水平井多段水力壓裂技術(shù)在伊拉克哈勒法耶油田的應(yīng)用

馬英哲 衛(wèi)國鋒 方 圓

（ 1 中油國際（伊拉克）哈法亞公司；2 中國石油西南油氣田公司川中油氣礦；3 中國石油西南油氣田公司氣田開發(fā)管理部 ）

0 引言

Sadi油藏是伊拉克哈勒法耶油田第二大油藏，因常規(guī)酸壓無法有效開發(fā)，該油藏一直處于幾乎未動用狀態(tài)，但考慮到其巨大的儲量規(guī)模，該油藏的規(guī)模有效動用將直接影響整個油田的開發(fā)效益，尋找可靠技術(shù)對該油藏進行規(guī)模開發(fā)勢在必行。借鑒國內(nèi)外成功經(jīng)驗，水平井多段水力壓裂技術(shù)是開發(fā)此類油氣藏的有效手段[1-4]，為此，研究部署了伊拉克首口多段水力壓裂水平井S5H1井。在該井的部署過程中，形成了地質(zhì)甜點和工程甜點“雙甜點”評價技術(shù)。地質(zhì)甜點是指含油飽和度較高、物性較好的區(qū)域；工程甜點是指有利于低成本、高效率壓裂施工的區(qū)域?！半p甜點”評價技術(shù)的運用解決了選好位置布好井的問題，為S5H1井的成功奠定了基礎(chǔ)。本文總結(jié)了Sadi油藏地質(zhì)特征、地質(zhì)甜點和工程甜點的評價方法，以及S5H1井的井位部署和實施效果，以期為研究區(qū)后續(xù)水平井部署及中東地區(qū)類似的致密油藏[5-6]開發(fā)提供經(jīng)驗借鑒。

1 Sadi油藏地質(zhì)概況

Sadi組屬于上白堊統(tǒng)，頂部埋深約2600m，分為Sadi A和Sadi B兩段，其中Sadi B段細分為Sadi B1、Sadi B2、Sadi B3三個亞段（圖1）。Sadi構(gòu)造為NW—SE至NWW—SEE走向的長軸背斜，Sadi B段構(gòu)造長軸和短軸長度分別約為31km、11.5km，背斜構(gòu)造形態(tài)較完整，地層傾角平緩，西南翼較東北翼略陡。

圖1 研究區(qū)Sadi組地層綜合柱狀圖Fig.1 Comprehensive stratigraphic column of Sadi Formation in the study area

Sadi油藏自上而下依次發(fā)育外緩坡、中緩坡及內(nèi)緩坡沉積。Sadi組B1亞段和B2亞段分別為外緩坡和中—外緩坡沉積環(huán)境，主要巖性為泥粒/粒泥灰?guī)r和有孔蟲石灰?guī)r，具有較多的生物擾動現(xiàn)象，含浮游/底棲有孔蟲化石及叢藻跡化石；Sadi組B3亞段為內(nèi)緩坡沉積，含軟體動物、棘皮動物及其他動物的碎屑。

Sadi組 B1、B2和B3亞段平均孔隙度分別為17.5%、19.3%、13.6%，平均滲透率分別為0.13mD、0.29mD、5.11mD，屬中等孔隙度、特低—超低滲透率[7-11]的碳酸鹽巖油藏。

2 甜點評價

針對Sadi油藏中等孔隙度、特低—超低滲透率的物性特點，按國內(nèi)外開發(fā)致密油藏的經(jīng)驗，必須利用水平井多段水力壓裂技術(shù)實現(xiàn)體積壓裂才能實現(xiàn)此類油藏的有效開發(fā)，而其中提高產(chǎn)能的關(guān)鍵之一就是甜點的識別與綜合評價[12-16]。針對Sadi油藏沉積特點，本文通過開展巖石分類對油藏甜點進行評價，并根據(jù)油藏各小層物性的差異，將Sadi B段分為B3亞段和B1—B2亞段兩組分別開展甜點評價工作。

2.1 巖石分類

目前尚無統(tǒng)一的碳酸鹽巖儲層巖石分類方法，國內(nèi)外常見的碳酸鹽巖巖石類型劃分方法可根據(jù)分類依據(jù)，歸屬到地質(zhì)成因、巖石物理、生產(chǎn)動態(tài)三大類。地質(zhì)成因分類有結(jié)構(gòu)成因分類和孔隙類型分類； 巖石物理分類有毛細管壓力曲線相關(guān)分類(孔喉半徑分類、J函數(shù)分類）、地層流動帶指數(shù)（FZI）/儲層品質(zhì)指數(shù)（RQI）分類、測井資料分類(核磁共振測井分類、常規(guī)測井分類)、截止值分類等方法[17-19]。本文以Sadi組B3亞段為例，采用地質(zhì)成因相和巖石物理相相結(jié)合的方法開展巖石分類研究。

