劉其明 黃建智

（1.中國(guó)石化西南油氣分公司工程技術(shù)研究院，四川 德陽(yáng) 618000；2.中國(guó)石油青海油田公司井下作業(yè)公司，甘肅 敦煌 736202）

什邡蓬萊鎮(zhèn)組氣藏特征及壓裂對(duì)策研究

劉其明1黃建智2

（1.中國(guó)石化西南油氣分公司工程技術(shù)研究院，四川 德陽(yáng) 618000；2.中國(guó)石油青海油田公司井下作業(yè)公司，甘肅 敦煌 736202）

什邡蓬萊鎮(zhèn)組氣藏埋深差別大，儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，地質(zhì)特征和應(yīng)力特征變化大，單一的壓裂技術(shù)無(wú)法滿足氣藏開發(fā)需要，因此，有必要針對(duì)氣藏地質(zhì)特征和應(yīng)力特征進(jìn)行研究，從而提出具有針對(duì)性的壓裂技術(shù)措施。研究發(fā)現(xiàn)蓬萊鎮(zhèn)組縱向氣層多，可選用分層壓裂技術(shù)，尤其蓬二氣藏各氣層破裂壓力基本一致，可以采用分層限流法工藝，同時(shí)改造多個(gè)層段，多層合采，提高壓裂和生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。蓬一儲(chǔ)層部分井最小水平主應(yīng)力低于20MPa，可選用石英砂作為支撐劑，降低成本，針對(duì)大于20MPa的儲(chǔ)層選用陶粒作為支撐劑。蓬一、蓬二儲(chǔ)層特性好、壓力低、返排難、濾失量大，建議選用泡沫壓裂液。蓬一氣藏含水飽和度高，可減小入地液量；蓬二、蓬四儲(chǔ)層發(fā)育，砂體寬，厚度大，可增大施工規(guī)模；蓬三砂體窄、厚度小，可減小施工規(guī)模。

什邡氣田 蓬萊鎮(zhèn)組 儲(chǔ)層特征 壓裂技術(shù)

0 引言

什邡氣田位于德陽(yáng)向斜北斜坡，構(gòu)造較陡，埋深相差近1000m。蓬萊鎮(zhèn)地層厚1300m左右，發(fā)育4個(gè)氣藏、20多個(gè)含氣砂體，氣層埋深范圍較大，在800～2130m之間。同時(shí)受沉積環(huán)境控制，河道交替出現(xiàn)，形成砂泥巖互層，非均質(zhì)性特別強(qiáng)，儲(chǔ)層地質(zhì)特征和應(yīng)力特征變化大，單一的壓裂技術(shù)無(wú)法滿足氣藏開發(fā)的需要，因此，有必要針對(duì)氣藏地質(zhì)特征和應(yīng)力特征進(jìn)行研究，從而提出具有針對(duì)性的壓裂技術(shù)措施。

1 氣藏特征

1.1 砂體分布特征

什邡地區(qū)蓬萊鎮(zhèn)組主要屬于三角洲平原和前緣沉積，有利含氣沉積微相為水下分流河道和河口砂壩，由于分流河道十分發(fā)育且改道十分頻繁，導(dǎo)致三角洲平原分流河道砂體微相在該地區(qū)疊置連片分布。蓬一氣藏發(fā)育2～3條主河道，河道寬1～7km，厚度7～15m；蓬二氣藏也發(fā)育3個(gè)河道，河道砂體疊置連片分布，砂體厚一般為10～30m；蓬三氣藏砂體相對(duì)不發(fā)育，砂體寬300～800m，厚度平均為7m；蓬四氣藏砂體發(fā)育，呈片狀分布，砂體寬，厚度在20m左右。

1.2 儲(chǔ)層特征

儲(chǔ)層巖性主要是以細(xì)砂巖為主，少量粉砂巖。顆粒分選中等—較好，磨圓度較差，以次棱角狀為主。儲(chǔ)集空間類型：孔隙主要為粒間孔（大小為0.03～0.15mm）、粒間溶孔（大小為0.05～0.10 mm），具微孔喉、差孔喉、低滲的特征。粘土礦物以伊蒙混層和伊利石為主，含綠泥石和高嶺石，具有弱速敏、中等水敏、無(wú)酸敏、弱堿敏、水鎖嚴(yán)重等敏感性特征?？紫抖戎饕植荚?%～13%之間，平均為9.2%；滲透率主要分布在0.07～0.7mD之間，平均為0.23mD，總體上屬于中—低孔、低滲類型。受沉積環(huán)境、沉積物堆積方式以及成巖作用的控制，儲(chǔ)層內(nèi)非均質(zhì)性較強(qiáng)。

