方夢(mèng)莉

（中國(guó)石化江漢油田分公司采油工藝研究院，湖北 武漢430035）

引言

近十幾年來(lái)，北美地區(qū)在頁(yè)巖氣的勘探開(kāi)發(fā)上獲得了巨大成功，目前已成為油氣工業(yè)界的新興熱點(diǎn)和能源新寵，我國(guó)與美國(guó)在頁(yè)巖氣地質(zhì)條件上具有許多相似之處，頁(yè)巖氣富集地質(zhì)條件優(yōu)越，具有與美國(guó)大致相同的頁(yè)巖氣資源前景和勘探開(kāi)發(fā)潛力。川南、川東、渝東南、黔北、鄂西等上揚(yáng)子地區(qū)是我國(guó)頁(yè)巖氣主要遠(yuǎn)景區(qū)之一。江漢油田鄂西渝東區(qū)被評(píng)為中石化南方Ⅰ類區(qū)塊，具有巨大的勘探開(kāi)發(fā)潛力。通過(guò)前期地質(zhì)認(rèn)識(shí)、老井復(fù)查、選區(qū)評(píng)價(jià)，選定有利區(qū)域布置鉆探建111井、建頁(yè)HF－1井、建頁(yè)HF－2井進(jìn)行頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)工藝和技術(shù)的實(shí)踐探索。

1 鄂西渝東區(qū)頁(yè)巖氣概況

江漢油田頁(yè)巖油氣富集、地質(zhì)條件優(yōu)越，鄂西渝東區(qū)資源總量達(dá)74 594.19億方，被評(píng)為中石化南方Ⅰ類區(qū)塊，具有巨大的勘探開(kāi)發(fā)潛力。江漢油田近幾年在江漢探區(qū)包括鄂西渝東區(qū)、湘鄂西區(qū)、江漢平原區(qū)進(jìn)行了老井復(fù)查和區(qū)帶優(yōu)選，于2010年12月和2011年2月分別對(duì)預(yù)探井建111井和參數(shù)井河頁(yè)1井兩口直井、2011年9月對(duì)中石化第一口頁(yè)巖氣水平井建頁(yè) HF－1井、2012年9月對(duì)建頁(yè)HF－2井四口井進(jìn)行了頁(yè)巖氣壓裂實(shí)踐探索，旨在進(jìn)一步落實(shí)頁(yè)巖氣的開(kāi)發(fā)潛力、取得相關(guān)地層參數(shù)，同時(shí)研究摸索頁(yè)巖氣壓裂及配套工藝技術(shù)。

通過(guò)將鄂西渝東區(qū)東岳廟段3口井頁(yè)巖儲(chǔ)層與美國(guó)、四川頁(yè)巖儲(chǔ)層參數(shù)對(duì)比（見(jiàn)表1）發(fā)現(xiàn)江漢探區(qū)頁(yè)巖氣具有較好的開(kāi)發(fā)前景，而目前國(guó)內(nèi)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)尚處于起步階段，大多數(shù)井都是借鑒國(guó)外頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)甚至依賴國(guó)外頁(yè)巖氣相關(guān)的技術(shù)服務(wù)，經(jīng)濟(jì)效益較差，所以要想獲得較好的開(kāi)發(fā)效果，提高開(kāi)發(fā)的經(jīng)濟(jì)效益，仍需要不斷地實(shí)踐探索和研究。

表1 東岳廟段頁(yè)巖儲(chǔ)層與國(guó)內(nèi)外地區(qū)頁(yè)巖儲(chǔ)層參數(shù)對(duì)比

2 東岳廟段頁(yè)巖氣壓裂實(shí)踐與分析

2.1 東岳廟段頁(yè)巖氣壓裂工藝分析

鄂西渝東區(qū)陸相侏羅系自流井組東岳廟段巖性為深灰色、灰黑色泥頁(yè)巖，儲(chǔ)集條件較好，具有較高的孔隙度，孔隙以粒間孔為主，發(fā)育少量粒內(nèi)孔和溶蝕孔，取芯、FMI成像測(cè)井、Dual OBMI成像測(cè)井均顯示近井筒附近發(fā)育有天然裂縫，壓裂井段584 m～646 m，聲波時(shí)差（282.8～310）μs／m ，孔隙度1.7% ～4.9% ，滲透率0.34 mD ～0.63 mD，脆性礦物64.6% ～73.65%，粘土含量25.36%～34.4%，巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)測(cè)得壓裂井段最大水平主應(yīng)力13.19 Mpa～16.92 MPa，最小水平主應(yīng)力值為10.27 Mpa～12.86 MPa，巖石楊氏模量15 490 Mpa～21 600 MPa，泊松比0.21～0.30。

