牟春國(guó)，胡子見(jiàn)，騰飛啟，朱更更

（中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司蘇里格氣田研究中心，陜西西安 710018）

蘇里格東區(qū)致密砂巖氣藏壓裂技術(shù)研究

牟春國(guó)，胡子見(jiàn)，騰飛啟，朱更更

（中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司蘇里格氣田研究中心，陜西西安 710018）

蘇里格東區(qū)氣田上古砂巖氣藏屬于致密砂巖氣藏，通過(guò)對(duì)該氣田砂巖氣藏壓裂技術(shù)的研究及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果的分析，形成致密砂巖氣藏儲(chǔ)層改造的壓裂技術(shù)，對(duì)蘇里格東區(qū)及整個(gè)蘇里格氣田、乃至其它致密砂巖氣藏的開(kāi)發(fā)也具有指導(dǎo)意義。通過(guò)對(duì)蘇里格氣田東區(qū)上古砂巖氣藏儲(chǔ)層地質(zhì)特征分析的基礎(chǔ)上，提出了滿足該區(qū)儲(chǔ)層改造的壓裂工藝，認(rèn)為低傷害壓裂液技術(shù)、多層分層壓裂技術(shù)、水平井壓裂技術(shù)是蘇里格氣田東區(qū)儲(chǔ)層改造的主要技術(shù)。剖析了儲(chǔ)層改造的壓裂難點(diǎn)，認(rèn)為儲(chǔ)層易傷害、縱向多薄層發(fā)育、壓裂液返排困難是該區(qū)儲(chǔ)層改造的主要難點(diǎn)，并針對(duì)壓裂難點(diǎn)提出了針對(duì)性措施，而這些針對(duì)措施也正是蘇里格東區(qū)目前實(shí)施應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)。分析了東區(qū)實(shí)施的壓裂關(guān)鍵技術(shù)及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施效果，形成了適合東區(qū)儲(chǔ)層改造的壓裂設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)、直井定向井多層分層壓裂技術(shù)、水平井多段分層壓裂技術(shù)、低傷害壓裂液技術(shù)、壓裂液快速返排技術(shù)等綜合技術(shù)。

致密砂巖氣藏；儲(chǔ)層敏感；多層分層；水平井；低傷害；返排制度

致密砂巖儲(chǔ)層指儲(chǔ)集體內(nèi)流體難以動(dòng)用，在現(xiàn)有技術(shù)條件下難以進(jìn)行有效開(kāi)發(fā)的氣藏，一般來(lái)說(shuō)在覆壓條件下，基質(zhì)滲透率小于0.1×10-3μm2。蘇里格氣田東區(qū)上古砂巖氣藏儲(chǔ)層覆壓下的滲透率主要分布在0.01～0.1×10-3μm2之間，平均 0.0702×10-3μm2，因此，判斷該氣田上古砂巖氣藏屬于致密砂巖氣藏。

1 儲(chǔ)層地質(zhì)特征分析

1.1 儲(chǔ)層巖性特征

蘇里格氣田東區(qū)盒8段以巖屑石英砂巖和石英砂巖為主，山1段以巖屑石英砂巖和巖屑砂巖為主。山1段填隙物占5.5%～38%，平均19.3%；盒8段占5.5%～39%，平均19.5%。填隙物以雜基和膠結(jié)物為主，膠結(jié)物以粘土為主，硅質(zhì)、鈣質(zhì)膠結(jié)次之，東區(qū)各層位填隙物具體含量統(tǒng)計(jì)表（見(jiàn)表1）。粘土中尤以伊利石、高嶺石最為發(fā)育，綠泥石次之，儲(chǔ)層易發(fā)生水敏、速敏及酸敏效應(yīng)，要求入井的液體pH值不能太低，以減少對(duì)儲(chǔ)層的傷害。

1.2 儲(chǔ)層物性特征

依據(jù)滲透率、孔隙度、孔隙組合類型及巖性特征，將蘇里格氣田東區(qū)盒8段、山1段儲(chǔ)層分為四類，各類砂巖儲(chǔ)層地質(zhì)特征表（見(jiàn)表2），Ⅱ類、Ⅲ類、Ⅳ類儲(chǔ)層在覆壓條件下，基質(zhì)滲透率小于 0.1×10-3μm2，屬于致密砂巖儲(chǔ)層。有效儲(chǔ)層孔隙度主要分布在4.0%～14.0%，平均9.4%。為提高儲(chǔ)量動(dòng)用程度，提高直井、定向井單井產(chǎn)量，實(shí)施多層分層壓裂改造。