1.3 氣藏動(dòng)態(tài)特征

地層溫度在30°～60°；蓬一氣藏地層壓力系數(shù)為常壓，蓬二氣藏地層壓力系數(shù)為1.2～1.35，蓬三

氣藏地層壓力系數(shù)為1.35～1.45，蓬四氣藏地層壓力系數(shù)為1.45～1.55；蓬萊鎮(zhèn)組氣藏所產(chǎn)流體主要是以甲烷為主的天然氣，但蓬一氣藏產(chǎn)水較多，蓬四氣層斷層附近也產(chǎn)水。

1.4 主要?dú)鈱犹卣?/p>

對(duì)蓬萊鎮(zhèn)組主要?dú)鈱拥刭|(zhì)資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（圖1、圖2）：儲(chǔ)層物性總體上隨埋深增大而變差，JP13氣層孔隙度最好，平均為14.8%，JP15+6-JP25氣層孔隙度大小基本一致，平均在12.8%左右，蓬三氣藏孔隙度平均在10%左右，蓬四氣藏最差，平均在7%左右。滲透率JP13最好，平均為3.2mD，其次是JP15+6，平均為1.28mD，蓬二氣藏各氣層滲透率平均在0.64～0.95 mD之間，蓬三氣藏兩氣層滲透率一致，平均為0.3 mD，蓬四氣藏最差，滲透率平均僅為0.09mD。儲(chǔ)層泥質(zhì)含量變化不大，平均在6.38%～9.4%之間，但JP13和JP39+10儲(chǔ)層泥質(zhì)含量明顯相對(duì)較高，建議選用比較清潔的壓裂液。含水飽和度隨埋深增大具有減少的趨勢(shì)，JP13明顯比其他層高，可能與該層孔滲性較好有關(guān)。

圖1 縱向主儲(chǔ)層平均孔隙度分布特征圖

圖2 縱向主儲(chǔ)層平均滲透率分布特征圖

2 儲(chǔ)層應(yīng)力特征

2.1 地層壓力計(jì)算方法（公式）

地層壓力經(jīng)多年研究表明，伊頓法在川西碎屑巖地層壓力預(yù)測(cè)應(yīng)用中精度較高［1-3］：

式中，Pp為地層壓力，MPa；σv為垂向應(yīng)力，MPa；σW為地層水靜液柱壓力，MPa；c為壓實(shí)指數(shù)；AC為實(shí)測(cè)聲波，μs／ft；ACn為壓實(shí)趨勢(shì)線上的聲波，μs／ft。

2.2 地應(yīng)力計(jì)算方法

垂向地應(yīng)力是由上覆地層重力引起的，它是隨著地層密度和深度而變化的，因此可用密度測(cè)井資料來(lái)求出垂向地應(yīng)力，水平地應(yīng)力通常是選彈簧組合模型：

式中，ΔDi為第i段地層厚度，m；ρi為密度測(cè)井曲線上第i段的平均體積密度，g／cm3；g為重力加速度，m／s2；εH、εh分別為最大、最小水平地應(yīng)力方向的應(yīng)變，常數(shù)；E為楊氏模量，MPa；μ為泊松比；α為波特系數(shù)；σH、σh分別為水平最大、最小主應(yīng)力，MPa。

2.3 破裂壓力計(jì)算方法

對(duì)低滲透地層，地層破裂壓力的計(jì)算公式為：

式中，Pf為破裂壓力，MPa；St為巖石抗拉強(qiáng)度，MPa。

巖石力學(xué)參數(shù)是通過(guò)實(shí)驗(yàn)成果與測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)建立關(guān)系式，再用測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)建立縱向剖面。

2.4 儲(chǔ)層應(yīng)力特征

根據(jù)各儲(chǔ)層應(yīng)力計(jì)算結(jié)果（圖3、圖4）：在縱向上，地層壓力、破裂壓力以及地應(yīng)力總體上都隨埋深增加而增大，但在蓬二儲(chǔ)層之間各應(yīng)力參數(shù)基本一致，破裂壓力變化也不大。水平最小主應(yīng)力在蓬一儲(chǔ)層平均為20MPa左右，部分儲(chǔ)層段最小水平地應(yīng)力小于20MPa；在蓬二儲(chǔ)層之間，最小水平主應(yīng)力平均為32MPa左右；蓬三儲(chǔ)層最小水平主應(yīng)力平均為37～44MPa，蓬四儲(chǔ)層較大，平均為57MPa，

