基于影響致密砂巖氣藏增產(chǎn)效果主要因素分析
——以XC上沙溪廟致密砂巖氣藏為例

柏冬嶺

（中石化西南油氣分公司工程技術(shù)研究院，四川德陽(yáng)618000）

基于影響致密砂巖氣藏增產(chǎn)效果主要因素分析
——以XC上沙溪廟致密砂巖氣藏為例

柏冬嶺*

（中石化西南油氣分公司工程技術(shù)研究院，四川德陽(yáng)618000）

川西致密砂巖氣藏具有非均質(zhì)性強(qiáng)、自然產(chǎn)能低、投產(chǎn)產(chǎn)量低、開采難度大的特點(diǎn)。根據(jù)川西致密砂巖氣藏的工程地質(zhì)特征，對(duì)影響氣藏高效開發(fā)的因素進(jìn)行了分析：分析了致密砂巖儲(chǔ)層特征的影響；鉆井、完井技術(shù)的影響；水鎖對(duì)低滲儲(chǔ)層的危害。提出了低滲儲(chǔ)層的增產(chǎn)改造技術(shù)以及應(yīng)用該技術(shù)取得的成果。

致密砂巖；天然氣；地層損害；裂縫；鉆井；完井；分析

我國(guó)非常規(guī)致密儲(chǔ)層天然氣分布十分廣泛，潛量巨大。據(jù)估算，低滲透和特低滲透儲(chǔ)層中的天然氣資源量約占我國(guó)總資源量的50%。四川盆地西部坳陷致密氣資源量巨大，實(shí)現(xiàn)了較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。但是川西致密砂巖氣藏具有非均質(zhì)性強(qiáng)、自然產(chǎn)能低、投產(chǎn)產(chǎn)量低、開采難度大的特點(diǎn)[1]，許多制約川西致密砂巖氣藏矛盾日益突出，工程地質(zhì)條件的高度復(fù)雜性決定了川西致密氣的勘探開發(fā)歷程不會(huì)一帆風(fēng)順，如鉆、完井對(duì)儲(chǔ)層的傷害、井筒積液等等。筆者根據(jù)川西致密砂巖氣藏的工程地質(zhì)特征[2-3]，著重分析制約致密砂巖氣藏高效開發(fā)的幾個(gè)因素。

1 氣藏基本地質(zhì)特征

1.1 構(gòu)造及沉積特征

川西XC氣田位于彭州—德陽(yáng)向斜和梓潼向斜之間的川西坳陷的一個(gè)大型北東東向的隆起帶西段，為孝泉背斜向東延伸的一個(gè)平緩鼻狀構(gòu)造?？傮w上呈西高東低、南陡北緩的不對(duì)稱分布格局。沙溪廟組為濱淺湖與三角洲交替的砂泥互層沉積。地層厚度700～780m。有利儲(chǔ)層沉積微相為三角洲平原分流河道砂壩，三角洲前緣河口砂壩。上沙溪廟組（Js2）氣藏從上到下由4個(gè)砂層組5～6個(gè)砂體構(gòu)成。

1.2 儲(chǔ)集層特征

1.2.1 巖石學(xué)特征

XC氣藏儲(chǔ)層巖石類型以灰色、淺灰綠色中—細(xì)粒長(zhǎng)石巖屑、巖屑長(zhǎng)石砂巖為主，碎屑以石英為主，長(zhǎng)石、巖屑次之。雜基為伊利石和綠泥石。膠結(jié)物以方解石為主，泥質(zhì)次之，偶見硅質(zhì)、白云石。膠結(jié)類型J2s12、J2s22以孔隙式為主；J2s32、J2s42以接觸—孔隙式為主，分選中等—好，磨圓度以次棱角狀為主。

