致密砂巖油水平井脆性評(píng)價(jià)技術(shù)研究

李志強(qiáng)

（大慶鉆探工程公司地質(zhì)錄井一公司，黑龍江大慶163412）

致密砂巖油是大慶4000×104t穩(wěn)產(chǎn)后持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)的重要組成部分，致密油3大有利靶區(qū)面積超萬平方公里，致密油資源總量12.7×108t。近幾年，為了大幅度提高產(chǎn)油量，致密油儲(chǔ)層通常采用水平井分段體積壓裂技術(shù)工藝，水平井分段體積壓裂技術(shù)可以大幅度提高油氣產(chǎn)量，在對(duì)水平井進(jìn)行分段壓裂改造時(shí)，水力壓裂方案設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵[1]。根據(jù)油層的特點(diǎn)，以裂縫擴(kuò)展規(guī)律研究、巖石可壓性評(píng)價(jià)為基礎(chǔ)，形成復(fù)雜縫網(wǎng)、增大泄油面積，確定壓裂工藝，選擇射孔位置，優(yōu)化壓裂工藝參數(shù)，篩選使用的壓裂液體系和支撐及組合。

巖石脆性是表征巖石在外界應(yīng)力作用下形成縫網(wǎng)能力的一項(xiàng)重要指標(biāo)，它對(duì)前期壓裂可行性評(píng)估、優(yōu)選壓裂層段、預(yù)測壓裂效果有著重要意義。脆性礦物的含量是影響基質(zhì)孔隙和裂縫發(fā)育程度、含油氣性和壓裂改造方式等的重要因素，脆性礦物含量越高，巖石脆性越強(qiáng)，越易形成引導(dǎo)裂縫，從而形成復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，有利于油氣的開發(fā)。通常情況下脆性指數(shù)越高，裂縫越發(fā)育。錄井資料可以很好系統(tǒng)反映儲(chǔ)層各項(xiàng)特征，目前在進(jìn)行壓裂設(shè)計(jì)時(shí)，可以利用錄井資料，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化射孔方案、合理壓裂單元?jiǎng)澐?、?yōu)化壓裂設(shè)計(jì)參數(shù)。

1 錄井巖屑脆性參數(shù)求取方法

目前，致密油勘探均采用多級(jí)分段體積壓裂技術(shù)，因而儲(chǔ)集層脆性應(yīng)是重要特性之一，巖石的脆性特征可以脆性指數(shù)來刻劃。關(guān)于反映脆性的方法，國內(nèi)外主要有測井彈性脆性指數(shù)和礦物脆性指數(shù)2種方法，其中彈性脆性指數(shù)分析采用楊氏模量和泊松比計(jì)算[5]；而礦物脆性指數(shù)則通過計(jì)算礦物成分中脆性礦物含量的多少來反映[6]，礦物成分與脆性之間具有很好的相關(guān)性。目前，隨著錄井技術(shù)的快速發(fā)展，錄井已能實(shí)現(xiàn)鉆井過程中的X射線衍射全巖礦物分析，因而引用國際上通用的脆性指數(shù)計(jì)算公式[7]，錄井也可以求取儲(chǔ)集層脆性指數(shù)。

BI=Vqa/（Vqa+Vca+Vdo+Vcl）×100

式中：BI——脆性指數(shù)，無量綱；

Vqa、Vca、Vdo和Vcl——石英、方解石、白云石和粘土含量，%。

結(jié)合國內(nèi)外儲(chǔ)集層脆性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[2]和實(shí)際水平井的勘探實(shí)踐，建立了大慶油田致密油儲(chǔ)集層脆性評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)：脆性指數(shù)不小于65為高脆性；脆性指數(shù)為40～65表示中等脆性；脆性指數(shù)不大于40為低脆性。

2 錄井計(jì)算巖石脆性指數(shù)與體積壓裂改造效果的關(guān)系研究

體積壓裂是以改造出的裂縫體積為目標(biāo)，微地震技術(shù)壓裂檢測技術(shù)已被證實(shí)是對(duì)裂縫的方位、高度、長度、復(fù)雜度等進(jìn)行檢測的有效手段，原理是巖石在壓力作用下，局部能量源快速釋放而產(chǎn)生微震事件，通過對(duì)微震數(shù)量、頻率、波形、能量等信息的拾取和定位，判別裂縫起裂和延伸。壓力改造體積是指微地震波檢測到的增產(chǎn)面積與致密油儲(chǔ)藏厚度乘積，這些相互連接的裂縫成為天然氣的觸及空間和滲流通道，根據(jù)裂縫監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，形成的裂縫體積與壓后的效果呈明顯的正相關(guān)性，這也是體積壓裂的意義所在。

2.1 脆性指數(shù)與壓裂巖石改造體積關(guān)系

儲(chǔ)層改造形成的網(wǎng)絡(luò)裂縫的波及體積和壓裂后的產(chǎn)量具有正相關(guān)關(guān)系，脆性礦物的含量越高，脆性指數(shù)越大，形成裂縫也越發(fā)育，所以形成的網(wǎng)絡(luò)裂縫的波及體積與脆性指數(shù)呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系。

