劉 威，何 青，陳付虎，張永春，李月麗，余學(xué)忠

(1.中國(guó)石化華北分公司工程技術(shù)研究院，河南鄭州 450006；2.中國(guó)石化中原油田分公司采油三廠)

大牛地致密低滲氣田水平井壓裂穿層可行性分析

劉 威1，何 青1，陳付虎1，張永春1，李月麗1，余學(xué)忠2

(1.中國(guó)石化華北分公司工程技術(shù)研究院，河南鄭州 450006；2.中國(guó)石化中原油田分公司采油三廠)

大牛地氣田縱向上發(fā)育七套氣層，目前成熟的水平井壓裂工藝技術(shù)僅能滿足單層開(kāi)發(fā)，如何在不改變現(xiàn)有工藝技術(shù)條件下，實(shí)現(xiàn)兩層同時(shí)動(dòng)用成為一個(gè)開(kāi)發(fā)難點(diǎn)。通過(guò)數(shù)值模擬，對(duì)水平井人工裂縫穿層影響因素進(jìn)行分析，明確了地質(zhì)因素穿層界限；對(duì)施工參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，確定了一套適合穿層井的最優(yōu)參數(shù)。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明：水平井壓裂過(guò)程中人工裂縫能夠?qū)崿F(xiàn)有效穿層，達(dá)到了提高單井產(chǎn)量的同時(shí)也降低開(kāi)發(fā)成本的目的。

大牛地氣田；致密砂巖氣藏；水平井；壓裂穿層；可行性分析

1 問(wèn)題的提出

大牛地氣田位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡北部，上古生界自下而上發(fā)育了太1、太2、山1、山2、盒1、盒2、盒3七套氣層，氣藏縱向上交錯(cuò)疊合發(fā)育、且產(chǎn)層跨距較大，平面上分片展布、儲(chǔ)層非均質(zhì)性較強(qiáng)、物性差，氣藏內(nèi)部差別較大，各套氣層縱向上交錯(cuò)疊合。經(jīng)過(guò)前期的水平井開(kāi)發(fā)試驗(yàn)成功后，2012年大牛地氣田的開(kāi)發(fā)方式由前期的直井開(kāi)發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)樗骄?guī)模開(kāi)發(fā)，并順利實(shí)現(xiàn)了9億方產(chǎn)能建設(shè)。目前大牛地氣田采用水平井分段壓裂工藝技術(shù)存在一定的局限性，僅實(shí)現(xiàn)了單層動(dòng)用。針對(duì)距離較近的儲(chǔ)層，如何通過(guò)一口水平井實(shí)現(xiàn)一縫壓兩層、上下層均動(dòng)用，成為工程工藝攻關(guān)的目標(biāo)。

水平井產(chǎn)能建設(shè)區(qū)中盒1儲(chǔ)層的有效砂體發(fā)育穩(wěn)定，且部分區(qū)域內(nèi)盒1層位與下部山2儲(chǔ)層之間的泥巖隔層較薄(小于6 m)。盒1氣層全區(qū)發(fā)育，連續(xù)性好，厚度相對(duì)大，可做主力氣層，同時(shí)兼顧山2儲(chǔ)層的特點(diǎn)，選擇盒1和山2氣層作為論證的對(duì)象。

2 直井穿層分析

通過(guò)對(duì)直井的穿層情況進(jìn)行分析，判斷出裂縫壓開(kāi)隔層的厚度，進(jìn)而為下一步水平井穿層分析奠定基礎(chǔ)。主要研究思路是以井溫測(cè)井的井為研究對(duì)象，結(jié)合常規(guī)測(cè)井資料，對(duì)比分析隔層的壓開(kāi)情況，初步劃分直井實(shí)現(xiàn)穿層的最小隔層厚度。

目前共對(duì)大牛地氣田10口(11層次)直井進(jìn)行井溫測(cè)井，通過(guò)對(duì)比分析其中有4井次的隔層被壓開(kāi)，7井次未被壓開(kāi)(表1)。初步認(rèn)為，當(dāng)隔層厚度大于7 m之后，隔層很難被壓開(kāi)。

3 水平井穿層影響因素分析[1-4]

人工裂縫延伸影響因素主要分為可控和不可控因素，其中地質(zhì)因素是影響裂縫高度的不可控因素，施工參數(shù)和壓裂液性能是可控因素(表2)。通過(guò)軟件模擬，對(duì)水平井人工裂縫穿層影響地質(zhì)因素進(jìn)行分析，確定壓裂技術(shù)界限。

上古生界砂巖儲(chǔ)層最小水平主應(yīng)力為38.38～48.40 MPa，泥巖最小水平主應(yīng)力為43.34～52.22 MPa；砂泥巖應(yīng)力差3.66～10.90 MPa，砂泥巖地應(yīng)力差值較大。山西組和石盒子組靜態(tài)楊氏模量為18.29～19.37 GPa；遮擋層的靜態(tài)楊氏模量為21.91～27.32 GPa，總體趨勢(shì)為隨深度的增加儲(chǔ)隔層楊氏模量差增加。

3.1 儲(chǔ)隔層應(yīng)力差對(duì)裂縫穿層的影響

研究結(jié)果表明(圖1)：①隔層地應(yīng)力大，人工裂縫在隔層中的張開(kāi)程度小于儲(chǔ)層，在儲(chǔ)隔層界面上裂縫寬度產(chǎn)生突變；②儲(chǔ)隔層地應(yīng)力差增大會(huì)限制裂縫高度的延伸，當(dāng)儲(chǔ)隔層地應(yīng)力差增大到一定程度時(shí)，將導(dǎo)致裂縫無(wú)法穿透隔層。