1.2.2 儲(chǔ)層物性

含氣砂體表現(xiàn)為致密砂巖。上沙溪廟組4套砂體基質(zhì)最大孔隙度17.07%，最小孔隙度1.08%，平均值為9.69%，各井的主峰位于8%～1%之間。4套砂體基質(zhì)最大滲透率0.98×10-3μm2，最小滲透率0.01×10-3μm2，平均值為0.161×10-3μm2（地面條件）；有效滲透率為0.067×10-3μm2。按致密砂巖氣藏儲(chǔ)層分類[2]總體上為中—低孔隙度、致密儲(chǔ)層類型。

1.2.3 儲(chǔ)層非均質(zhì)性及敏感性

儲(chǔ)層層間的非均質(zhì)性較強(qiáng)。4套砂體在平面上均呈毯狀或?qū)拵钫共?，砂體延伸長(zhǎng)度均大于2000m，屬連續(xù)性較好的一級(jí)砂體。平面上滲透率非均質(zhì)程度較弱；層內(nèi)滲透率非均質(zhì)性屬中等—強(qiáng)。儲(chǔ)層總體上對(duì)流速不敏感；屬?gòu)?qiáng)酸敏、強(qiáng)水敏、中等堿敏；儲(chǔ)層臨界鹽度為0.6%～0.7%。

1.3 流體性質(zhì)與分布

沙溪廟組氣藏產(chǎn)出流體以天然氣為主，同時(shí)還產(chǎn)少量凝析油和地層水。天然氣甲烷含量90.61%～98.01%，平均含量94.52%，乙烷含量0.99%～5.79%，低重?zé)N平均含量2.45%，二氧化碳平均含量0.22%，氮?dú)馄骄?.958%，相對(duì)密度0.561～0.619，屬品質(zhì)優(yōu)良的干氣。地層水總礦化度在17485.3～30000mg/L之間，水型為CaCl2型，為長(zhǎng)期高度封閉狀態(tài)下的水化學(xué)特征，表明氣藏的封存條件較好。從各單井生產(chǎn)歷史來看，絕大部分井月產(chǎn)水量不足1m3，對(duì)氣藏主體部位生產(chǎn)尚未造成明顯的影響，但在邊部及構(gòu)造低部位對(duì)氣井產(chǎn)量影響明顯。

1.4 氣藏壓力溫度系統(tǒng)

沙溪廟氣藏原始地層壓力41～45MPa，地壓系數(shù)1.71～2.05，為異常高壓氣藏；原始地層溫度60.7℃～71℃，地溫梯度為1.82℃～2.39℃/100m，屬低地溫系統(tǒng)。

1.5 氣藏類型及驅(qū)動(dòng)類型

結(jié)合氣藏的靜、動(dòng)態(tài)特征可以確定XC氣田上沙溪廟組氣藏屬于受構(gòu)造—巖性圈閉控制的致密孔隙型異常高壓定容封閉的彈性氣驅(qū)干氣氣藏。

2 影響因素分析

2.1 儲(chǔ)層特征的影響

對(duì)于致密砂巖而言控制流體產(chǎn)出的主要因素是裂縫，控制穩(wěn)產(chǎn)的因素是基質(zhì)孔隙，二者的搭配關(guān)系決定了儲(chǔ)層的好與差。基質(zhì)孔隙喉道和顯微裂縫是儲(chǔ)層滲流的基礎(chǔ)，微細(xì)裂縫和顯微裂縫是聯(lián)系基質(zhì)孔隙和宏觀裂縫的橋梁，是改善儲(chǔ)層滲流能力的關(guān)鍵。只有當(dāng)裂縫與基質(zhì)孔喉合理搭配，滲流能力達(dá)到一致，才能形成高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)。低滲儲(chǔ)層主要依靠微裂縫導(dǎo)流，因此有較強(qiáng)的應(yīng)力敏感性，其微觀表現(xiàn)即裂縫在圍巖應(yīng)力變化下有閉合的趨勢(shì)。這種應(yīng)力敏感性的滲透率降低有些可以恢復(fù)，有些不可以恢復(fù)。對(duì)那些不可以恢復(fù)的應(yīng)力敏感性傷害要格外小心。