根據(jù)建111井、建頁(yè)HF－1井、建頁(yè)HF－2井固井質(zhì)量、上下水層情況、天然裂縫發(fā)育情況、TOC含量、含氣量、巖石礦物組分（特別是脆性礦物含量）、巖石力學(xué)特征、水平主應(yīng)力差異系數(shù)、縱向應(yīng)力綜合分析，優(yōu)選射孔井段（簇式射孔方式），采取套管注入方式進(jìn)行壓裂，針對(duì)水平井建頁(yè) HF－1井，需要根據(jù)水平段固井質(zhì)量、Dual OBMI成像測(cè)井、XRF元素測(cè)井、套管及扶正器數(shù)據(jù)等相關(guān)資料，進(jìn)一步優(yōu)化確定射孔段位置、橋塞位置，以確保水平段改造的充分性和安全性。

頁(yè)巖氣壓裂改造的理念是促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜裂縫系統(tǒng)的形成，提高改造后儲(chǔ)層的泄氣面積，采取縫網(wǎng)壓裂工藝進(jìn)行施工，壓裂液采用比較成熟的減阻水壓裂液體系（包括減阻劑、粘土穩(wěn)定劑、殺菌劑、助排劑等 ），其特點(diǎn)是低粘度、低傷害、低摩阻、高彈性，能夠滿足縫網(wǎng)壓裂工作液的技術(shù)要求。

從3口井施工相關(guān)數(shù)據(jù)來(lái)看（見(jiàn)表2），建111井、建頁(yè)HF－1井、建頁(yè)HF－2井現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試壓裂分析及主壓裂施工數(shù)據(jù)基本吻合，三次壓裂工藝取得成功，壓后放噴24小時(shí)內(nèi)均點(diǎn)火成功，表明鄂西渝東區(qū)陸相侏羅系東岳廟段頁(yè)巖氣具有較好的勘探開(kāi)發(fā)潛力。

表2 東岳廟段3口井壓裂施工參數(shù)對(duì)比表

根據(jù)MEYER 2010軟件以及Sti mPlan 2010軟件分析地層壓力可看出，兩個(gè)軟件分析結(jié)果比較接近（見(jiàn)圖1），Hor ner函數(shù)分析得出該區(qū)侏羅系自流井組東岳廟段地層壓力為9.57 Mpa～10.12 MPa，表明該儲(chǔ)層壓力系數(shù)較高，在壓后放噴排液過(guò)程中加速了頁(yè)巖氣的解吸、聚集和運(yùn)移，促進(jìn)井底快速進(jìn)入兩相流階段，促使壓后放噴快速點(diǎn)火成功，這對(duì)于水平井頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)也是有利的。

圖1 建頁(yè)HF－1井測(cè)試壓裂Homer函數(shù)分析曲線

從建頁(yè)HF－1井小型壓裂測(cè)試分析壓降G函數(shù)（見(jiàn)圖2）可知：天然裂縫特征明顯，液體效率為18%，天然裂縫的閉合壓力為11.99 MPa、閉合時(shí)間為1.90 min；主裂縫的閉合壓力為11.60 MPa、閉合時(shí)間為5.21 min；A點(diǎn)為天然裂縫閉合，B點(diǎn)為主裂縫閉合，天然裂縫與主裂縫張開(kāi)壓力近0.39 MPa，該結(jié)果與建111井測(cè)試壓裂G函數(shù)分析結(jié)果接近，表明在施工過(guò)程中，該頁(yè)巖儲(chǔ)層天然裂縫極易張開(kāi)，有利于網(wǎng)狀裂縫系統(tǒng)的形成。

圖2 建頁(yè)HF－1井測(cè)試壓裂G函數(shù)分析曲線

對(duì)比東岳廟段頁(yè)巖儲(chǔ)層主壓裂施工曲線，單層壓裂施工曲線均表現(xiàn)為壓力持續(xù)下降、波動(dòng)不明顯的特征，表明裂縫以長(zhǎng)縫為主，裂縫的持續(xù)延伸導(dǎo)致壓力緩慢持續(xù)下降；施工破裂壓力和施工壓力均較低，且最大、最小水平主應(yīng)力相差較?。?.92 Mpa），9 m3／min施工排量下縫內(nèi)凈壓力約為3.54 MPa，加之儲(chǔ)層天然裂縫發(fā)育，具備形成復(fù)雜裂縫的條件。