各氣藏之間地應(yīng)力變化較大，可根據(jù)應(yīng)力值選擇支撐劑類型。蓬一兩氣層破裂壓力平均為26.5MPa和29.5MPa，蓬二氣藏各氣層破裂壓力基本一致平均在39MPa左右，蓬三氣藏兩氣層平均破裂壓力分別為46MPa和54MPa，蓬四氣藏最大，破裂壓力平均為70MPa左右。

圖3 縱向主儲(chǔ)層地應(yīng)力分布特征圖

圖4 縱向主儲(chǔ)層地層壓力和破裂壓力分布特征圖

3 壓裂技術(shù)對(duì)策

根據(jù)對(duì)氣藏地質(zhì)特征和儲(chǔ)層應(yīng)力特征的研究成果，建立針對(duì)各氣藏的建議壓裂對(duì)策［3-4］：

針對(duì)蓬一氣藏，儲(chǔ)層物性好、含水飽和度較高、常壓地層，能量不足、返排低、常規(guī)壓裂液濾失量大、產(chǎn)氣少、產(chǎn)水多等特征，建議控制規(guī)模減小入地液量，采用泡沫壓裂液，具有濾失量小、易返排的優(yōu)勢(shì)。由于部分儲(chǔ)層最小水平主應(yīng)力小于20 MPa，建議選用石英砂作為支撐劑，以節(jié)約成本，大于20MPa的儲(chǔ)層選用陶粒作為支撐劑。

針對(duì)蓬二氣藏，儲(chǔ)層發(fā)育，砂體寬、厚度大，物性好，含氣飽和度相對(duì)較高，地壓系數(shù)在1.3左右，也存在能量不足、返排難，采用泡沫壓裂液，由于砂體發(fā)育，應(yīng)適當(dāng)增加施工規(guī)模造長(zhǎng)縫，增大氣井產(chǎn)量，另外，蓬二儲(chǔ)層破裂壓力一致，建議選用多層限流壓裂、多層合采工藝，以節(jié)約施工成本，提高效益。

蓬三氣藏砂體不發(fā)育，砂體窄，厚度小，物性相對(duì)較差，但含氣飽和度及地壓系數(shù)高，建議在窄河道上控制施工規(guī)模及排量，減小縫高，用高速通道。

蓬四氣藏砂體發(fā)育，呈片狀分布，砂體寬、厚度大，地壓系數(shù)高，但物性差，孔隙度和滲透率平均為7%和0.09mD，為獲較好產(chǎn)能需造長(zhǎng)縫，增加施工規(guī)模、排量，應(yīng)用層內(nèi)限流壓裂，層間分層壓裂工藝，因斷層附近出水應(yīng)降低改造規(guī)模。

4 結(jié)論與建議

1）壓裂方式選擇：蓬萊鎮(zhèn)組縱向氣層多，可選用分層壓裂技術(shù)，蓬二氣藏中各氣層破裂壓力基本一致，可以用分層限流法工藝，同時(shí)改造多個(gè)層段，提高壓裂和生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。

2）壓裂材料：蓬一儲(chǔ)層部分井最小水平主應(yīng)力低于20MPa，可選用石英砂作為支撐劑，降低成本，大于20MPa儲(chǔ)層選用陶粒作為支撐劑。蓬一、蓬二儲(chǔ)層物性好、壓力低、返排難、濾失量大，建議選用泡沫壓裂液；JP13和JP39+10儲(chǔ)層泥質(zhì)含量高，建議選用清潔壓裂液。

3）施工規(guī)模：蓬一氣藏含水飽和度高，可減小入地液量；蓬二、蓬四氣藏儲(chǔ)層發(fā)育，砂體寬，厚度大，可增大施工規(guī)模；蓬三氣藏砂體窄、厚度小，應(yīng)減小施工規(guī)模。

［1］張景和，孫宗頎.地應(yīng)力、裂縫測(cè)試技術(shù)在石油勘探開發(fā)中的應(yīng)用［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2001.

［2］胡湘炯，高德利.油氣井工程［M］.北京：中國(guó)石化出版社，2003.

［3］周文，閆長(zhǎng)輝，王世澤，等.油氣藏現(xiàn)今地應(yīng)力場(chǎng)評(píng)價(jià)方法及應(yīng)用［M］.北京：地質(zhì)出版社，2007．

［4］王鴻勛.水力壓裂原理［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1987.

（編輯：盧櫟羽）

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2095-1132（2014）01-0021-03

10.3969／j.issn.2095-1132.2014.01.006

2013-11-01

2014-01-15

本文系中國(guó)石化西南油氣分公司科技項(xiàng)目的部分研究成果。

劉其明（1975-），碩士，高級(jí)工程師，從事工程地質(zhì)研究工作。E-mail：liuqm316@126.com。