低滲儲(chǔ)層基質(zhì)的孔喉特征一般特點(diǎn)是低滲透率、低孔隙度、強(qiáng)親水、大的比表面積，孔喉結(jié)構(gòu)特征差異大、束縛水飽和度高。這些特征造成了低滲儲(chǔ)層的易傷害特點(diǎn)。大部分低滲儲(chǔ)層的地質(zhì)研究認(rèn)為，低滲透的主要原因是空隙中充填了沉積物、自生礦物。這些礦物在某種情況下會(huì)使低滲儲(chǔ)層的滲透率大幅度降低[4]。

2.2 鉆、完井技術(shù)的影響

低滲儲(chǔ)層基質(zhì)滲透率很低，近井壁流動(dòng)主要靠微縫供應(yīng)，而一般微縫的密度并不很大，分布的隨機(jī)性很強(qiáng)。往往井眼打開后若能與裂縫溝通，則井就有可觀產(chǎn)量；若不能與裂縫溝通，則產(chǎn)量很低甚至無(wú)產(chǎn)。鉆井過程中已將鉆遇的裂縫全部暴露，若完井過程中能夠始終保持已鉆遇的裂縫無(wú)傷害地完全暴露(如裸眼完井、礫石充填完井等），則井的產(chǎn)能可保證不受損失。而傳統(tǒng)的固井、射孔完井，將已暴露的裂縫又用套管和水泥封隔，再射孔打開，不但在注水泥固井過程中對(duì)裂縫和基質(zhì)造成了一定傷害；更重要的是射孔再次打開產(chǎn)層，射孔與裂縫二次連通的可能性極小，從而造成井的產(chǎn)能的大幅度降低，甚至無(wú)產(chǎn)。據(jù)A.K.M.JAMALUDDⅡN等人研究總結(jié)[5]：在鉆井、完井階段，造成井底附近地層破壞的主要機(jī)理有以下幾個(gè)因素：①粘土膨脹引起的孔隙喉道的收縮，抗絮凝作用造成的不可壓縮流體或粘土的運(yùn)移；②水堵使得油氣相相對(duì)滲透率減??；③鉆井用的固體和泥漿物質(zhì)造成的堵塞；④地下鉆井或完井液的泄漏。

目前川西XC氣田通常采用的完井方法是固井射孔、襯管、裸眼完井3種方法。經(jīng)該區(qū)上千口井的實(shí)踐總結(jié)，形成了一套行之有效的科學(xué)完井方法：①凡鉆井遇到砂層與裂縫配合好，可用裸眼完井，前提條件是儲(chǔ)層不易坍塌；②氣層厚且夾泥巖的則用襯管完井，如XC氣田新851井、CH127井和CH137井等井，都是襯管完井，也是川西地區(qū)產(chǎn)氣量最高，累計(jì)采氣最多的一批氣井；③鉆井中未遇上裂縫的產(chǎn)層，壓裂技術(shù)已成熟的層位，適合固井射孔完井。

2.3 水鎖對(duì)低滲儲(chǔ)層的危害

低滲透、特低滲透油藏普遍存在著水鎖損害，而且滲透率越低，水鎖傷害越嚴(yán)重，水鎖它會(huì)使井壁表面和水竄縫縫面滲透率完全喪失，使基質(zhì)氣體被水鎖封閉[6]。

應(yīng)用川西cx96井對(duì)水鎖危害進(jìn)行試驗(yàn)評(píng)價(jià)，由表1試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，該氣藏儲(chǔ)層在自吸狀態(tài)下水鎖效應(yīng)較弱，但在一定壓差條件下（＞5MPa）水鎖效應(yīng)嚴(yán)重。

3 低滲儲(chǔ)層的增產(chǎn)改造技術(shù)

表1 XC氣田cx96井水鎖試驗(yàn)結(jié)果

3.1 水力加砂壓裂

對(duì)碎屑巖低滲透儲(chǔ)集層的改造，主要采用加砂壓裂技術(shù)。壓裂液和支撐劑的選擇，是提高壓裂效果的關(guān)鍵。據(jù)統(tǒng)計(jì)，國(guó)外低滲儲(chǔ)層開發(fā)中壓裂改造的約占40%。但確有相當(dāng)多的低滲儲(chǔ)層不適于水力壓裂改造，強(qiáng)水鎖、強(qiáng)水敏和人造縫縫面孔的傷害，使壓裂縫對(duì)產(chǎn)能貢獻(xiàn)甚徽。

