深層砂礫巖體巖相及天然裂縫對壓裂改造的影響

劉海寧,韓宏偉,李紅梅,王惠勇

(中國石化勝利油田分公司物探研究院,山東東營257022)

深層砂礫巖體巖相及天然裂縫對壓裂改造的影響

劉海寧,韓宏偉,李紅梅,王惠勇

(中國石化勝利油田分公司物探研究院,山東東營257022)

儲層壓裂改造影響因素研究是進(jìn)行鉆井設(shè)計、儲層壓裂改造設(shè)計、儲層壓裂改造技術(shù)研發(fā)的基礎(chǔ)。深層致密砂礫巖體沉積儲層特征明顯不同于泥頁巖、火成巖等儲層,其沉積厚度大、巖性及巖性組合變化快、天然裂縫發(fā)育、井間壓裂效果差異大。筆者認(rèn)為,在砂礫巖體儲層的巖石力學(xué)特性、地應(yīng)力分布等影響因素研究基礎(chǔ)上,應(yīng)重點開展沉積特征和天然裂縫發(fā)育對儲層壓裂改造的影響。綜合利用三維地震、鉆錄井、壓裂施工參數(shù)曲線等資料,將Y227-3HF井和Y227-8HF井儲層壓裂改造微地震監(jiān)測數(shù)據(jù)與儲層壓裂改造影響因素分析相結(jié)合,研究巖相和天然裂縫兩因素對深層致密砂礫巖體儲層壓裂改造的影響。

砂礫巖體;水力壓裂;東營凹陷;天然裂縫;巖相

隨著非常規(guī)油氣藏的規(guī)模開發(fā),儲層壓裂改造工藝技術(shù)得到了迅速發(fā)展。前人在儲層壓裂改造工藝(壓裂液及支撐劑開發(fā)、射孔參數(shù)優(yōu)化、施工參數(shù)優(yōu)化、縫高控制、裂縫擴(kuò)展規(guī)律、縫網(wǎng)優(yōu)化等)[1]、儲層壓裂改造影響因素(巖石力學(xué)特性、地應(yīng)力分布特征、天然裂縫發(fā)育特征、地層各向異性特征等)[2]、不同類型儲層(泥頁巖、火山巖、煤層、砂礫巖等)壓裂改造技術(shù)等方面開展了大量研究。不同類型儲層,其儲層特征差異較大,壓裂改造效果有明顯差異,影響因素亦不同。針對不同類型儲層,開展儲層壓裂改造影響因素研究,是下一步進(jìn)行鉆井設(shè)計、儲層壓裂改造設(shè)計、研發(fā)儲層壓裂技術(shù)的基礎(chǔ)。對于致密砂礫巖體儲層,其巖性及巖性組合變化快、天然裂縫發(fā)育、井間壓裂效果差異大,在巖石力學(xué)特性、地應(yīng)力分布等影響因素研究基礎(chǔ)上,應(yīng)重點開展巖相特征和天然裂縫發(fā)育對儲層壓裂改造的影響。在前人研究基礎(chǔ)上,筆者以東營凹陷北部陡坡帶Y227井區(qū)砂礫巖體為研究對象,綜合利用三維地震、鉆錄井、壓裂施工參數(shù)曲線等資料,將Y227-3HF井和Y227-8HF井儲層壓裂改造微地震監(jiān)測數(shù)據(jù)與儲層壓裂改造影響因素分析相結(jié)合,研究巖相特征和天然裂縫兩因素對深層致密砂礫巖體儲層壓裂改造的影響。

