致密砂巖氣藏開發(fā)工程技術(shù)研究

于蔚蘭　張龍龍　李艷文　方園

摘 要 致密砂巖氣藏具有低孔低滲、裂縫發(fā)育、局部超低含水飽和度、高毛管壓力、地層壓力異常、高損害潛力等工程地質(zhì)特征。實踐證明，貫徹儲集層保護與改造并舉的方針，實現(xiàn)全過程儲集層保護是致密砂巖氣藏及時發(fā)現(xiàn)、準(zhǔn)確評價和經(jīng)濟開發(fā)的重要保證。建議加強致密砂巖巖石物理學(xué)基礎(chǔ)研究，重視特殊工藝井的鉆井及完井儲集層保護配套技術(shù)應(yīng)用，大力提高增產(chǎn)改造技術(shù)的適應(yīng)性，形成針對不同類型致密砂巖氣藏的配套技術(shù)系列。

關(guān)鍵詞 致密砂巖 氣藏 儲集層保護 儲集層損害 增產(chǎn)改造

中圖分類號：TE372 文獻標(biāo)識碼：A

致密砂巖氣藏是指孔隙度、滲透率、含氣飽和度低、含水飽和度高、天然氣在其中流動速度較為緩慢的砂巖氣層中的天然氣藏。與常規(guī)氣藏相比，致密砂巖氣藏裂縫發(fā)育，基塊致密，具有特殊的納微觀儲滲結(jié)構(gòu)以及強烈的多尺度特性，導(dǎo)致天然氣產(chǎn)出過程更加復(fù)雜。低致密砂巖氣藏物性差，埋藏深，天然豐度低，還表現(xiàn)為低孔低滲、裂縫發(fā)育、局部低含水飽和度、高毛管壓力、地層壓力異常、高損害潛力等工程地質(zhì)特征。

致密砂巖氣藏“先天發(fā)育不足”的特性決定了實施增產(chǎn)改造是其經(jīng)濟開發(fā)的必然選擇，“后天易損害”特性又對各項工程作業(yè)的儲集層保護能力提出了嚴(yán)格要求。毫無疑問，應(yīng)以“全過程儲集層保護”為指導(dǎo)思想，在鉆井、完井、中途測試、測井、固井、射孔、完井測試、增產(chǎn)改造和氣藏開采中切實保護好氣藏，并帶動各項工程作業(yè)技術(shù)水平的全面提升，才能保證致密砂巖氣藏的成功勘探開發(fā)。與常規(guī)氣藏相比，低滲透氣藏通常需要經(jīng)過大型改造措施（水力壓裂）或者需要更先進的開發(fā)技術(shù)和更高質(zhì)量的鉆井技術(shù)才能產(chǎn)出工業(yè)性氣流。

1提高致密砂巖氣藏產(chǎn)能的增產(chǎn)改造技術(shù)

致密砂巖氣藏低孔低滲的地質(zhì)特征使得開發(fā)這類氣藏時一般需要進行壓裂增產(chǎn)改造。四川盆地致密砂巖改造以應(yīng)用大型水力壓裂為主，在川中八角場、川西新場等地取得了較好的效益。在鄂爾多斯盆地北部對壓裂改造措施也進行了一系列的嘗試，從簡單的常規(guī)壓裂逐漸過渡到伴注液氮壓裂技術(shù)，使得原本無自然產(chǎn)能或產(chǎn)能低的井層產(chǎn)量得到大幅度增加。

1.1四川盆地致密砂巖氣藏增產(chǎn)改造技術(shù)