川西XC氣田經(jīng)過近30年的勘探開發(fā)，形成了一整套低滲透、特低滲儲(chǔ)層改造技術(shù)。主要成果為：①研制了適用于川西主要?dú)鈱拥臄?shù)套壓裂液體系和N組壓裂液配方；②“低前置液、小排量、高砂比”的淺層低滲氣藏壓裂技術(shù)；③“大砂量、中砂比、大排量”的中深層致密氣藏壓裂技術(shù)；研制新型壓裂液和改良?jí)毫岩海凰骄侄螇毫鸭夹g(shù)。

3.2 基巖酸化技術(shù)

基巖酸化技術(shù)是目前石油工業(yè)界應(yīng)用最廣泛的油井增產(chǎn)措施之一，特別是對(duì)碳酸巖鹽油氣藏應(yīng)用最為廣泛?；鶐r酸化能有效地解除或改善鉆井、完井、修井、生產(chǎn)和注水(氣）過程中產(chǎn)生的地層污染和傷害,以達(dá)到油氣井增產(chǎn)的目的，與水力壓裂相比，基巖酸化具有成本少、見效快、便于施工等特點(diǎn)，以美國(guó)某跨國(guó)石油公司為例，每年進(jìn)行基巖酸化的井?dāng)?shù)是壓裂井?dāng)?shù)的5～10倍，而基巖酸化的成本則僅為水力壓裂的十分之一。

3.3 其他壓裂技術(shù)

氮?dú)馀菽瓑毫鸭夹g(shù)是美國(guó)開發(fā)低滲透油氣資源的一大貢獻(xiàn)，它比較適用于低滲、低壓、水敏性儲(chǔ)層。泡沫壓裂具有很低的濾失性、很強(qiáng)的反排能力、攜砂能力強(qiáng)、對(duì)儲(chǔ)層的傷害小。泡沫壓裂與常規(guī)壓裂相比，產(chǎn)量可以提高2～4倍。在美國(guó)尤因塔盆地致密氣藏，對(duì)泡沫壓裂、油水乳化液壓裂、水基合成凝膠壓裂進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明泡沫壓裂效果最好。目前在美國(guó)，對(duì)低滲透氣藏3000m以內(nèi)的井均采用泡沫壓裂，再深的井由于用氣量過大，經(jīng)濟(jì)上有些問題。

在美國(guó)低滲透油氣開發(fā)中還廣泛采用泡沫酸化（壓）工藝，這是一種水力—化學(xué)聯(lián)合造縫技術(shù)。自20世紀(jì)80年代以來，美國(guó)平均每年泡沫酸化（壓）井次1000口以上，平均每次處理增產(chǎn)250t。使用井深范圍由300～3400m不等。

在美國(guó)、加拿大出現(xiàn)的液態(tài)CO2加砂壓裂被稱為干式壓裂，非常適用于水敏性低滲透油氣藏。在美國(guó)、加拿大已進(jìn)行上千次成功應(yīng)用，效果均好于水基壓裂。

3.4 增產(chǎn)效果

水力加砂壓裂技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于川西坳陷淺、中深氣井改造中，壓后產(chǎn)量增長(zhǎng)效果顯著，為油氣發(fā)現(xiàn)和產(chǎn)能建設(shè)做出了突出貢獻(xiàn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，以水力加砂壓裂為龍頭的增產(chǎn)技術(shù)系列在產(chǎn)能建設(shè)方面的科技貢獻(xiàn)率達(dá)42.2%；改良?jí)毫岩旱某晒?yīng)用于馬井氣田蓬萊鎮(zhèn)組氣藏的儲(chǔ)層改造，儲(chǔ)層改造成功率由實(shí)施前的38%上升到了83%，壓裂增產(chǎn)倍比由專題實(shí)施前的1.47倍上升到了9.17倍，促進(jìn)了洛帶—廖家場(chǎng)地區(qū)遂寧組氣藏和馬井氣田沙溪廟組氣藏的發(fā)現(xiàn)，新增天然氣儲(chǔ)量265.1×108m3，直接經(jīng)濟(jì)效益達(dá)數(shù)億元，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