1.3 儲(chǔ)集砂體特征

表1 蘇里格氣田東區(qū)各層位填隙物含量統(tǒng)計(jì)表

表2 各類砂巖儲(chǔ)層地質(zhì)特征表

蘇里格氣田東區(qū)目的層砂體相互疊置，復(fù)合連片，具有普遍含氣的特征。在多層系發(fā)育的區(qū)域適合叢式井集中開(kāi)發(fā)，單井進(jìn)行多層系壓裂。主力氣層盒8局部區(qū)域有效單砂體厚度達(dá)到8 m以上，可進(jìn)行水平開(kāi)發(fā)，儲(chǔ)層改造采用多段分層壓裂工藝。

2 壓裂難點(diǎn)及針對(duì)措施分析

2.1 油氣砂體儲(chǔ)層物性差，基質(zhì)低孔低滲，氣層厚度薄，氣層自然產(chǎn)能低或無(wú)自然產(chǎn)能

蘇里格氣田東區(qū)山1段孔隙度平均值為6.65%，滲透率平均值為0.32×10-3μm2。盒8段下部孔隙度10.58%，滲透率為平均值 1.49×10-3μm2。盒8段上部孔隙度11.04%，滲透率平均值0.98×10-3μm2。有效滲透率則主要集中在 0.001～1.0×10-3μm2，占分析井次的90.48%，并且有74.6%小于0.5×10-3μm2。單層厚度薄，平均2～6 m。儲(chǔ)層悟性差，氣層厚度薄導(dǎo)致該區(qū)塊氣層自然產(chǎn)能低或無(wú)自然產(chǎn)能。

針對(duì)措施是：優(yōu)化壓裂改造規(guī)模和施工參數(shù)，提高儲(chǔ)層裂縫導(dǎo)流能力。

2.2 儲(chǔ)層縱向發(fā)育多套氣層，跨度不等，儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，連續(xù)性差，加砂壓裂難度大

蘇里格氣田東區(qū)有效儲(chǔ)層為辮狀河砂巖沉積中的粗巖相帶，儲(chǔ)集砂體非均質(zhì)性強(qiáng)，連續(xù)性較差，尤其是在水力裂縫延伸方向上連續(xù)性很差，造成了單井控制儲(chǔ)量低、無(wú)法充分發(fā)揮水力裂縫的溝通作用。

東區(qū)儲(chǔ)層主要有盒8、山1、山2、太原組等層系，層間差異大，需要開(kāi)展多層分層壓裂改造，壓裂改造時(shí)既要保證縱向鋪置剖面合理，又要控制裂縫高度。目前改造層數(shù)主要為3～5層，試驗(yàn)5～7層。

針對(duì)措施是：采用多層分層壓裂工藝，提高單井縱向儲(chǔ)量動(dòng)用能力。

2.3 直井單井產(chǎn)量低，經(jīng)濟(jì)效益差，難以有效動(dòng)用儲(chǔ)層橫向儲(chǔ)量

蘇里格東區(qū)直井單井產(chǎn)量低，經(jīng)濟(jì)效益差，難以有效動(dòng)用儲(chǔ)層橫向儲(chǔ)量，因此需要探索水平井開(kāi)發(fā)，提高單井的儲(chǔ)層橫向儲(chǔ)量動(dòng)用能力。蘇里格氣田東區(qū)主力氣層盒8砂體厚度30～40 m，砂體寬度1～2 km，局部區(qū)域有效單砂體厚度達(dá)到8 m以上，適合水平井開(kāi)發(fā)，壓裂采用多段分層壓裂改造。

針對(duì)措施是：采用水平井開(kāi)發(fā)及多段分層壓裂改造技術(shù)，提高單井的橫向儲(chǔ)量動(dòng)用能力。

2.4 儲(chǔ)層粘土礦物含量高，易發(fā)生水敏、速敏和酸敏，造成儲(chǔ)層傷害

蘇里格氣田東區(qū)主力儲(chǔ)層粘土礦物平均為20%～30%，粘土總量高，儲(chǔ)層以水敏；含有運(yùn)移性伊利石，可能引起儲(chǔ)層速敏傷害；綠泥石含量較高，易酸敏[1]。固相顆粒堵塞，會(huì)降低儲(chǔ)層和裂縫的滲透率；粘土膨脹與微粒運(yùn)移，降低濾失區(qū)域內(nèi)儲(chǔ)層滲透率；粘土重的伊利石易形成水鎖[2]。