東岳廟段三口井的壓裂實(shí)踐表明自流井組東岳廟段頁(yè)巖儲(chǔ)層具有以下幾個(gè)方面的特點(diǎn)：最大、最小水平主應(yīng)力差異系數(shù)較小、微裂縫較發(fā)育、脆性礦物含量高、可壓性強(qiáng)，有利于壓裂過(guò)程中網(wǎng)狀裂縫的形成；100目 ～40／70目石英砂能夠保證順利加砂并具有較好導(dǎo)流能力，施工過(guò)程壓力較低，減阻水壓裂液能夠滿足施工需求，縫網(wǎng)壓裂工藝也是可行的；地層壓力系數(shù)高，提高了壓裂之后液體的返排及頁(yè)巖氣的快速解吸、聚集、運(yùn)移的速度；兩口井壓裂均取得較好效果，但是否達(dá)到最佳，以及如何針對(duì)鄂西渝東區(qū)陸相頁(yè)巖儲(chǔ)層的特性，在完井方式及施工參數(shù)設(shè)計(jì)上達(dá)到最優(yōu)化，有待進(jìn)一步探索。

針對(duì)東岳廟段頁(yè)巖氣水平井建頁(yè) HF－1井、建頁(yè)HF－2井，均采用5.5 in套管完井，通過(guò)優(yōu)選高效的分段壓裂工藝－射孔橋塞聯(lián)作技術(shù)，提高了分段壓裂的有效率和成功率，在兩口水平井中得到了成功應(yīng)用，后期鉆塞則采用免壓井油管鉆塞技術(shù)，大大提高了鉆塞效率，為后期排液打下了基礎(chǔ)（見(jiàn)圖3，4）。

圖3 建頁(yè)HF－1井7級(jí)壓裂施工曲線圖

圖4 建頁(yè)HF－2井10級(jí)壓裂施工曲線圖

2.2 東岳廟段頁(yè)巖氣壓后評(píng)估技術(shù)

利用地面、井下測(cè)斜儀與微地震監(jiān)測(cè)技術(shù)結(jié)合的裂縫綜合診斷技術(shù)，可以直接測(cè)量裂縫網(wǎng)絡(luò)，評(píng)價(jià)壓裂效果，指導(dǎo)實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖氣藏開(kāi)采管理最佳化。針對(duì)東岳廟段頁(yè)巖氣壓裂特別是水平井分段壓裂，主要利用微地震監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)壓裂過(guò)程中的裂縫形態(tài)進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果（見(jiàn)圖5，6）。

圖5 建頁(yè)HF－1井微地震裂縫監(jiān)測(cè)結(jié)果

圖6 建頁(yè)HF－2井微地震裂縫監(jiān)測(cè)結(jié)果

從建頁(yè)HF－1井微地震監(jiān)測(cè)結(jié)果來(lái)看，7段壓裂改造，總增產(chǎn)儲(chǔ)層體積為44 107 587 m3，波及平均裂縫長(zhǎng)度約899 m，平均裂縫高度約為278 m。大多數(shù)微地震事件出現(xiàn)在井的東側(cè)，分析可能存在大的裂縫帶或斷層，這為后期布井及壓裂工藝參數(shù)優(yōu)化提供了參考。

從建頁(yè)HF－2井微地震監(jiān)測(cè)結(jié)果來(lái)看，10段壓裂改造體積為214 700 000 m3。從監(jiān)測(cè)結(jié)果來(lái)看，壓裂形成了10段獨(dú)立的裂縫系統(tǒng)；裂縫層析成像圖表明形成了縫網(wǎng)系統(tǒng)。綜合兩口井的微地震監(jiān)測(cè)結(jié)果看，為壓裂改造效果分析提供了有力的數(shù)據(jù)支撐，同時(shí)，應(yīng)該加強(qiáng)微地震事件的處理、數(shù)據(jù)的校核以及干擾的排除等，提高監(jiān)測(cè)解釋結(jié)果的可靠性。

2.3 東岳廟段頁(yè)巖氣排采技術(shù)

頁(yè)巖氣井投產(chǎn)主要采用水平井＋大規(guī)?；锼侄螇毫逊绞?，壓裂后壓裂液返排以自然返排為主（約40%自噴產(chǎn)氣），氣舉、泵排液為輔助返排手段。結(jié)合調(diào)研、氣田生產(chǎn)實(shí)際，通過(guò)摸索，氣舉排水采氣目前在頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)中的建111井和建頁(yè)HF－1井成功應(yīng)用，排水采氣效果較好。