3.2 隔層厚度對(duì)裂縫穿層的影響

研究結(jié)果表明(圖2)：①隔層厚度增大會(huì)限制裂縫高度的延伸，當(dāng)隔層厚度增大到一定程度時(shí)，將導(dǎo)致裂縫無(wú)法穿透隔層；②在儲(chǔ)隔層地應(yīng)力差為6 MPa左右時(shí)，5～6 m隔層能有效阻止人工裂縫穿層延伸。

表1 大牛地氣田直井隔層壓開(kāi)情況統(tǒng)計(jì)

表2 人工裂縫延伸影響因素

圖1 不同儲(chǔ)隔層應(yīng)力差裂縫延伸尺寸對(duì)比

圖2 不同隔層厚度裂縫延伸尺寸對(duì)比

3.3 儲(chǔ)隔層楊氏模量對(duì)裂縫穿層的影響

研究結(jié)果表明(圖3)：楊氏模量較小的儲(chǔ)層，人工裂縫穿過(guò)隔層時(shí)縫寬突變減小，人工裂縫穿層能力較弱；隔層楊氏模量變化時(shí)，隔層中人工裂縫縫寬變化不大，對(duì)人工裂縫穿層影響不大。

圖3 不同儲(chǔ)隔層楊氏模量裂縫延伸尺寸對(duì)比

3.4 地質(zhì)影響因素穿層界限

通過(guò)對(duì)地質(zhì)影響因素的分析，針對(duì)儲(chǔ)隔層應(yīng)力差和儲(chǔ)隔層厚度這兩個(gè)主控因素，確定了明確的地質(zhì)穿層界限(表3)。

4 水平井施工參數(shù)優(yōu)化研究

(1)施工排量對(duì)裂縫穿層的影響。由圖4可知，排量為3～5 m3/min時(shí)，縫高變化幅度在3 m左右，排量超過(guò)4 m3/min之后，裂縫高度變化不大，因此建議排量為4～5 m3/min。

(2)施工規(guī)模對(duì)裂縫穿層的影響。由圖5可知，隨著加砂規(guī)模的增加，裂縫高度有所增加，但變化不大，建議35～50 m3加砂規(guī)模。

(3)壓裂液黏度對(duì)裂縫穿層的影響。由圖6可知，當(dāng)壓裂液黏度超過(guò)150 mPa·s，縫高增加緩慢。

表3 地質(zhì)影響因素穿層界限

注：L1為穿過(guò)隔層縫長(zhǎng)，m；L2為表隔層最小縫寬，mm；L3為隔層最大縫寬，mm。

目前大牛地氣田壓裂液黏度一般能達(dá)到120 mPa·s以上，現(xiàn)有的壓裂液體系基本能夠滿足縫高要求。

5 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及效果分析

以DPH-65井為例，該井鉆遇的儲(chǔ)層條件較差，顯示段砂巖百分比29.25%，平均全烴凈增值也只有10.5%。導(dǎo)眼井測(cè)井資料顯示盒1和山2層之間僅有4 m的泥巖隔層，砂體反演圖顯示水平段盒1和山2的隔層較薄，且山2砂體顯示較好，具有實(shí)現(xiàn)穿層獲得高產(chǎn)的條件，因此選擇該井作為試驗(yàn)井。

對(duì)DPH-65井采用裸眼預(yù)置管柱分11段壓裂，優(yōu)化平均加砂規(guī)模38.5 m3，施工排量4.3～4.4 m3/min。該井順利完成施工，實(shí)際平均加砂規(guī)模38.5 m3，施工排量4.0～4.4 m3/min，滿足穿層技術(shù)界限。

通過(guò)與鄰井(DP52H盒1)對(duì)比(表4)，DPH-65井無(wú)阻流量、初期日產(chǎn)量氣量明顯高于DP52H，同時(shí)壓降速率也明顯低于臨井，初步分析認(rèn)為該井實(shí)現(xiàn)了盒1和山2的同時(shí)動(dòng)用。

圖4 施工排量與裂縫高度關(guān)系 圖5 加砂規(guī)模與裂縫高度關(guān)系 圖6 壓裂液黏度與裂縫高度關(guān)系

表4 DPH-65井與臨井?dāng)?shù)據(jù)對(duì)比分析

井號(hào)DPH-65DP52H顯示段砂巖百分比/%29．2519．95全烴凈增值/%10．53．5平均加砂量/m338．531．3施工排量/(m3·min-1)4．0～4．44．0～4．2無(wú)阻流量/(104m3·d-1)11．56．61平均壓降速率/(MPa·d-1)0．150．31

6 結(jié)論

(1)對(duì)直井穿層情況的對(duì)比分析表明，隔層厚度大于7 m之后是很難被壓開(kāi)的。

(2)儲(chǔ)隔層應(yīng)力差和儲(chǔ)隔層厚度是影響水平井穿層的主控因素，當(dāng)隔層厚度小于5 m、隔層應(yīng)力差小于6 MPa時(shí)，一般能夠?qū)崿F(xiàn)穿層。

(3)對(duì)4～5 m3/min的施工排量、35～50 m3的加砂規(guī)模和現(xiàn)有的壓裂液體系能夠滿足穿層要求。

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編輯：李金華

1673-8217(2015)04-0117-03

2014-10-25

劉威，工程師，碩士，1986年生，2012年畢業(yè)于成都理工大學(xué)能源學(xué)院，現(xiàn)從事油氣田增產(chǎn)工藝技術(shù)研究工作。

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