2.2 脆性指數(shù)與壓裂巖石裂縫密度關(guān)系

壓裂液使用量為壓裂工程中完成本段壓裂所使用的液量，巖石波及體積為微地震監(jiān)測壓裂液所波及的體積，巖石裂縫密度=壓裂液使用量/巖石波及體積，當(dāng)脆性指數(shù)越高的時(shí)候，壓裂后形成巖石裂縫密度也就越大。

3 巖石脆性在體積壓裂設(shè)計(jì)中的應(yīng)用方法

錄井首先根據(jù)“五性”評(píng)價(jià)成果，形成綜合解釋結(jié)果，給出試油層建議，壓裂設(shè)計(jì)人員依據(jù)錄井水平井段致密油綜合解釋特性，優(yōu)化壓裂段數(shù)；并依據(jù)裂縫形態(tài)數(shù)值模擬技術(shù)，通過物性、脆性等參數(shù)優(yōu)化簇?cái)?shù)和縫間距，優(yōu)選射孔位置[3]。

3.1 利用脆性指數(shù)指導(dǎo)簇間距的優(yōu)化

不同壓裂裂縫間距對(duì)產(chǎn)能有很大的影響，采用大間距布縫，改造不充分，而采用小間距布縫，又可能出現(xiàn)縫間相互干擾，影響改造效果，同時(shí)增大壓裂施工難度和成本。所以需要合理的縫間距優(yōu)化，在經(jīng)濟(jì)最優(yōu)化的基礎(chǔ)上，完成壓裂層段的改造。通過試驗(yàn)區(qū)試驗(yàn)井的縫間干擾規(guī)律研究，通過不同應(yīng)力干擾模擬，與不同滲透率下滲流距離研究技術(shù)，綜合確定最佳裂縫間距，最終確定了不同滲透率下的裂縫干擾界限，形成裂縫間距優(yōu)化方法，確保儲(chǔ)層改造最大化。

縫間距的優(yōu)化即為簇間距的優(yōu)化，在壓裂設(shè)計(jì)中，需通過數(shù)據(jù)模擬確定簇間距，根據(jù)簇間距確定分簇?cái)?shù)，再根據(jù)分簇?cái)?shù)確定每段壓裂段的長度，進(jìn)而根據(jù)水平段的長度確定壓裂的層段。

按照不同區(qū)的間距優(yōu)化圖版，應(yīng)用綜合解釋結(jié)果，按照研究成果，確定：Ⅰ-1類儲(chǔ)層，

脆性指數(shù)大于46.5，縫間距30～38m；Ⅱ類儲(chǔ)層，脆性指數(shù)介于39～46.5，縫間距16m。

3.2 利用脆性指數(shù)指導(dǎo)射孔點(diǎn)位置

確定完簇間距后，要進(jìn)行射孔點(diǎn)的位置確定。為了收到更好的壓裂效果，射孔點(diǎn)的選擇要選擇致密油Ⅰ-1層或Ⅰ-2層處，脆性指數(shù)比較高，氣測、熱解、定量熒光參數(shù)反映顯示好的井段，同時(shí)避開套管接箍處。

3.3 壓裂層段確定的基本原則

以錄井資料為基礎(chǔ)的水平井壓裂層段優(yōu)選方法：

（1）同一壓裂段內(nèi)巖性、物性、含油性、脆性指數(shù)相近；

（2）各壓裂段間固井質(zhì)量良好。

4 實(shí)際應(yīng)用效果

致密油水平井脆性錄井評(píng)價(jià)方法在三肇、長垣地區(qū)實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用，2016、2017年共解釋致密油水平井7口，優(yōu)選壓裂層段88個(gè)，試油統(tǒng)計(jì)6口井10層，均獲得工業(yè)油流，解釋符合率達(dá)到100.0%，應(yīng)用效果較好。ZP20井錄井解釋致密油Ⅰ-1類層19層，厚771.2m；致密油Ⅰ-2類層18層，厚238.0m；致密油Ⅱ類層13層，厚198.8m。優(yōu)選27個(gè)層分15段壓裂，其中水平段為14段，造斜段為1段；致密油Ⅰ類層，簇間距控制在30～42m之間；在致密油Ⅱ類層中，脆簇間距控制在21m左右；日產(chǎn)油43.39t。

5 結(jié)論與建議

（1）本文開展了脆性指數(shù)與壓裂效果關(guān)系研究，建立壓裂層段優(yōu)選、簇間距、射孔位置的應(yīng)用方法，解決脆性指數(shù)應(yīng)用難題；將錄井礦物分析方法計(jì)算脆性指數(shù)，應(yīng)用到了壓裂設(shè)計(jì)中，為錄井技術(shù)介入壓裂施工開創(chuàng)新的道路，并在探井取得了很好的效果。

（2）致密油勘探開發(fā)還剛剛起步，鉆井工藝還在不斷變化，脆性指數(shù)與壓裂參數(shù)的相關(guān)關(guān)系需要進(jìn)一步深入研究，特別是加強(qiáng)壓裂滲流的機(jī)理研究，在以后的攻關(guān)和實(shí)踐中，繼續(xù)完善分析方法。