*張振哲 任泓宇 蔣華山
(中石化西北油田分公司 新疆 830011)
裂縫的起裂及延伸是酸壓研究最關(guān)鍵的工作。傳統(tǒng)觀點(diǎn)是以李海濤為代表的廣大學(xué)者,根據(jù)彈性力學(xué)理論和巖石破裂準(zhǔn)則進(jìn)行地應(yīng)力分析,認(rèn)為裂縫將沿著垂直于最小主應(yīng)力方向、平行于最大主應(yīng)力的方向起裂并延伸[1]。董國華等通過建立水力壓裂平面模型,證明破裂將沿著垂直于最小主應(yīng)力的方向擴(kuò)展[2]。楊焦生等通過煤巖水里裂縫擴(kuò)展規(guī)律指出水力裂縫在多個方向起裂,水力裂縫會主要沿垂直最小水平主應(yīng)力方向擴(kuò)展,但延伸產(chǎn)生多裂縫,主要沿天然割理、裂縫方向隨機(jī)擴(kuò)展[3]。
目前國內(nèi)外已經(jīng)形成和發(fā)展了一系列基本能滿足不同儲層條件和不同施工要求的酸壓技術(shù),對酸壓人工裂縫的方位和延伸方向進(jìn)行監(jiān)測和標(biāo)定,也取得了一些進(jìn)展。從20世紀(jì)70年代末,美國能源部Sandia實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用靜態(tài)電位法監(jiān)測技術(shù)在測定大型水力壓裂裂縫方位及裂縫的不對稱性方面進(jìn)行了大膽的嘗試,并在多篇報告中闡述了該方法的有效性及在油田開發(fā)中所起的作用[4]。80年代分形理論被引入裂縫分布建模,在裂縫平面分布等研究方面取得了較大進(jìn)展[5-8]。90年代后,國內(nèi)外在裂縫的測井識別、地震識別方法上取得了較大進(jìn)步,使用微地震、電位、放射性同位素、測斜儀、測溫等測量技術(shù)研究壓裂裂縫形態(tài),能夠在現(xiàn)場對完整水力壓裂過程進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測[9-12]。微地震檢測技術(shù)早在1962年就已提出,1992年大量使用在壓裂診斷中,在國外被稱作無源地震方法,在壓裂施工中可進(jìn)行同步裂縫監(jiān)測,準(zhǔn)確測試出壓裂裂縫形態(tài)、方位和延伸長度,是一種既方便又不影響監(jiān)測井生產(chǎn)的裂縫監(jiān)測方法[13]。測井方法除常規(guī)測井如深淺電阻率測井(Rd與Rs)曲線和三孔隙度(AC、DEN、CNL),在生產(chǎn)測井,偶極子橫波測井,成像測井FMI也取得了較大進(jìn)展。王修利等人提出應(yīng)用地球物理方法,即動態(tài)(電位)法測定壓裂裂縫方位、長度等參數(shù)的測試技術(shù),可較成功地用來確定埋藏深度在3000m以內(nèi)壓裂裂縫的主導(dǎo)方位和該基礎(chǔ)上所進(jìn)行的裂縫長度的預(yù)測研究[14]。近年來酸壓技術(shù)廣泛應(yīng)用于致密儲層,并在裂縫導(dǎo)流能力、效果評價等方面開展了數(shù)值模擬研究[15-19]。
針對塔河油田陶系儲層埋藏深,絕大部份井都在5500m以深等特點(diǎn),前期主要開展了酸壓井井底壓力溫度測量、微差井溫測量、壓前壓后綜合測井和井間微地震等酸壓監(jiān)測及壓后評估工作[20-21],對酸壓縫針對性研究相對較少。本文通過多種手段的綜合應(yīng)用,對塔河油田的酸壓工藝進(jìn)行系統(tǒng)評價,認(rèn)為在非致密儲層條件下,人工酸壓裂縫首先產(chǎn)生于酸壓井段原有的裂縫體系,其延伸方向也被原有裂縫體系控制,沿原有裂縫擴(kuò)展。
塔河油田主力層系為奧陶系碳酸鹽巖油藏。奧陶系碳酸鹽巖儲層埋深5400~6600m,地層溫度125~150℃,儲層埋藏深、地溫高。塔河油田碳酸鹽巖儲層主要為灰?guī)r,儲層非均質(zhì)性極強(qiáng),油藏在平面上變化較大。主要儲集空間由構(gòu)造裂縫和巖溶縫洞為主,其中巖溶縫洞是主要的儲集空間,構(gòu)造裂縫既是較主要的儲集空間也是最主要的連通通道??缀砼浜隙鹊?,連通性差?;|(zhì)滲透率低,油氣滲流通道主要為裂縫。近80%的碳酸鹽巖儲層需要通過酸壓等改造才能投產(chǎn)或評價儲層潛力。由于塔河油田儲層裂縫發(fā)育,裂縫分布多變,不同裂縫并存,多種方法進(jìn)行酸壓縫方向監(jiān)測是標(biāo)定酸壓人工裂縫方位的基礎(chǔ)。