1 研究區(qū)概況

Y227井區(qū)位于東營凹陷北部陡坡帶東段,為沙四段上亞段近岸水下扇砂礫巖體低孔特低滲油藏,常規(guī)直井壓裂投產(chǎn),平均單井產(chǎn)液量1.4 m3/d,產(chǎn)油量1.3 t/d,產(chǎn)能低、無經(jīng)濟(jì)效益。砂礫巖體儲層與泥頁巖、煤層、火成巖等儲層具有明顯差異。砂礫巖體是發(fā)育于斷陷湖盆陡坡帶、近物源、快速堆積的一套粗碎屑沉積體系,多表現(xiàn)為沉積厚度大、泥質(zhì)夾層少,巖性粗、以礫巖、砂礫巖為主,分選差、磨圓差、成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度低等特點。針對深層致密砂礫巖體,前人對其壓裂工藝技術(shù)開展了大量研究工作,使得深層致密砂礫巖體長水平井、分段壓裂、“井工廠”模式開發(fā)成為可能。勝利油田以“井工廠”模式對該區(qū)塊進(jìn)行了整體壓裂開發(fā),共完鉆水平井9口。本項目組對其中的Y227-3HF井和Y227-8HF壓裂施工進(jìn)行了微地震監(jiān)測。Y227-3HF井完鉆井深4 726.78 m,垂深3 663.85 m,AB靶間水平距離1 067 m,分13段壓裂,經(jīng)監(jiān)測、定位處理后獲得2～12壓裂段,共11段有效數(shù)據(jù)。Y227 -8HF井完鉆井深4 931 m,垂深3 795.43 m,AB靶間水平距離1 101 m,分13段壓裂,經(jīng)監(jiān)測、定位處理后獲得1～3、5～12壓裂段,共11段有效數(shù)據(jù)[3]。

2 巖相對砂礫巖體儲層壓裂改造的影響

砂礫巖體沉積厚度大、巖性變化快,不同沉積相帶,其巖相特征、成巖特征有較大差異,導(dǎo)致其脆性不同、可壓性不同。Y227-3HF井與Y227-8HF井兩井壓裂施工條件相似,但其壓裂結(jié)果差異很大(圖1)。將兩口井各壓裂段及相應(yīng)監(jiān)測到的微地震事件點個數(shù)進(jìn)行對比分析可知:同一口井不同壓裂段及兩井之間監(jiān)測到事件點個數(shù)具有明顯差異。

圖1 Y227-3HF井和Y227-8HF井各壓裂段及相應(yīng)監(jiān)測到的微地震事件點個數(shù)

將Y227-3HF井不同壓裂段壓裂效果對比分析可知,該井2～8壓裂段發(fā)育厚層含礫砂巖,監(jiān)測到的微地震事件點數(shù)非常多,而9～12壓裂段鉆遇薄層含礫砂巖,泥巖隔夾層非常發(fā)育,其事件點個數(shù)明顯少于2～8壓裂段,泥巖隔夾層的發(fā)育程度對儲層壓裂改造效果有較大影響。Y227-3HF井與Y227-8HF井相比,兩井鉆遇扇體位置不同、巖性及巖性組合特征亦不同,Y227-3HF井鉆遇扇主體位置,發(fā)育大套厚層含礫砂巖,泥巖隔夾層相對不發(fā)育,而Y227-8HF井鉆遇扇體側(cè)緣,泥巖隔夾層較發(fā)育,單套砂體厚度相對較薄。從微地震監(jiān)測結(jié)果來看, Y227-3HF井監(jiān)測到微地震事件點個數(shù)563個,明顯多于Y227-8HF井的382個,且利用基于Alphashape劃分的方法對其儲層壓裂改造體積進(jìn)行了計算,Y227-3HF井儲層壓裂改造體積SRV=42.5× 105m3,遠(yuǎn)大于Y227-8HF井的18.2×105m3[3]。

分析認(rèn)為,砂體厚度及泥巖隔夾層的發(fā)育程度,即巖相特征的差異是導(dǎo)致Y227-3HF井不同壓裂段間以及兩井間壓裂規(guī)模差異的主要原因。Y227-3HF井2～8壓裂段為厚層含礫砂巖,其位于扇主體位置,具有一定的分選且泥質(zhì)含量低,脆性相對更好,可壓性更好。同時,前人研究認(rèn)為,泥巖的成巖演化對砂泥巖界面附近砂巖的孔隙度演化有較大影響,越靠近泥巖,儲層膠結(jié)物含量越高,膠結(jié)作用越強(qiáng),物性越差[4]。Y227-3HF井9～12壓裂段及Y227-8HF井砂體厚度相對薄,泥巖隔夾層發(fā)育,儲層距泥巖距離均較近,泥巖成巖演化對儲層影響作用較大,儲層膠結(jié)物含量相對高,膠結(jié)致密,可壓性相對差。

