刁　素　栗鐵峰　劉　琦　勾宗武（中國石化西南油氣分公司石油工程技術(shù)研究院）

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馬-什-廣地區(qū)蓬萊鎮(zhèn)組氣藏壓裂井產(chǎn)量逐步上漲原因探討*

刁素栗鐵峰劉琦勾宗武
（中國石化西南油氣分公司石油工程技術(shù)研究院）

摘要馬-什-廣地區(qū)蓬萊鎮(zhèn)組氣藏屬于典型的常壓-高壓致密砂巖氣藏，地層非均質(zhì)性強(qiáng)，該氣藏在開發(fā)過程中，壓后產(chǎn)量相差較大，針對部分井壓后測試產(chǎn)量低，生產(chǎn)或關(guān)井一段時(shí)間后產(chǎn)量明顯上漲的情況，對各井儲(chǔ)層物性進(jìn)行了分析，認(rèn)識(shí)到產(chǎn)量上漲的這些井具有儲(chǔ)層泥質(zhì)含量高，儲(chǔ)層孔隙度和滲透率均高于該區(qū)的平均值。通過對該區(qū)的儲(chǔ)層微觀特征和滲流機(jī)理進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，認(rèn)為水敏和水相圈閉損害是造成這些井初期測試產(chǎn)量低，一段時(shí)間后產(chǎn)量明顯上漲的主要原因。提出了降低水敏和水相圈閉損害的壓裂工藝措施。圖8表2參9

關(guān)鍵詞產(chǎn)量上漲水敏含水飽和度液膜厚度水相圈閉

0　引言

馬-什-廣地區(qū)蓬萊鎮(zhèn)組氣藏是川西天然氣資源接替的重要基地，該氣藏平均孔隙度、滲透率、泥質(zhì)含量等見表1，地壓系數(shù)1.1～1.3，屬于典型的常壓-高壓致密砂巖氣藏。該氣藏開發(fā)過程中，由于層間和層內(nèi)非均質(zhì)性強(qiáng)，壓后產(chǎn)量相差較大；部分井測試產(chǎn)量低，不具備投產(chǎn)潛力，但關(guān)井一段時(shí)間后準(zhǔn)備封井再開井時(shí)，產(chǎn)量漲幅較大，且能穩(wěn)定生產(chǎn)；部分井投產(chǎn)后產(chǎn)量也逐漸上漲，這種現(xiàn)象在川西其他氣藏甚是少見，因此，有必要弄清產(chǎn)量上漲的原因，為類似井的壓裂工藝改進(jìn)等提供理論依據(jù)。

表1　產(chǎn)量上漲井統(tǒng)計(jì)表

1　產(chǎn)量上漲井的特征

GJ201和GJ17D測試產(chǎn)能低，關(guān)井一段時(shí)間后開井，天然氣產(chǎn)量大幅上漲，GJ202HF、SF20-2HF、GJ5-1HF和SF16-1HF井測試后，投產(chǎn)一段時(shí)間天然氣產(chǎn)量也明顯上漲。統(tǒng)計(jì)產(chǎn)量上漲井的儲(chǔ)層物性，發(fā)現(xiàn)一些共同特征，其泥質(zhì)含量較該區(qū)平均值高出許多，孔隙度、滲透率也均較該區(qū)平均值高。

2　產(chǎn)量上漲的原因探討

通過對該區(qū)塊的巖心進(jìn)行微觀特征和微觀滲流機(jī)理研究，探討產(chǎn)量上漲的原因。

2.1儲(chǔ)層微觀結(jié)構(gòu)

采用JSM-6510掃描電鏡，研究了儲(chǔ)層巖心的黏土礦物類型及產(chǎn)狀，從圖1可知，MJ22井JP23、SF20井JP23、SF23井JP39儲(chǔ)層巖心的粒間孔均可見伊蒙間層，GJ16井可見微裂縫。

掃描電鏡結(jié)果說明馬-什-廣地區(qū)蓬萊鎮(zhèn)組氣藏黏土礦物主要以伊利石和蒙脫石為主。

圖1　電鏡掃描分析黏土礦物類型及產(chǎn)狀

2.2儲(chǔ)層滲流機(jī)理

（1）毛管自吸含水飽和度變化實(shí)驗(yàn)