八角場氣田香四段致密砂巖氣藏大型水力壓裂增產(chǎn)改造技術(shù)。自該氣藏應(yīng)用過酸化、一般壓裂作業(yè)（平均加砂量25m3），單井產(chǎn)量一直未達到商業(yè)性生產(chǎn)水平，有的井還出現(xiàn)壓后減產(chǎn)現(xiàn)象。J58E井J41井和J59E井采用套管注入方式、低摩阻高豁度瓜膠有機硼凍膠壓裂液與中強的美國CARBOPROP陶粒支撐劑，同時采用配套的破膠劑加入技術(shù)，壓后產(chǎn)量大幅度增加。八角場大型水力壓裂較好地解決了黏度保持與快速破膠、降低濾失與減少濾餅損害、增加聚合物用量保證長時間施工攜砂與減少殘渣之間的矛盾。實現(xiàn)了大排量、快速破膠、迅速排液減少進入氣層的液量，從而緩解了水相圈閉損害?；诘蛽p害壓裂液的大型水力壓裂在八角場氣田的成功，證明了有效實施儲集層保護和大型水力壓裂是致密砂巖氣藏增產(chǎn)的關(guān)鍵與出路。

1.2鄂爾多斯盆地致密砂巖氣藏增產(chǎn)改造技術(shù)

鄂爾多斯盆地上古生界氣藏是低孔低滲、低壓的致密砂巖氣藏。大牛地氣田是鄂爾多斯盆地上古生界氣藏典烈的低壓致密砂巖氣藏，氣井壓裂前自然產(chǎn)能很低或基本無產(chǎn)能。由于儲集層存在嚴(yán)重的水相圈閉損害和其他敏感性損害，以往采用常規(guī)砂巖儲集層的壓裂改造方法在該地區(qū)不能達到滿意的增產(chǎn)效果。通過2001年以來的攻關(guān)研究，提出了改進的壓裂工藝技術(shù)方法，篩選出了低殘渣、易返排的壓裂液體系N2增能水基壓裂液?，F(xiàn)場實施表明，優(yōu)質(zhì)低損害N2增能壓裂液體系具有起泡、穩(wěn)泡能力強，流變性能、攜砂能力好，低濾失、破膠快、低損害等特點。該壓裂液體系能較好地滿足壓裂工藝要求及儲集層的物性條件，提高了壓后壓裂液返排率，取得了顯著的單井增產(chǎn)效果。達到了少進液、快返排、低損害的設(shè)計要求，大大提高了壓裂改造效果，壓后平均單層氣產(chǎn)量提高2倍以上。適于致密砂巖氣層特點的低損害水力壓裂改造技術(shù)和屏蔽暫堵儲集層保護技術(shù)構(gòu)成了大牛地氣田開發(fā)的主體技術(shù)。

2致密砂巖氣藏鉆井及完井保護配套技術(shù)

2.1致密砂巖氣藏欠平衡鉆井及完井保護技術(shù)

根據(jù)致密砂巖氣藏特性及損害機理，代表欠平衡鉆井技術(shù)最高水平的氣體鉆井技術(shù)在四川致密砂巖天然氣勘探開發(fā)中發(fā)揮了獨到的作用。邛西構(gòu)造是川西致密砂巖氣藏的典型代表。1992年采用傳統(tǒng)欠平衡鉆井完成的邛西1井在須三段至須五段中途測試產(chǎn)氣420m3/d，須一段至須二段完井試氣產(chǎn)量70m3/d，須四段完井試氣產(chǎn)量1000m3/d，沙溪廟組完井試氣產(chǎn)量800m3/d。1995年鉆探的邛西2井在須二段完井試氣產(chǎn)量5200m3/d，1999年美國德士古公司對邛西2井實施大型加砂壓裂僅產(chǎn)微氣。而采用全過程欠平衡鉆井完成的邛西3井產(chǎn)量45.67104 rn3/d，邛西4井產(chǎn)量84.47X104rn3/d。之后連續(xù)十多口全過程欠平衡鉆井的井產(chǎn)量都在30*104-100*104m3/d。邛西構(gòu)造全過程欠平衡鉆井的成功，為邛西致密砂巖氣藏的開發(fā)開拓了全新的技術(shù)思路。

2.2裂縫性致密砂巖氣藏屏蔽暫堵鉆井及完井保護配套技術(shù)