針對(duì)措施是：采用低傷害壓裂液技術(shù)，降低壓裂對(duì)儲(chǔ)層的傷害。

2.5 儲(chǔ)層壓力系數(shù)低，孔吼半徑小，壓力低引起儲(chǔ)層產(chǎn)生水鎖，使排驅(qū)壓力大，存在“啟動(dòng)”壓力現(xiàn)象，使得壓裂后液體返排困難

蘇里格氣田東區(qū)盒8地層靜壓25.72 MPa，氣藏壓力系數(shù)為0.771～0.914，平均值0.86，屬低壓氣藏。儲(chǔ)層壓力系數(shù)低，地層能量有限，使得濾失增加、返排率降低、生產(chǎn)壓差減少、有效應(yīng)力增加，有效滲透率降低[2] [3]；孔吼半徑小，使得儲(chǔ)層產(chǎn)生水鎖傷害，排驅(qū)壓力大，存在“啟動(dòng)”壓力梯度[4]，壓裂液返排困難。高的啟動(dòng)壓力梯度使生產(chǎn)井自然產(chǎn)能低或不能形成產(chǎn)能，同時(shí)影響壓裂液返排率降低，返排周期也延長(zhǎng)，濾失帶啟動(dòng)壓力與壓裂液返排的關(guān)系如圖1所示，隨著濾失帶啟動(dòng)壓裂的增大，壓裂液返排率降低。需要在助排措施上和返排控制方面嚴(yán)格優(yōu)化。

圖1 濾失帶啟動(dòng)壓力與壓裂液返排的關(guān)系

針對(duì)措施是：采用液氮伴注技術(shù)，并優(yōu)化返排制度，提高壓裂液返排效率。

3 壓裂關(guān)鍵技術(shù)及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施

3.1 優(yōu)化壓裂改造規(guī)模和施工參數(shù)，提高儲(chǔ)層裂縫導(dǎo)流能力

針對(duì)蘇里格氣田東區(qū)多層壓裂、合層排液的壓裂工藝特點(diǎn)，合理選擇每口單井的壓裂改造工藝、設(shè)計(jì)改造段數(shù)、選擇壓裂液。

在對(duì)單井儲(chǔ)層地質(zhì)特征、測(cè)井資料、砂體厚度、地層壓力、巖石應(yīng)力情況充分認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，優(yōu)化單井單層加砂規(guī)模，合理設(shè)計(jì)砂比、施工排量等壓裂施工參數(shù)。蘇里格氣田東區(qū)單井單層加砂規(guī)模平均為20～30 m3，平均砂比20%～27%，平均施工排量 2.0～3.0 m3/min。單井改造規(guī)模、施工參數(shù)與裂縫導(dǎo)流能力（見(jiàn)表3），從表中可以看出，蘇東A井、蘇東B井在相應(yīng)改造規(guī)模、施工參數(shù)下模擬的裂縫導(dǎo)流滿足儲(chǔ)層改造需要。

表3 單井改造規(guī)模、施工參數(shù)及裂縫導(dǎo)流能力統(tǒng)計(jì)表（蘇東A井、蘇東B井）

3.2 采用多層分層壓裂工藝，提高單井縱向儲(chǔ)量動(dòng)用能力

由于致密砂巖氣藏儲(chǔ)層地質(zhì)狀況復(fù)雜，含氣層段多，層間物性差異大，合層壓裂針對(duì)性不強(qiáng)且砂堵幾率高，采用多層分層壓裂合層排液技術(shù)，提高單井縱向儲(chǔ)量動(dòng)用能力，使多層段氣井得到有效開(kāi)發(fā)[5]。

蘇里格氣田東區(qū)多層壓裂工藝目前主要采用封隔器組合不動(dòng)管柱分壓3～4層，部分氣井開(kāi)展5～7層壓裂試驗(yàn)。在噴砂滑套、封隔器、管柱結(jié)構(gòu)等優(yōu)化完善的基礎(chǔ)上，形成了多層分層壓裂改造工藝。