地質(zhì)成因相是基于沉積相和成巖作用開展的巖石成因分類。通過開展系統(tǒng)的沉積相和成巖作用研究，將Sadi組B3亞段分為4類地質(zhì)成因相：1類對應(yīng)灘+強溶蝕；2類對應(yīng)灘+弱—中等溶蝕、灘翼+強溶蝕及部分礁灘+強溶蝕；3類對應(yīng)灘翼+弱—中等強度溶蝕；4類對應(yīng)潟湖/沼澤+弱溶蝕。

巖石物理相分類是一種基于壓汞曲線特征來表達孔喉特征的巖石物理屬性分類方法。根據(jù)巖心壓汞曲線特征，Sadi組B3亞段被分為PG1、PG2和PG3共3類巖石物理相（圖2）。每種巖石物理相均有其特有的壓汞曲線特征，反映其內(nèi)部的孔喉結(jié)構(gòu)；每種巖石物理相也有著不同的孔滲分布區(qū)域（圖3）。

圖2 Sadi組B3亞段巖石物理相劃分圖Fig.2 Petrophysical facies division of B3 sub member of Sadi Formation 1lbf/in2=6894.757Pa

圖3 Sadi組B3亞段巖石物理相類型孔滲分布圖Fig.3 Porosity-Permeability distribution of various petrophysical facies of B3 sub member of Sadi Formation

綜合地質(zhì)成因相和巖石物理相研究，將Sadi組B3亞段劃分為3種巖石類型（圖4）：RT1類由地質(zhì)成因相1類、2類和巖石物理相1類（PG1）組成，物性最好；RT2類由地質(zhì)成因相3類和巖石物理相2類（PG2）組成，物性中等；RT3類由地質(zhì)成因相4類和巖石物理相3類（PG3）組成，物性較差。

圖4 Sadi組B3亞段巖石類型劃分圖Fig.4 Rock type division of B3 sub member of Sadi Formation

2.2 地質(zhì)甜點展布刻畫

Sadi油藏地質(zhì)甜點劃分主要基于巖石分類研究成果，將巖石類型1類（RT1）劃分為地質(zhì)甜點區(qū)域。在完成所有鉆遇井的甜點識別工作后，在地震反演約束下，建立地質(zhì)模型，對每個小層的甜點展布進行描述（圖5）。

圖5 單層地質(zhì)甜點展布描述流程圖Fig.5 Flow chart for description of geological sweet spot distribution of single layer

2.3 地質(zhì)甜點分級及儲量評估

在每個小層地質(zhì)甜點展布的基礎(chǔ)上，將每小層地質(zhì)甜點區(qū)域進行疊加，按各小層地質(zhì)甜點發(fā)育厚度的不同，將Sadi油藏在平面上分為4級地質(zhì)甜點區(qū)域（圖6）。Ⅰ級地質(zhì)甜點區(qū)域：Sadi組B1—B2亞段地質(zhì)甜點厚度大于25m且B3亞段地質(zhì)甜點厚度大于5m；Ⅱ級地質(zhì)甜點區(qū)域：Sadi組B1—B2亞段地質(zhì)甜點厚度介于0～25m且B3亞段地質(zhì)甜點厚度大于5m，或B1—B2亞段地質(zhì)甜點厚度大于25m且B3亞段地質(zhì)甜點厚度介于0～5m；Ⅲ級地質(zhì)甜點區(qū)域：Sadi組B1—B2亞段地質(zhì)甜點厚度介于10～25m且B3亞段地質(zhì)甜點厚度介于0～5m；Ⅳ級地質(zhì)甜點區(qū)域：Sadi組B1—B2亞段地質(zhì)甜點厚度介于0～10m且B3亞段地質(zhì)甜點厚度介于0～5m。按甜點區(qū)域計算地質(zhì)儲量（表1），以便后續(xù)合理部署開發(fā)井網(wǎng)、規(guī)劃上產(chǎn)節(jié)奏。

圖6 Sadi油藏4級地質(zhì)甜點平面展布圖Fig. 6 Distribution of four grades of geological sweet spots of Sadi oil reservoir

表1 Sadi油藏4級地質(zhì)甜點地質(zhì)儲量分布表Table 1 Reserve summary of four grades of geological sweet spots of Sadi oil reservoir