4 結(jié)論及建議

4.1 結(jié)論

（1）川西致密砂巖氣藏具有低孔、低滲、裂縫發(fā)育的特點(diǎn)。如何高效開發(fā)是一個(gè)非常重要也非常復(fù)雜的問題。低滲透的特點(diǎn)使得很多矛盾激化，暴露了許多問題。要解決這些問題，必須有一系列的配套技術(shù)。

（2）低滲儲(chǔ)層傷害在鉆進(jìn)、完井中最為突出；以氣體鉆井為首的低壓鉆井系列，是低滲儲(chǔ)層開發(fā)必不可少的技術(shù)；低滲儲(chǔ)層完井，既要保證無(wú)傷害地打開儲(chǔ)層，又要保證百分之百的打開完善程度，還要提供增產(chǎn)改造作業(yè)的條件。努力學(xué)習(xí)國(guó)外成功的泡沫壓裂、泡沫酸化技術(shù)，改善低滲儲(chǔ)層的增產(chǎn)措施。

（3）低滲透特低滲透油藏普遍存在著水鎖損害，而且滲透率越低，水鎖傷害越嚴(yán)重。

4.2 建議

川西XC氣田儲(chǔ)層改造技術(shù)僅局限在水力加砂壓裂，氮?dú)馀菽瓑毫烟幱谄鸩诫A段，干式壓裂（液態(tài)CO2加砂壓裂）還沒有嘗試，儲(chǔ)層改造手段顯得比較單一，新技術(shù)在該區(qū)應(yīng)用還需要做大量研究工作。水力加砂壓裂技術(shù)盡管在川西取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益，但暴露出的諸多矛盾越來越難以解決，有的儲(chǔ)層具有強(qiáng)水鎖、強(qiáng)水敏特征，壓后產(chǎn)量很低甚至還有不如壓前，這就給人們留下一個(gè)值得深思的課題，水力加砂壓裂技術(shù)川西儲(chǔ)層改造技術(shù)是必要的，但是不是最好的？用什么技術(shù)來代替水力加砂壓裂技術(shù)？氮?dú)馀菽瓑毫押透墒綁毫眩ㄒ簯B(tài)CO2加砂壓裂）新技術(shù)改造儲(chǔ)層在川西儲(chǔ)層改造中應(yīng)用顯得越來越重要和迫切。

[1]楊克明,徐進(jìn).天然氣成藏理論與勘探開發(fā)方法技術(shù)[M].4版.北京:地質(zhì)出版社,2004.

[2]符曉，等.四川盆地西部天然氣資源與勘探開發(fā)[M].武漢：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)出版社，2001.

[3]吳志均，何順利.XC致密氣藏地質(zhì)特征及合理壓裂規(guī)模[J].天然氣工業(yè)，2004，24（9）：93-96.

[4]JAMALUDDIN A K M,BENNION D B,THOMAS F B,etc. Application of Heat Treatment to Enhance Permeability in Tight Gas Reservoirs[J].JCPT 2000,39(11）:19-24.

[5]羅平亞,孟英峰.我國(guó)低滲透油氣資源勘探和開發(fā)中的若干問題[E].SPE50923,1998.

[6]廖銳全,徐永高.水鎖效應(yīng)對(duì)低滲儲(chǔ)層的損害及抑制和解除方法[J].天然氣工業(yè)，2012,22(11）：87-90.

TE31

A

1004-5716(2015）03-0054-04

2014-03-28

2014-04-04

柏冬嶺（1973-），男（漢族），四川德陽(yáng)人，工程師，現(xiàn)從事科研項(xiàng)目管理與研究工作。