通過對塔河油田酸壓井壓前壓后測井、試井、生產(chǎn)測井、成像測井以及重復(fù)酸壓資料的分析,認(rèn)為縫洞型碳酸鹽巖油藏酸壓裂縫主要受原有裂縫的影響,酸壓縫只是在原有裂縫的基礎(chǔ)上溶蝕擴(kuò)大。
通過對比酸壓前后測井資料的變化,以獲得酸壓裂縫的相關(guān)信息。通過壓前、壓后測井可定性評價儲層改造程度,其原理在于酸壓注入過程中酸液與地層的反應(yīng)將使近井地帶地層物性發(fā)生變化,其深淺電阻率(Rd與Rs)曲線和三孔隙度(AC、DEN、CNL)曲線發(fā)生變化,根據(jù)壓后曲線產(chǎn)生變化的范圍和程度,就可以認(rèn)識酸壓改造儲層程度和裂縫上下擴(kuò)展情況,以確定裂縫延伸方向。
TK719井酸壓前測井解釋裂縫欠發(fā)育,其中5814-5816m段原有裂縫相對發(fā)育(圖1左),右圖為酸壓后測井曲線,顯示RD和RS明顯降低并出現(xiàn)正異常,且DEN明顯的減小,可以判斷出裂縫主要位于5805-5850m,說明酸壓裂縫為原有裂縫的延伸。
圖1 TK719井酸壓前后測井曲線對比
因此在地層破碎條件下,酸壓主要是在原有縫洞發(fā)育的基礎(chǔ)上進(jìn)一步溶蝕擴(kuò)大,形成的人工酸壓縫的走向主要取決于原有裂縫的發(fā)育方向。
越來越多的生產(chǎn)測井工作資料有力的證實(shí)了在儲層縫洞發(fā)育段,酸蝕縫只能在原生裂縫中溶蝕擴(kuò)大,未能沿最大主應(yīng)力方向形成新的有效縫洞。
①井溫測井曲線分析
井溫測井曲線通常被應(yīng)用在確定壓裂裂縫縫高,結(jié)合常規(guī)測井曲線即可確定裂縫產(chǎn)生的部位及延伸方向。
從井溫測井曲線可以看出:TK421井在5437.00m-5451.00m井段上,均有地層壓開與地層進(jìn)液的反應(yīng)。在5451.00m以下2m處,有一個明顯的溫度陡升,這說明在5453.00m處以下,裂縫不再向下延伸。對比右側(cè)深淺電阻率測井曲線,出現(xiàn)正異常,說明裂縫出現(xiàn)在5437.00m-5453.00m井段,酸壓裂縫為原有射孔裂縫的延伸。
圖2 TK421井溫測井曲線
②產(chǎn)液剖面測井分析
產(chǎn)液剖面測井結(jié)論可以判斷油井的出液層位,一般而言,我們可以定性的認(rèn)為對于酸壓改造過的油井,其產(chǎn)液層位就是人工酸壓裂縫方位。
對比產(chǎn)液剖面測井結(jié)果與測井解釋,分析原有裂縫的部位與酸壓裂縫的關(guān)系,如表1所示。
表1 塔河酸壓井測井解釋與產(chǎn)液剖面對比
從以上測試結(jié)果可以看出:以TK711井為例。TK711井酸壓前裂縫較發(fā)育段為5625-5629m,酸壓后產(chǎn)液段5621.3-5635.1m,即酸壓人工裂縫位于5621.3-5635.1m。說明酸壓沒有造新縫溝通新的縫洞體,只是在原有縫基礎(chǔ)上進(jìn)行溶蝕擴(kuò)大延伸酸壓生產(chǎn)層段和測井解釋儲層發(fā)育程度不完全吻合,測井解釋的裂縫發(fā)育程度,并不能代表儲層縱向地應(yīng)力分布大小。
整體來看,產(chǎn)液剖面監(jiān)測表明產(chǎn)液層段與射孔段及測井解釋的最好儲層不是一一對應(yīng),在10口井21個射孔段中,有5段無任何油氣貢獻(xiàn)(即沒沿誘導(dǎo)縫延伸和溶蝕),有貢獻(xiàn)和無貢獻(xiàn)的段多在同一口井出現(xiàn),在產(chǎn)液井段中有7段并沒有通過射孔誘導(dǎo),并且生產(chǎn)測井結(jié)果顯示產(chǎn)量貢獻(xiàn)比射孔段普遍高,這些情況產(chǎn)生的原因?qū)⒊蔀槲覀兘窈笱芯抗ぷ鞯姆较?/p>