2.4 工程甜點評價

地質(zhì)甜點的評價只反映油藏的物性特征，地質(zhì)甜點區(qū)域儲層物性好、含油飽和度高。而針對低滲油藏，尤其對需要開展水力壓裂進行儲層改造的難動用油藏，若只考慮地質(zhì)甜點，在壓裂施工時，無法對壓裂的難易程度提供指導(dǎo)，所以除地質(zhì)甜點外，還需開展工程甜點研究來表征地層可壓裂性。

結(jié)合Sadi油藏儲層巖石特征，考慮脆性指數(shù)、楊氏模量、泊松比、最小水平主應(yīng)力及斷裂韌度等巖石地質(zhì)力學(xué)參數(shù)，建立了研究區(qū)可壓裂性綜合指數(shù)，即工程甜點評價指數(shù)，用以評價儲層壓裂改造的難易程度。

脆性指數(shù)：儲層的塑性及脆性特性對裂縫開啟有較大影響，塑性越高即脆性越低，儲層在壓裂施工時開裂越困難；反之，開裂越容易，即可壓裂性越高[20]。該指標(biāo)屬于正向指標(biāo)。

楊氏模量：是表征巖石剛性的物理量，楊氏模量越大，表明巖石剛性越強，開展壓裂施工時起裂時間越早、裂縫擴展速度也會更快，最終形成的裂縫長度更長且更易保持[21-22]。該指標(biāo)屬于正向指標(biāo)。

泊松比：是表征巖石脆性特征的物理量，泊松比是巖石受到應(yīng)力時，在彈性范圍內(nèi)巖石的側(cè)向應(yīng)變與軸向應(yīng)變的比值。泊松比越低，巖石的脆性越強，開展壓裂施工時起裂越容易[21-22]。該指標(biāo)屬于反向指標(biāo)。

最小水平主應(yīng)力：最小水平主應(yīng)力越小，巖層破裂壓力越小，起裂越容易，水平兩向應(yīng)力差越大，壓裂后壓裂裂縫傾向于單向發(fā)育、裂縫延伸遠[23]。目標(biāo)油藏屬于孔隙型碳酸鹽巖油藏，壓裂后形成網(wǎng)狀縫網(wǎng)的可能性較低，因此還需考慮壓出長縫的可能性，提高泄油能力，需要最小水平主應(yīng)力越小越好。該指標(biāo)屬于反向指標(biāo)。

斷裂韌度：斷裂韌度是一項表征儲層改造難易程度的重要指標(biāo)，反映了壓裂過程中，裂縫形成后維持裂縫向前延伸的能力，該值越小，裂縫延伸越遠，儲層改造體積越大[24]。該指標(biāo)屬于反向指標(biāo)。

根據(jù)巖石地質(zhì)力學(xué)參數(shù)與可壓裂性的相關(guān)性及其在實際儲層中的分布特征，將工程甜點評價參數(shù)分為A、B、C、D、E 5個等級，其中A等級定為工程甜點，從B等級開始過渡到非甜點，C、D、E等級認為是非甜點，具體分級標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 工程甜點評價指數(shù)分級表Table 2 Classification index for engineering sweet spots

續(xù)表

2.5 復(fù)合甜點

將地質(zhì)甜點和工程甜點疊加，篩選出物性好、含油飽和度高、可壓裂性高的有利區(qū)域，作為復(fù)合甜點區(qū)域，優(yōu)先在復(fù)合甜點區(qū)域內(nèi)部署水平井，確保單井產(chǎn)能。

3 井位選取及軌跡優(yōu)化

S5H1井是哈勒法耶油田第一口，也是伊拉克第一口多段水力壓裂水平井，并無成功經(jīng)驗可以借鑒。為確保試驗井的成功，在復(fù)合甜點區(qū)域，選取周邊分布有7口鉆遇井控制的優(yōu)質(zhì)儲層厚度大、連續(xù)性好、可壓裂性高、地質(zhì)認識明確的最有利區(qū)域部署了S5H1井。

基于成像測井資料，明確現(xiàn)今最大水平主應(yīng)力方位為NE 5°～15°，水平井方位角設(shè)計為垂直于現(xiàn)今最大水平主應(yīng)力方向以確保壓裂效果。為確保壓裂工具的順利下入并防止與周邊老井發(fā)生干擾，井眼軌跡設(shè)計為二維軌跡，降低鉆井施工及封隔器下入難度，設(shè)計水平段與周邊已鉆老井軌跡的距離在150m以上，在不影響裂縫延伸的同時確保周邊鄰井井筒安全。

