頁巖氣的勘探開發(fā)上獲得了巨大成功，目前已成為油氣工業(yè)界的新興熱點和能源新寵，我國與美國在頁巖氣地質(zhì)條件上具有許多相似之處，頁巖氣富集地質(zhì)條件優(yōu)越，具有與美國大致相同的頁巖氣資源前景和勘探開發(fā)潛力。川南、川東、渝東南、黔北、鄂西等上揚子地區(qū)是我國頁巖氣主要遠景區(qū)之一。江漢油田鄂西渝東區(qū)被評為中石化南方Ⅰ類區(qū)塊，具有巨大的勘探開發(fā)潛力。通過前期地質(zhì)認識、老井復(fù)查、選區(qū)評價，選定有利區(qū)域布置鉆探建111井、建頁HF－1井、建頁HF－2井進行頁巖氣開發(fā)工藝和技術(shù)的實踐探索。

1 鄂西渝東區(qū)頁巖氣概況

江漢油田頁巖油氣富集、地質(zhì)條件優(yōu)越，鄂西渝東區(qū)資源總量達74 594.19億方，被評為中石化南方Ⅰ類區(qū)塊，具有巨大的勘探開發(fā)潛力。江漢油田近幾年在江漢探區(qū)包括鄂西渝東區(qū)、湘鄂西區(qū)、江漢平原區(qū)進行了老井復(fù)查和區(qū)帶優(yōu)選，于2010年12月和2011年2月分別對預(yù)探井建111井和參數(shù)井河頁1井兩口直井、2011年9月對中石化第一口頁巖氣水平井建頁 HF－1井、2012年9月對建頁HF－2井四口井進行了頁巖氣壓裂實踐探索，旨在進一步落實頁巖氣的開發(fā)潛力、取得相關(guān)地層參數(shù)，同時研究摸索頁巖氣壓裂及配套工藝技術(shù)。

通過將鄂西渝東區(qū)東岳廟段3口井頁巖儲層與美國、四川頁巖儲層參數(shù)對比（見表1）發(fā)現(xiàn)江漢探區(qū)頁巖氣具有較好的開發(fā)前景，而目前國內(nèi)頁巖氣開發(fā)尚處于起步階段，大多數(shù)井都是借鑒國外頁巖氣開發(fā)經(jīng)驗甚至依賴國外頁巖氣相關(guān)的技術(shù)服務(wù)，經(jīng)濟效益較差，所以要想獲得較好的開發(fā)效果，提高開發(fā)的經(jīng)濟效益，仍需要不斷地實踐探索和研究。

表1 東岳廟段頁巖儲層與國內(nèi)外地區(qū)頁巖儲層參數(shù)對比

2 東岳廟段頁巖氣壓裂實踐與分析

2.1 東岳廟段頁巖氣壓裂工藝分析

鄂西渝東區(qū)陸相侏羅系自流井組東岳廟段巖性為深灰色、灰黑色泥頁巖，儲集條件較好，具有較高的孔隙度，孔隙以粒間孔為主，發(fā)育少量粒內(nèi)孔和溶蝕孔，取芯、FMI成像測井、Dual OBMI成像測井均顯示近井筒附近發(fā)育有天然裂縫，壓裂井段584 m～646 m，聲波時差（282.8～310）μs／m ，孔隙度1.7% ～4.9% ，滲透率0.34 mD ～0.63 mD，脆性礦物64.6% ～73.65%，粘土含量25.36%～34.4%，巖石力學實驗測得壓裂井段最大水平主應(yīng)力13.19 Mpa～16.92 MPa，最小水平主應(yīng)力值為10.27 Mpa～12.86 MPa，巖石楊氏模量15 490 Mpa～21 600 MPa，泊松比0.21～0.30。

根據(jù)建111井、建頁HF－1井、建頁HF－2井固井質(zhì)量、上下水層情況、天然裂縫發(fā)育情況、TOC含量、含氣量、巖石礦物組分（特別是脆性礦物含量）、巖石力學特征、水平主應(yīng)力差異系數(shù)、縱向應(yīng)力綜合分析，優(yōu)選射孔井段（簇式射孔方式），采取套管注入方式進行壓裂，針對水平井建頁 HF－1井，需要根據(jù)水平段固井質(zhì)量、Dual OBMI成像測井、XRF元素測井、套管及扶正器數(shù)據(jù)等相關(guān)資料，進一步優(yōu)化確定射孔段位置、橋塞位置，以確保水平段改造的充分性和安全性。

頁巖氣壓裂改造的理念是促進網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜裂縫系統(tǒng)的形成，提高改造后儲層的泄氣面積，采取縫網(wǎng)壓裂工藝進行施工，壓裂液采用比較成熟的減阻水壓裂液體系（包括減阻劑、粘土穩(wěn)定劑、殺菌劑、助排劑等 ），其特點是低粘度、低傷害、低摩阻、高彈性，能夠滿足縫網(wǎng)壓裂工作液的技術(shù)要求。