3 天然裂縫對砂礫巖體儲層壓裂改造的影響

微斷層和天然裂縫的分布代表了天然應(yīng)力場的分布特征,且微斷層或天然裂縫的存在對人工裂縫的發(fā)育特征具有明顯控制作用。首先利用螞蟻追蹤技術(shù)描述了Y227井區(qū)砂礫巖體頂面天然裂縫分布,然后將Y227-3HF井微地震事件點俯視投影與天然裂縫預(yù)測圖進(jìn)行了疊合分析,其中Y227-3HF井第2壓裂段處天然裂縫相對較發(fā)育區(qū)(深色區(qū)代表裂縫發(fā)育區(qū)),而第6壓裂段所處位置基本為空白,天然裂縫不發(fā)育(圖2)。從微地震事件點俯視投影來看,第2壓裂段人工裂縫延伸方向基本與天然裂縫發(fā)育帶延伸方向一致,而第6壓裂段人工裂縫方向呈現(xiàn)北東向和北西向兩組。

將兩段微地震事件點時序分布與相對應(yīng)壓裂施工曲線進(jìn)行疊合分析(圖2)可看出,受天然裂縫發(fā)育程度不同,兩壓裂段的壓裂施工曲線、主破裂壓力及人工裂縫發(fā)育特征均具有明顯差異。其中第2壓裂段由于存在天然裂縫,受天然裂縫張開影響,從壓裂一開始,在主破裂發(fā)生前排出排量就較高、相對較穩(wěn)定,并且監(jiān)測到事件點個數(shù)非常多,共監(jiān)測到38個點,占總數(shù)91個點的42%,同時受到天然裂縫泄壓的影響,產(chǎn)生新的人工裂縫需要更大壓力,主破裂壓力較高為73.8 MPa。天然裂縫相對不發(fā)育的第6段,在主破裂發(fā)生前排出排量逐漸升高且只監(jiān)測到13個微地震事件點,占總數(shù)101個的13%,且沒有天然裂縫泄壓影響,其主破裂壓力明顯較低,為57.4 MPa。

圖2 Y227-3HF井第2壓裂段和第6壓裂段微地震事件點俯視投影及天然裂縫預(yù)測圖疊合分析

4 結(jié)論與認(rèn)識

(1)砂礫巖體沉積厚度大、巖性變化快,不同沉積相帶,其巖相及成巖特征有較大差異,導(dǎo)致其脆性不同、可壓性不同。單砂體厚度越大、泥巖隔夾層越不發(fā)育,儲層壓裂改造效果越好。

(2)微斷層和天然裂縫的分布代表了天然應(yīng)力場的分布特征,且微斷層或天然裂縫的存在對人工裂縫的發(fā)育特征具有明顯控制作用。天然裂縫發(fā)育層段,儲層壓裂改造過程中,天然裂縫張開,主破裂壓力增高。

(3)針對砂礫巖體儲層壓裂改造,下一步壓裂設(shè)計中應(yīng)根據(jù)不同巖相特征設(shè)計施工壓力、排出排量等參數(shù),而在天然裂縫發(fā)育層段應(yīng)注意做好施工壓力、射孔方向設(shè)計。

[1] 王磊.定向井壓裂裂縫擴(kuò)展規(guī)律研究[D].青島:中國石油大學(xué)(華東),2011.

[2] 羅陶濤.沁水盆地煤巖儲層特征及壓裂增產(chǎn)措施研究[D].成都:成都理工大學(xué),2010.

[3] 王祖文,郭大立,鄧金根,等.射孔方式對壓裂壓力及裂縫形態(tài)的影響[J].西南石油學(xué)院學(xué)報,2005,27(5):47-50.

[4] 徐嚴(yán)波.水平井水力壓裂基礎(chǔ)理論研究[D].成都:西南石油學(xué)院,2004.

[責(zé)任編輯]董大偉

TE357.1

A

1673-5935(2016)04-0016-03

10.3969/j.issn.1673-5935.2016.04.005

2016-11-01

中國石化勝利油田分公司局級產(chǎn)業(yè)化項目

劉海寧(1986—),男,山東廣饒人,中國石化勝利油田公公司物探研究院助理研究員,主要從事地震地質(zhì)綜合研究。