2011年在蘇里格氣田東區(qū)實(shí)施五層及五層以上工具壓裂15口井，平均無(wú)阻流量8.26×104m3/d，壓裂改造效果較好。

3.3 采用水平井開(kāi)發(fā)及多段分層壓裂改造技術(shù)，提高單井的橫向儲(chǔ)量動(dòng)用能力

直井單井對(duì)儲(chǔ)層橫向儲(chǔ)量動(dòng)用能力低，采用水平井開(kāi)發(fā)技術(shù)提高儲(chǔ)層橫向儲(chǔ)量動(dòng)用能力。2011年在蘇里格氣田東區(qū)開(kāi)展了水平井裸眼封隔器壓裂、水力噴砂壓裂、遇油膨脹管封隔器壓裂。試驗(yàn)表明，三種水平井改造工藝在不同完井方式、儲(chǔ)層改造需要等方面均能滿足水平井儲(chǔ)層改造的要求，取得了較好的改造效果。

2011年在蘇里格氣田東區(qū)實(shí)施水平井裸眼封隔器壓裂2口井，平均單井改造7段，平均試氣無(wú)阻流量45.08×104m3/d，是直井的4.5倍；實(shí)施水平井水力噴砂分層壓裂5口井，平均單井改造6段，平均試氣無(wú)阻流量16.84×104m3/d，是直井的2.8倍；實(shí)施水平井遇油膨脹封隔器壓裂2口井，平均單井改造7段，平均試氣無(wú)阻流量8.82×104m3/d，僅為直井的1.5倍，改造不佳的原因是其中1口井因產(chǎn)水導(dǎo)致試氣產(chǎn)量較低。

3.4 采用低傷害壓裂液技術(shù)，降低壓裂對(duì)儲(chǔ)層的傷害

致密砂巖氣藏儲(chǔ)層物性差，粘土礦物含量相對(duì)較高，在壓裂過(guò)程中極易造成水鎖及水敏傷害；同時(shí)大量壓裂液長(zhǎng)時(shí)間滯留地層，會(huì)造成有效裂縫長(zhǎng)度降低[6]。

采用低傷害壓裂液是解決儲(chǔ)層傷害的關(guān)鍵技術(shù)[7]。同時(shí)，降低壓裂液濾失，減少濾餅對(duì)儲(chǔ)層的傷害[8]。針對(duì)儲(chǔ)層易受壓裂液傷害、排驅(qū)壓力大、地層返排困難的特點(diǎn)，研發(fā)并開(kāi)展了羧甲基、陰離子表面活性劑、超低濃度胍膠三種低傷害壓裂液現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。

2011年在蘇里格氣田東區(qū)實(shí)施了羧甲基低傷害壓裂液41口/44井次，其中直井、定向井40口/43井次，平均無(wú)阻流量7.2484×104m3/d，水平井1口井，蘇東C井測(cè)試無(wú)阻流量55.82×104m3/d；實(shí)施了陰離子表面活性劑壓裂液壓裂25口井，平均無(wú)阻流量7.87×104m3/d；實(shí)施了超低濃度胍膠壓裂液改造47口井，其中3口水平井平均無(wú)阻流量30.46×104m3/d，44口直井、定向井平均無(wú)阻流量6.0×104m3/d。整體改造效果較好。

3.5 采用液氮伴注技術(shù)，并優(yōu)化返排制度，提高壓裂液返排效率

蘇里格氣田東區(qū)壓裂液高效返排技術(shù)主要包括兩部分：一是液氮增能助排工藝技術(shù)，二是壓后返排控制技術(shù)。

3.5.1 液氮增能助排工藝技術(shù) 針對(duì)致密砂巖氣藏儲(chǔ)層水鎖嚴(yán)重，濾失帶啟動(dòng)壓差大，壓裂液返排速度及返排率降低的問(wèn)題，在壓裂過(guò)程中采用液氮拌注工藝，降低壓裂液濾失，減少液相對(duì)儲(chǔ)層的侵入，降低壓裂過(guò)程的水鎖傷害[9]；同時(shí)，利用液氮的增能作用，提高返排壓差，加快壓裂液的返排。