川西坳陷致密砂巖天然裂縫發(fā)育，且當(dāng)鉆井、完井條件有利時就可以獲得高產(chǎn)量氣流，因而在鉆井、完井中應(yīng)采取有效措施保護天然裂縫，以屏閉式暫堵技術(shù)思想作指導(dǎo)，研究地下裂縫參數(shù)變化規(guī)律，評價裂縫致密砂巖敏感性和損害規(guī)律，建立適用于裂縫性儲集層特點的鉆井、完井保護技術(shù)方案。

致密砂巖氣層損害理論與保護技術(shù)研究成為鉆井、完井技術(shù)工作重點。對致密砂巖氣層損害的特殊關(guān)鍵問題，如應(yīng)力敏感性評價標(biāo)準(zhǔn)、水相圈閉損害、裂縫屏蔽暫堵數(shù)學(xué)和物理模型等方面的認(rèn)識得到深化，揭示了定向鉆井致密氣層損害特性。形成了裂縫性儲集層敏感性評價方法、系列裂縫性儲集層保護處理劑、裂縫性儲集層屏蔽暫堵技術(shù)裂縫性儲集層優(yōu)化射孔技術(shù)、保護裂縫性儲集層射孔液及壓井液技術(shù)。

3致密砂巖氣藏開發(fā)工程技術(shù)建議

3.1加強滲流理論研究，深入認(rèn)識氣藏開發(fā)機理

致密砂巖氣藏儲層孔喉細小，孔滲低，存在明顯的非線性滲流特征，需進一步明確動力和阻力類型及對氣體動用的影響。動力主要有：壓差、彈性動力、滑脫力、擴散力；阻力主要有：黏滯力、惰性力（低速非達西效應(yīng)）。建議加強研究不同流態(tài)數(shù)學(xué)描述與適用界限，深化研究低滲透儲層應(yīng)力敏感性及其對氣井產(chǎn)能的影響，深入認(rèn)識低滲透氣藏開發(fā)機理，完善氣水兩相滲流基礎(chǔ)理論。在室內(nèi)實驗基礎(chǔ)上，建立傳質(zhì)數(shù)學(xué)模型，揭示致密砂巖氣藏特殊滲流規(guī)律。

3.2加強基礎(chǔ)研究，繼續(xù)完善鉆井及完井儲集層保護配套技術(shù)能力

對于致密砂巖氣藏儲集層致密、孔喉細小，固相和液相侵入損害潛力降低，要重視裂縫存在及其強應(yīng)力敏感性、高毛管壓力下水相自吸所帶來的系列損害問題。對天然裂縫的作用、應(yīng)力敏感性和水相圈閉損害的深刻理解，提高致密砂巖氣藏保護屏蔽暫堵技術(shù)、氣體鉆井及全過程欠平衡配套技術(shù)能力。

3.3提高增產(chǎn)改造技術(shù)的適應(yīng)性，形成針對不同類型氣藏的技術(shù)系列

加強致密砂巖巖石物理學(xué)基礎(chǔ)研究，貫徹保護與改造并舉的方針，實現(xiàn)全過程儲集層保護是致密砂巖氣藏及時發(fā)現(xiàn)、準(zhǔn)確評價和經(jīng)濟開發(fā)的重要保證。

針對不同類型的致密砂巖氣藏，要考慮天然裂縫發(fā)育程度、砂體規(guī)模及多層性、地層壓力、井深、巖石力學(xué)特征、儲集層損害機理、多層合采性和氣井水侵潛力，優(yōu)化施工工藝和壓裂液體系，提高技術(shù)的適應(yīng)性。CO2增能壓裂或 N2增能壓裂技術(shù)在提高地層滲透能力的同時，通過補充地層能量、促進壓裂液返排、減緩天然裂縫閉合，實現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)。研制低損害壓裂液體系或者通過工藝優(yōu)化降低現(xiàn)有體系的損害將是研究的熱點。