從3口井施工相關(guān)數(shù)據(jù)來看（見表2），建111井、建頁HF－1井、建頁HF－2井現(xiàn)場測試壓裂分析及主壓裂施工數(shù)據(jù)基本吻合，三次壓裂工藝取得成功，壓后放噴24小時內(nèi)均點火成功，表明鄂西渝東區(qū)陸相侏羅系東岳廟段頁巖氣具有較好的勘探開發(fā)潛力。

表2 東岳廟段3口井壓裂施工參數(shù)對比表

根據(jù)MEYER 2010軟件以及Sti mPlan 2010軟件分析地層壓力可看出，兩個軟件分析結(jié)果比較接近（見圖1），Hor ner函數(shù)分析得出該區(qū)侏羅系自流井組東岳廟段地層壓力為9.57 Mpa～10.12 MPa，表明該儲層壓力系數(shù)較高，在壓后放噴排液過程中加速了頁巖氣的解吸、聚集和運移，促進井底快速進入兩相流階段，促使壓后放噴快速點火成功，這對于水平井頁巖氣開發(fā)也是有利的。

圖1 建頁HF－1井測試壓裂Homer函數(shù)分析曲線

從建頁HF－1井小型壓裂測試分析壓降G函數(shù)（見圖2）可知：天然裂縫特征明顯，液體效率為18%，天然裂縫的閉合壓力為11.99 MPa、閉合時間為1.90 min；主裂縫的閉合壓力為11.60 MPa、閉合時間為5.21 min；A點為天然裂縫閉合，B點為主裂縫閉合，天然裂縫與主裂縫張開壓力近0.39 MPa，該結(jié)果與建111井測試壓裂G函數(shù)分析結(jié)果接近，表明在施工過程中，該頁巖儲層天然裂縫極易張開，有利于網(wǎng)狀裂縫系統(tǒng)的形成。

圖2 建頁HF－1井測試壓裂G函數(shù)分析曲線

對比東岳廟段頁巖儲層主壓裂施工曲線，單層壓裂施工曲線均表現(xiàn)為壓力持續(xù)下降、波動不明顯的特征，表明裂縫以長縫為主，裂縫的持續(xù)延伸導(dǎo)致壓力緩慢持續(xù)下降；施工破裂壓力和施工壓力均較低，且最大、最小水平主應(yīng)力相差較小（2.92 Mpa），9 m3／min施工排量下縫內(nèi)凈壓力約為3.54 MPa，加之儲層天然裂縫發(fā)育，具備形成復(fù)雜裂縫的條件。

東岳廟段三口井的壓裂實踐表明自流井組東岳廟段頁巖儲層具有以下幾個方面的特點：最大、最小水平主應(yīng)力差異系數(shù)較小、微裂縫較發(fā)育、脆性礦物含量高、可壓性強，有利于壓裂過程中網(wǎng)狀裂縫的形成；100目 ～40／70目石英砂能夠保證順利加砂并具有較好導(dǎo)流能力，施工過程壓力較低，減阻水壓裂液能夠滿足施工需求，縫網(wǎng)壓裂工藝也是可行的；地層壓力系數(shù)高，提高了壓裂之后液體的返排及頁巖氣的快速解吸、聚集、運移的速度；兩口井壓裂均取得較好效果，但是否達到最佳，以及如何針對鄂西渝東區(qū)陸相頁巖儲層的特性，在完井方式及施工參數(shù)設(shè)計上達到最優(yōu)化，有待進一步探索。

針對東岳廟段頁巖氣水平井建頁 HF－1井、建頁HF－2井，均采用5.5 in套管完井，通過優(yōu)選高效的分段壓裂工藝－射孔橋塞聯(lián)作技術(shù)，提高了分段壓裂的有效率和成功率，在兩口水平井中得到了成功應(yīng)用，后期鉆塞則采用免壓井油管鉆塞技術(shù)，大大提高了鉆塞效率，為后期排液打下了基礎(chǔ)（見圖3，4）。

圖3 建頁HF－1井7級壓裂施工曲線圖

圖4 建頁HF－2井10級壓裂施工曲線圖

2.2 東岳廟段頁巖氣壓后評估技術(shù)

利用地面、井下測斜儀與微地震監(jiān)測技術(shù)結(jié)合的裂縫綜合診斷技術(shù)，可以直接測量裂縫網(wǎng)絡(luò)，評價壓裂效果，指導(dǎo)實現(xiàn)頁巖氣藏開采管理最佳化。針對東岳廟段頁巖氣壓裂特別是水平井分段壓裂，主要利用微地震監(jiān)測技術(shù)對壓裂過程中的裂縫形態(tài)進行了實時監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果（見圖5，6）。