成像測井多用來提取裂縫參數(shù)以便更好地描述裂縫,利用成像測井識別裂縫更加方便、直觀,可直接用肉眼識別。以TP740為例。從酸壓后成像測井圖像可以清晰直觀的看到在6299m處,酸蝕裂縫明顯(圖4右)。對比圖3,裂縫在6250-6280m處發(fā)育,說明酸蝕裂縫為原有裂縫的延伸,未造新縫。
圖3 T740酸壓前成像測井成果圖
圖4 T740酸壓后成像測井成果圖
試井資料測量了井底壓力隨時間的變化,反映的是關(guān)井或穩(wěn)定生產(chǎn)過程中壓力變化的過程,通過對壓力變化的分析,可以研究儲層中流體的流動特征,進(jìn)而可以反演出儲層的一些靜態(tài)特征,因此可以通過酸壓前后的試井資料來認(rèn)識酸壓前后儲層的變化,進(jìn)而研究酸壓人工縫的延伸。
S74井酸壓前后試井曲線如下:
由圖5,酸壓前S74井DST結(jié)果顯示早期段時間長,反映了地層的供液能力不足,地層具有致密均質(zhì)特點(diǎn),曲線形態(tài)一般不完整,少出現(xiàn)徑向流,邊界響應(yīng)較早,反映了井筒控制范圍較小,儲層控制范圍較小。酸壓后試井雙對數(shù)曲線(圖6)顯示壓后早期段時間短,反映了地層的雙重孔隙介質(zhì),酸壓人工縫溝通明顯。壓后參數(shù)解釋(表2)酸壓后解釋的封閉邊界距離達(dá)到420m,比酸壓前解釋距離遠(yuǎn)。對比酸壓前后試井資料解釋結(jié)果看以看出,酸壓只是在射孔形成主裂縫的基礎(chǔ)上溶蝕擴(kuò)大溝通了原有的溶洞儲集體。
圖5 S74井壓前雙對數(shù)曲線
圖6 S74壓后雙對數(shù)曲線
表2 S74井酸壓前后試井解釋參數(shù)對比表
塔河地區(qū)部分井受儲集空間與裂縫延伸方向、距離等因素的影響,經(jīng)過一次酸壓未獲得工業(yè)油氣流或僅獲較低產(chǎn)能。另外,部分井投產(chǎn)后不久由于裂縫導(dǎo)流能力失效,產(chǎn)量下降較快。因此,對這些油井需要采取重復(fù)酸壓,以保證油氣藏的穩(wěn)產(chǎn)、增產(chǎn)。
圖7 TP2井第一次酸壓曲線
2006年2月15日對TP2井6835.57-6925m井段進(jìn)行了第一次酸壓施工,最高泵壓90.1MPa,最高5.2m3/min,停泵壓降6.5↓1.9MPa。整個施工過程油壓較高,地層致密,壓降較小,未見明顯溝通儲集體顯示,儲層裂縫欠發(fā)育。
TP2井測井顯示儲層致密,6885.30-6893.15m井段裂縫發(fā)育,因此2006年12月3日對TP2井同一井段進(jìn)行了第二次酸壓施工。
從酸壓曲線來看,凍膠階段后期形成憋壓,裂縫在原裂縫基礎(chǔ)上得到了不斷擴(kuò)展,達(dá)到了預(yù)期裂縫進(jìn)一步延伸的效果,整個施工過程表明施工井段儲集體較致密,裂縫在施工過程得到了進(jìn)一步的延伸,但未能遇到較大的縫洞儲集空間。
圖8 TP2測井曲線
圖9 TP2第二次酸壓曲線
通過兩次酸壓對比第一次酸壓最大排量5.2m3/min,最大泵壓90.1MPa,未能壓開地層,重復(fù)酸壓提高最大排量至6.9m3/min,最大泵壓88.4MPa,重復(fù)酸壓井段一致,說明原有裂縫欠發(fā)育,重復(fù)酸壓采取了合適的施工參數(shù)達(dá)到壓裂裂縫目的,說明酸壓人工縫為原有裂縫的擴(kuò)展延伸。
塔河油田裂縫、溶洞較發(fā)育,在空間分布上具有強(qiáng)烈的非均質(zhì)性,主要通過酸壓手段改造儲層。分析認(rèn)為在地層破碎條件下,酸壓人工縫主要是在原有縫洞發(fā)育的基礎(chǔ)上進(jìn)一步的溶蝕擴(kuò)大,其形成的人工酸壓縫的走向主要取決于原有縫洞體的發(fā)育方向,為原有裂縫方向的擴(kuò)展延伸,并未產(chǎn)生新縫。
而實(shí)際過程中,對于致密地層,由于酸壓施工短時間內(nèi)地層承受壓力大,可能造成裂縫延伸方位與儲集體所在方位不一致,形成的裂縫與原有裂縫有差異,或由于儲集體離井筒較遠(yuǎn),酸壓裂縫長度有限,導(dǎo)致未能溝通有效儲集體,這些都需要對酸壓人工裂縫與原有裂縫的關(guān)系進(jìn)一步研究得出結(jié)論。其次,對于合適的酸壓施工參數(shù)對裂縫方位及延伸的影響也將是下步研究的方向。