建頁(yè)HF－1井壓后放噴11小時(shí)點(diǎn)火可燃，鉆塞結(jié)束后通過(guò)摸索排采工藝、排采參數(shù)、排采制度，目前生產(chǎn)穩(wěn)定。該井先后采用注氣生產(chǎn)和泡排生產(chǎn)，通過(guò)不斷嘗試和優(yōu)化，分別采取鄰井高壓氣舉、膜制氮?dú)馀e（油管氣舉、套管氣舉）、泡排生產(chǎn)等排采工藝，泡排生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)氣量、壓力平穩(wěn)，產(chǎn)水量有遞減趨勢(shì)，測(cè)試最高產(chǎn)量10 514 m3／d，取得了較好效果（見(jiàn)圖7）。

圖7 建頁(yè)HF－1井排采生產(chǎn)曲線

壓裂施工結(jié)束后采取強(qiáng)制裂縫閉合及快速返排技術(shù)放噴排液，壓裂后放噴12小時(shí)點(diǎn)火成功，初期測(cè)試獲得產(chǎn)量3 661 m3／d，經(jīng)過(guò)實(shí)踐摸索，對(duì)建111井的排水采氣方式進(jìn)行了試驗(yàn)，最終確定采取氣舉的方式排采可行性、穩(wěn)定性最好。由最初的自噴帶水、注氣試采，轉(zhuǎn)到目前的注氣穩(wěn)定產(chǎn)氣階段，日產(chǎn)氣量2 100 m3左右，生產(chǎn)正常平穩(wěn)（見(jiàn)圖8）。

圖8 建111井東岳廟段氣舉生產(chǎn)曲線

3 認(rèn)識(shí)與建議

1）鄂西渝東區(qū)東岳廟段的頁(yè)巖氣壓裂實(shí)踐取得了一定的突破和認(rèn)識(shí)，縫網(wǎng)壓裂技術(shù)在工藝上是可行的，現(xiàn)場(chǎng)取得了一定的效果，為下一步頁(yè)巖氣的開(kāi)發(fā)積累了經(jīng)驗(yàn)。

2）目前江漢油田減阻水壓裂液配方能夠滿足頁(yè)巖氣直井單層大液量的開(kāi)發(fā)要求，但針對(duì)水平井超大液量開(kāi)發(fā)，還需要進(jìn)一步優(yōu)化和改進(jìn)，應(yīng)加強(qiáng)液體的適用性和經(jīng)濟(jì)性研究，另外水平井分段壓裂工具及管柱也需要加強(qiáng)攻關(guān)。

3）微地震裂縫監(jiān)測(cè)結(jié)合施工曲線有助于分析整個(gè)壓裂過(guò)程中的具體現(xiàn)象，具有一定的參考價(jià)值，但應(yīng)加強(qiáng)裂縫監(jiān)測(cè)手段及精度提升研究，加強(qiáng)數(shù)據(jù)的校核及干擾的排除以提高監(jiān)測(cè)結(jié)果的可靠性，對(duì)指導(dǎo)頁(yè)巖氣規(guī)模開(kāi)發(fā)具有重要意義。

4）測(cè)試壓裂分析對(duì)于主壓裂施工參數(shù)的優(yōu)化以及地質(zhì)特征的認(rèn)識(shí)有重大意義，是頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)，從目前分析結(jié)果來(lái)看，鄂西渝東區(qū)陸相東岳廟段頁(yè)巖儲(chǔ)層地層壓力系數(shù)高、天然裂縫發(fā)育，有利于頁(yè)巖氣的大規(guī)?？p網(wǎng)壓裂改造。

［1］趙群，王紅巖，劉人和，等.世界頁(yè)巖氣發(fā)展現(xiàn)狀及我國(guó)勘探前景［J］.天然氣技術(shù)，2008（03）：11－14.

［2］張金川.頁(yè)巖氣成藏機(jī)理和分布［J］.天然氣工業(yè)，2004，24（07）：15－18.

［3］陳守雨，劉建偉，龔萬(wàn)興，等.裂縫性儲(chǔ)層縫網(wǎng)壓裂技術(shù)研究及應(yīng)用［J］.石油鉆采工藝，2010，32（06）：67－71.

［4］付永強(qiáng)，馬發(fā)明，曾立新，等.頁(yè)巖氣藏儲(chǔ)層壓裂實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)關(guān)鍵技術(shù)［J］.天然氣工業(yè)，2011，31（04）：1－4.

［5］BOWKER K A.Barnett shale gas production Fort－Worth basin：Issues and discussion［J］.AAPG Bulletin，2007，55（1）：523－533.

［6］唐穎，張金川，張琴，龍鵬宇.頁(yè)巖氣井水力壓裂技術(shù)及其應(yīng)用分析［J］.天然氣工業(yè)，2010，30（10）：1－5.