圖5 建頁HF－1井微地震裂縫監(jiān)測結(jié)果

圖6 建頁HF－2井微地震裂縫監(jiān)測結(jié)果

從建頁HF－1井微地震監(jiān)測結(jié)果來看，7段壓裂改造，總增產(chǎn)儲層體積為44 107 587 m3，波及平均裂縫長度約899 m，平均裂縫高度約為278 m。大多數(shù)微地震事件出現(xiàn)在井的東側(cè)，分析可能存在大的裂縫帶或斷層，這為后期布井及壓裂工藝參數(shù)優(yōu)化提供了參考。

從建頁HF－2井微地震監(jiān)測結(jié)果來看，10段壓裂改造體積為214 700 000 m3。從監(jiān)測結(jié)果來看，壓裂形成了10段獨立的裂縫系統(tǒng)；裂縫層析成像圖表明形成了縫網(wǎng)系統(tǒng)。綜合兩口井的微地震監(jiān)測結(jié)果看，為壓裂改造效果分析提供了有力的數(shù)據(jù)支撐，同時，應(yīng)該加強微地震事件的處理、數(shù)據(jù)的校核以及干擾的排除等，提高監(jiān)測解釋結(jié)果的可靠性。

2.3 東岳廟段頁巖氣排采技術(shù)

頁巖氣井投產(chǎn)主要采用水平井＋大規(guī)模滑溜水分段壓裂方式，壓裂后壓裂液返排以自然返排為主（約40%自噴產(chǎn)氣），氣舉、泵排液為輔助返排手段。結(jié)合調(diào)研、氣田生產(chǎn)實際，通過摸索，氣舉排水采氣目前在頁巖氣開發(fā)中的建111井和建頁HF－1井成功應(yīng)用，排水采氣效果較好。

建頁HF－1井壓后放噴11小時點火可燃，鉆塞結(jié)束后通過摸索排采工藝、排采參數(shù)、排采制度，目前生產(chǎn)穩(wěn)定。該井先后采用注氣生產(chǎn)和泡排生產(chǎn)，通過不斷嘗試和優(yōu)化，分別采取鄰井高壓氣舉、膜制氮氣舉（油管氣舉、套管氣舉）、泡排生產(chǎn)等排采工藝，泡排生產(chǎn)時產(chǎn)氣量、壓力平穩(wěn)，產(chǎn)水量有遞減趨勢，測試最高產(chǎn)量10 514 m3／d，取得了較好效果（見圖7）。

圖7 建頁HF－1井排采生產(chǎn)曲線

壓裂施工結(jié)束后采取強制裂縫閉合及快速返排技術(shù)放噴排液，壓裂后放噴12小時點火成功，初期測試獲得產(chǎn)量3 661 m3／d，經(jīng)過實踐摸索，對建111井的排水采氣方式進行了試驗，最終確定采取氣舉的方式排采可行性、穩(wěn)定性最好。由最初的自噴帶水、注氣試采，轉(zhuǎn)到目前的注氣穩(wěn)定產(chǎn)氣階段，日產(chǎn)氣量2 100 m3左右，生產(chǎn)正常平穩(wěn)（見圖8）。

圖8 建111井東岳廟段氣舉生產(chǎn)曲線

3 認識與建議

1）鄂西渝東區(qū)東岳廟段的頁巖氣壓裂實踐取得了一定的突破和認識，縫網(wǎng)壓裂技術(shù)在工藝上是可行的，現(xiàn)場取得了一定的效果，為下一步頁巖氣的開發(fā)積累了經(jīng)驗。

2）目前江漢油田減阻水壓裂液配方能夠滿足頁巖氣直井單層大液量的開發(fā)要求，但針對水平井超大液量開發(fā)，還需要進一步優(yōu)化和改進，應(yīng)加強液體的適用性和經(jīng)濟性研究，另外水平井分段壓裂工具及管柱也需要加強攻關(guān)。

3）微地震裂縫監(jiān)測結(jié)合施工曲線有助于分析整個壓裂過程中的具體現(xiàn)象，具有一定的參考價值，但應(yīng)加強裂縫監(jiān)測手段及精度提升研究，加強數(shù)據(jù)的校核及干擾的排除以提高監(jiān)測結(jié)果的可靠性，對指導(dǎo)頁巖氣規(guī)模開發(fā)具有重要意義。

4）測試壓裂分析對于主壓裂施工參數(shù)的優(yōu)化以及地質(zhì)特征的認識有重大意義，是頁巖氣開發(fā)的基礎(chǔ)，從目前分析結(jié)果來看，鄂西渝東區(qū)陸相東岳廟段頁巖儲層地層壓力系數(shù)高、天然裂縫發(fā)育，有利于頁巖氣的大規(guī)模縫網(wǎng)壓裂改造。

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