4 壓裂方案設(shè)計

從國內(nèi)外一些致密碳酸鹽巖油氣藏的成功經(jīng)驗來看，酸液體系壓裂液在高溫地層受酸巖反應(yīng)速率及濾失特性等因素的影響，可能造成酸液有效作用距離短、酸液濾失嚴(yán)重、高導(dǎo)流縫難以保持等問題；而水力加砂壓裂一般采用非反應(yīng)性流體作為工作液，可以較好地克服以上問題，對支撐劑分布也相對容易控制，可提供遠大于酸蝕裂縫長度的支撐裂縫來獲得好的改造效果[25-29]，為此S5H1井采用了水力體積壓裂工藝進行儲層改造。

為落實Sadi油藏主體開發(fā)工藝技術(shù)，按照“地質(zhì)工程一體化”的思路，以“追求產(chǎn)能和經(jīng)濟效益最大化”為目標(biāo)進行逆向設(shè)計。在Sadi油藏現(xiàn)有地質(zhì)模型和動態(tài)模型基礎(chǔ)上，采用局部網(wǎng)格加密（LGR）+嵌入式離散裂縫模型（EDFM）[30-32]，建立多段水力壓裂水平井產(chǎn)能評價模型，對不同水平段長度、不同壓裂段數(shù)開展了多情景組合的產(chǎn)能模擬（圖7）。

圖7 不同水平段長度、壓裂段數(shù)的產(chǎn)量預(yù)測圖Fig.7 Production simulation of scenarios with different horizontal section length and fracturing stages

從模擬結(jié)果來看，水平段越長，壓裂段數(shù)越多，穩(wěn)產(chǎn)時間和累計產(chǎn)油量越高?？紤]到S5H1井是哈勒法耶油田實施的第一口多段水力壓裂水平井，具備先導(dǎo)試驗性質(zhì)，所以在保證合理產(chǎn)量的基礎(chǔ)上，優(yōu)先考慮工程的可行性，確保先導(dǎo)試驗的成功。根據(jù)工藝難度、投入產(chǎn)出比等因素，決定按水平段長度為800m，壓裂段數(shù)為6段或8段做前期準(zhǔn)備，實際壓裂段數(shù)待完鉆后根據(jù)實際井況再做決定。

5 實施效果

S5H1井實際鉆遇甜點共573m，平均孔隙度為20%（圖8），結(jié)合測井解釋評價和現(xiàn)場通井情況，決定開展8段壓裂并順利完成施工，施工參數(shù)與設(shè)計參數(shù)基本吻合（表3），達到設(shè)計要求，施工效果良好。該井于2019年12月9日順利投產(chǎn)，初始日產(chǎn)油量為2000bbl，井口壓力為1000lbf/in2，生產(chǎn)表現(xiàn)良好，截至2021年7月底，累計產(chǎn)油59.8×104bbl，井口壓力下降至550lbf/in2，日產(chǎn)油降至900bbl，月遞減2.5%（圖9），成功實現(xiàn)設(shè)計目標(biāo)。

圖8 S5H1井實際鉆遇地層孔隙度剖面Fig.8 Porosity profile of formation penetrated by Well S5H1

表3 S5H1井壓裂實際施工參數(shù)與設(shè)計參數(shù)對比表Table 3 Comparison of fracturing parameters between the actual engineering and design of Well S5H1

6 結(jié)論及認識

（1）利用多段水力壓裂技術(shù)部署的S5H1井，通過一年多的穩(wěn)定生產(chǎn)，驗證該井成功實現(xiàn)了預(yù)期設(shè)計目標(biāo)，論證了動用特低—超低滲透率Sadi油藏的技術(shù)和經(jīng)濟可行性。

（2）建立了一套適合中東地區(qū)低滲石灰?guī)r儲層的巖石分類方法和地質(zhì)甜點表征技術(shù)，通過地質(zhì)成因相和巖石物理相研究指導(dǎo)哈勒法耶油田Sadi油藏地質(zhì)甜點區(qū)的有效劃分，為釋放哈勒法耶油田低滲油藏產(chǎn)能打下堅實基礎(chǔ)。

（3）建立了儲層改造工程甜點評價技術(shù)，優(yōu)選脆性指數(shù)、泊松比、楊氏模量、最小水平主應(yīng)力及斷裂韌度5項可壓裂性指標(biāo)綜合評價工程甜點，用以評價儲層壓裂改造的難易程度，彌補了單純利用地質(zhì)甜點指導(dǎo)井位部署的局限性。