致密砂巖氣藏體積壓裂技術應用與探討

呂 楊 ，李鳳瑞 ，代東每 ，徐 軍 ，侯 瑞 ，常 森 ，文曉輝

（1.中國石油長慶油田分公司第五采氣廠，內(nèi)蒙古烏審旗 017300；2.中國石油長慶油田分公司第三采氣廠，內(nèi)蒙古烏審旗 017300）

1 體積壓裂在蘇東的可行性分析

通過對頁巖氣儲層的調(diào)研，認為儲層巖石脆性特征、天然微裂縫發(fā)育情況以及三向應力是實現(xiàn)“體積壓裂”的物質(zhì)基礎。

1.1 巖石脆性

儲層要富含石英或者碳酸鹽巖等脆性礦物有利于產(chǎn)生復雜縫網(wǎng)，從石英含量來看，蘇里格氣田東區(qū)儲層符合這一特征。

表1 蘇里格地區(qū)砂巖中碎屑組分含量對比

表2 蘇東砂巖與北美不同區(qū)域頁巖巖石力學特征對比

1.2 天然微裂縫

天然裂縫狀況及層理發(fā)育狀況，可以降低分支裂縫的形成所需要凈壓力，蘇東巖心觀察及電成像測井情況表明，蘇東儲層天然裂縫部分發(fā)育。

從成像測井資料來看，儲層內(nèi)發(fā)育有一定量的天然裂縫，就蘇東011-104井而言，測量段共識別47條天然裂縫，局部也有不規(guī)則和高角度裂縫發(fā)育。

1.3 砂巖儲層抗張強度與三向應力

蘇里格氣田砂巖兩向應力差在7~10 MPa，兩向應力非均質(zhì)系數(shù)0.17，能夠?qū)嵰欢p網(wǎng)系統(tǒng)?？箯垙姸葹?.15~6.08 MPa，小于兩向應力差，主縫特征較明顯。

表3 蘇里格東區(qū)致密砂巖巖心觀察顯示有裂縫的井層統(tǒng)計

表3 蘇里格東區(qū)致密砂巖巖心觀察顯示有裂縫的井層統(tǒng)計（續(xù)表）

表4 格氣田盒8砂巖儲層巖心應力測試結(jié)果

2 蘇東體積壓裂技術應用及效果

針對蘇里格東區(qū)儲層地質(zhì)特點，結(jié)合前期多項壓裂工藝認識，優(yōu)化施工參數(shù)及工藝，以“擴大接觸面積、增加改造體積”為主體改造思路，開展“混合水壓裂+大排量注入+低傷害壓裂液”的體積壓裂工藝試驗。

2.1 排量及注入方式

通過提高施工排量增加縫內(nèi)凈壓力，在壓裂形成人工主裂縫的同時力爭開啟并溝通天然微裂縫，以達到形成復雜網(wǎng)絡裂縫系統(tǒng)的目的。針對蘇里格東區(qū)天然微裂縫部分發(fā)育儲層，理論研究表明，裂縫延伸凈壓力一旦大于兩個水平主應力的差值與巖石的抗張強度之和，則容易產(chǎn)生分支縫。

表5 蘇里格東區(qū)形成網(wǎng)絡裂縫所需的裂縫延伸凈壓力計算結(jié)果

表6 不同注入排量下縫內(nèi)凈壓力模擬計算結(jié)果（砂濃度：200 kg/m3）

表7 31/2″外加厚油管性能數(shù)據(jù)表

表8 井口最高油管壓力預測數(shù)據(jù)表（31/2″油管3 070 m）

針對形成網(wǎng)絡裂縫系統(tǒng)所需的凈壓力要求，利用壓裂模擬軟件建立了蘇里格東區(qū)盒8層壓裂地質(zhì)剖面模型，模擬計算了不同排量、不同壓裂液類型下的縫內(nèi)凈壓力數(shù)值。

蘇里格東區(qū)致密砂巖儲層“體積壓裂”采用施工排量6~13 m3/min，為常規(guī)壓裂排量的2~4倍，能夠滿足形成網(wǎng)絡裂縫所需的裂縫延伸凈壓力。

同時為滿足大排量下施工要求，常規(guī)井采用23/8″油管環(huán)空注入、31/2″油管注入及套管注入三種方式，水平井采用41/2″基管裸眼封隔器注入。

2.1.1 31/2″生產(chǎn)油管（見表 7、表 8）

2.1.2 41/2″套管（見表 9、表 10）

2.2 壓裂液體系選擇

蘇里格東區(qū)致密砂巖儲層“體積壓裂”采用壓裂液體系主要為前置酸+低濃度胍膠液體、滑溜水+低濃度胍膠液體兩種。

2.3 支撐劑類型優(yōu)選

根據(jù)體積壓裂所采用的不同壓裂液體系及對裂縫導流能力的優(yōu)化結(jié)果，確定采用40～60目低密度陶粒和20～40目低密度陶粒組合。

通過泵注程序設計先小粒徑陶粒，后大粒徑陶粒，有助于提高裂縫的導流能力，同時小粒徑陶粒更容易進入形成的次生裂縫中，對裂縫的轉(zhuǎn)向有進一度的促進作用。

表9 41/2″套管性能數(shù)據(jù)表

表10 根據(jù)不同排量計算的井口施工壓力

表11 低密度支撐劑物理性能的評價結(jié)果

2.4 現(xiàn)場應用情況及其效果

目前在常規(guī)井上實施15口井，最大施工排量為13 m3/min，單層最大加砂量101.5 m3，平均無阻流量6.11×104m3/d，取得初步效果。

表12 蘇東“體積壓裂”與常規(guī)壓裂參數(shù)對比表

蘇東“體積壓裂”工藝井與常規(guī)壓裂工藝井相比，施工具有高排量、低砂比、大砂量與大液量的特點，單井平均無阻流量提高1.48×104m3/d。

目前在水平井上實施3口井，均采用41/2″裸眼封隔器改造，最大施工排量10 m3/min，最大單段加砂量為100 m3；蘇東水平井“體積壓裂”工藝井與常規(guī)壓裂工藝井相比，施工具有高排量、大液量的特點，而砂比和單段加砂量規(guī)模與常規(guī)壓裂工藝相當，平均無阻流量27.53×104m3/d，水平井體積壓裂試驗效果初顯。

3 蘇東體積壓裂技術取得的認識

（1）蘇東“體積壓裂”改造工藝現(xiàn)場實驗取得初步效果，但仍有待進一步試驗和跟蹤評價。

表13 蘇東“體積壓裂”井與常規(guī)壓裂井效果對比表

表14 蘇東水平井“體積壓裂”與常規(guī)壓裂參數(shù)對比表

表15 蘇東水平井“體積壓裂”井參數(shù)統(tǒng)計表

（2）蘇里格致密砂巖具有實現(xiàn)體積壓裂的儲層條件，但壓裂液平均返排周期較常規(guī)液量多出5天左右，壓裂液及時返排是急需解決的問題。

（3）試驗井應具備砂體縱向厚度大（20 m以上），儲層具備一定的含氣性（氣層/含氣性厚度大于10 m，含氣飽和度大于50%），砂體上下具備較好的隔層條件（泥巖厚度10 m以上）。

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