蘇里格氣田東區(qū)氣井壓裂施工時(shí)，液氮伴注比例為6%～8%，個(gè)別井達(dá)到10%以上。

3.5.2 壓后返排控制技術(shù) 針對(duì)單井的儲(chǔ)層物性，制定合理放噴制度，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)指導(dǎo)。綜合考慮蘇里格氣田東區(qū)儲(chǔ)層物性等因素，編制現(xiàn)場(chǎng)合理放噴油嘴：當(dāng)井口壓力大于13 MPa時(shí)，用3 mm油嘴控制放噴；井口壓力低于13 MPa后，換用6 mm油嘴控制放噴；低于8 MPa后換用8 mm油嘴控制放噴；低于4 MPa后換用10 mm油嘴，并一直以該油嘴放噴至井口壓力為0。

4 結(jié)論

（1）通過(guò)對(duì)蘇里格氣田東區(qū)儲(chǔ)層地質(zhì)特征分析的基礎(chǔ)上，認(rèn)為低傷害壓裂液工藝、多層分層壓裂工藝、水平井壓裂工藝滿足該區(qū)儲(chǔ)層改造，對(duì)提高單井產(chǎn)量具有重要意義。

（2）分析了各種儲(chǔ)層特征對(duì)壓裂改造的影響，認(rèn)為儲(chǔ)層易傷害、縱向多薄層發(fā)育、壓裂液返排困難是蘇里格氣田東區(qū)儲(chǔ)層改造的主要難點(diǎn)，并針對(duì)壓裂難點(diǎn)提出了壓裂改造措施。

（3）將研究成果應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，形成了適合東區(qū)儲(chǔ)層改造的壓裂設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)、直井多層分層壓裂技術(shù)、水平井多段分層壓裂技術(shù)、低傷害壓裂液技術(shù)、壓裂液快速返排技術(shù)等綜合技術(shù)。

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The fracturing technology research of tight sandstone gas reservoirs in the eastern of sulige gas field

MOU Chunguo，HU Zijian，TENG Feiqi，ZHU Genggeng
（Changqing Oilfield Of China Petroleum Company Research Center In Sulige Gas Field，Xi’an Shanxi 710018，China）

The ancient sandstone gas reservoirs are tight sandstone gas reservoirs.In the eastern of Sulige gas field,through the analysis of the effect fracturing technology research and field applications of the sandstone gas reservoir,the formation of the fracturing technology of the tight sandstone gas reservoirs in the transformation,have guiding significance to the development of the eastern of Sulige gas field and the Sulige gas field,and even of other tight sandstone gas reservoirs.Based on the analysis of Reservoir geology of ancient Tight Sandstone Gas Reservoirs in the eastern of Sulige gas field,proposed the fracturing technologies to meet transformation of the reservoir,think that the low damage fracturing fluid technology、multi-layered fracturing technology and horizontal well fracturing technology is the main transformation technologies of the reservoir in the eastern of Sulige gas field.Analysis the fracturing difficult on the transformation of the reservoir,think that the reservoir easy to damage、more thin vertical development、the fracturing fluid flowback difficulty is the main difficulties of the transformation in the reservoir area,put forward specific measures to the fracturing difficulties,these measures are the key technologies of the implementation and application In The Eastern Of Sulige Gas Field.Analyzed the key fracturing technologies and the effect of the implementation in the eastern of Sulige gas field,formed the comprehensive technologies,including the optimization techniques of fracturing design、multi-layered fracturing for vertical well and directional well、horizontal well multi-stage stratified Fracturing technology、low damage fracturing fluid technology、flowback technology for fracturing fluid quickly for the transformation suitable of the reservoir in the eastern of Sulige gas filed.

tight sandstone gas reservoirs；sensitive reservoir；multi-layered；horizontal wells；low damage；flow-back system

10.3969/j.issn.1673-5285.2012.11.012

TE357.13

A

1673－5285（2012）11－0045－05

2012－07－24

牟春國(guó)（1981-），工程師，2005年畢業(yè)于長(zhǎng)江大學(xué)石油工程專業(yè)，2008年獲西南石油大學(xué)油氣井工程專業(yè)碩士學(xué)位，現(xiàn)主要從事油氣井增產(chǎn)工藝方面的工作，郵箱：xueyuzhaoyuan@126.com。