1）實(shí)驗(yàn)步驟

a.選擇10塊巖心測量長度和直徑，將4塊巖心進(jìn)行人工造縫處理，氣測巖心滲透率、孔隙度等基本物性參數(shù)；

b.配制模擬地層水，用模擬地層水作自吸液；

c.用細(xì)線將巖樣懸掛在垂向自吸實(shí)驗(yàn)裝置中的電子天平下面的掛鉤上，連接兩電極引線和智能LCR測量儀；

d.天平校正和清零，啟動(dòng)智能LCR測量儀，記錄巖樣吸水前重量和電阻；

e.逐漸調(diào)節(jié)燒杯高度直到巖樣在自吸液中浸泡長度在2～3 mm，并開始采集數(shù)據(jù)，通過評價(jià)儀的程序每隔大約半個(gè)小時(shí)記錄一次巖心重量的變化；

f.自吸24 h后，停止實(shí)驗(yàn)；

g.按步驟b-f進(jìn)行下一個(gè)巖樣自吸實(shí)驗(yàn)，控制溫度壓力自吸時(shí)間不變。

2）實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論

實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。實(shí)驗(yàn)前半小時(shí)的毛管自吸關(guān)系曲線圖（部分）見圖2、圖3；實(shí)驗(yàn)整個(gè)過程的毛管自吸關(guān)系曲線圖（部分）見圖4、圖5。

表2　毛管自吸實(shí)驗(yàn)測試數(shù)據(jù)表

圖2　38號(hào)（基塊）巖樣毛管自吸關(guān)系曲線圖

圖3　45號(hào)（裂縫）巖樣毛管自吸關(guān)系曲線圖

圖4　2號(hào)和16號(hào)巖樣（基塊）毛管自吸關(guān)系曲線對比圖

圖5　8號(hào)和45號(hào)巖樣（裂縫）毛管自吸關(guān)系曲線對比圖

從圖2和圖3可知無論基塊還是裂縫巖心，毛管自吸過程中隨時(shí)間的增加，自吸量和含水飽和度逐漸增加，自吸速率逐漸減小；同時(shí)，從表2可知，相同飽和度條件下基塊巖樣的自吸速率明顯小于裂縫巖樣自吸速率；

從圖4和圖5知，基塊巖樣在自吸過程中前4 h重量增加較快，4 h后逐漸趨于平緩，裂縫巖樣在自吸過程中前2 h重量增加較快，2 h后逐漸趨于平緩。說明在開始的一段時(shí)間內(nèi)毛管自吸作用非常強(qiáng)烈；另外，自吸24 h左右，基塊和裂縫巖樣的自吸速度都下降到0.1 g/h以下，其中基塊巖樣含水飽和度為45%以上，裂縫巖樣含水飽和度為75%以上。

比較圖4中的2號(hào)和16號(hào)巖心實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，滲透率相對較高的16號(hào)巖樣比滲透率相對較低的2號(hào)巖樣的自吸速率大。同理，從圖5可知，滲透率相對較高的45號(hào)巖樣比滲透率相對較低的8號(hào)巖樣的自吸速率大。

通過上述分析可知，在排液開始的一段時(shí)間，基塊和裂縫巖樣在毛管自吸作用下，在短時(shí)間（24 h）內(nèi)可達(dá)到較高含水飽和度（45%以上），且滲透率越大自吸速率越大［1］。

（2）視液膜厚度和水相圈閉損害實(shí)驗(yàn)

毛細(xì)管自吸作用會(huì)造成儲(chǔ)層含水飽和度上升，實(shí)驗(yàn)測試了視液膜厚度及儲(chǔ)層滲透率隨含水飽和度的變化。

從圖6和圖7可知，巖樣孔喉內(nèi)液膜厚度隨含水飽和度增加而增大，從圖8知，巖樣滲透率隨含水飽和度的增加而降低，水鎖程度隨含水飽和度的增加而增大。

從圖6的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，基塊巖樣含水飽和度為50%左右時(shí)，液膜厚度約為0.65 μm，即減小了孔喉直徑約1.3 μm，該區(qū)孔喉直徑主要為1.5～2 μm左右，因此，液膜的存在減小了滲流通道的大小。

由于巖樣孔隙中含水飽和度增加，導(dǎo)致液膜厚度增大，相對減小了孔喉直徑，阻礙了氣體通過的能力，因此，滲透率急劇下降。含水飽和度的上升會(huì)會(huì)造成氣藏嚴(yán)重水相圈閉損害［2］。

圖6　基塊巖樣液膜厚度隨含水飽和度變化曲線

圖7　裂縫巖樣液膜厚度隨含水飽和度變化曲線圖

圖8　巖樣含水飽和度與滲透率（左）、水鎖程度（右）關(guān)系曲線圖

2.3原因探討

當(dāng)壓裂液接觸儲(chǔ)層時(shí)，由于儲(chǔ)層滲流通道以細(xì)-微喉道為主，在毛管自吸和正壓差作用下，儲(chǔ)層含水飽和度不斷上升，且儲(chǔ)層孔滲性越好，含水飽和度上升越快，造成液膜厚度增加，儲(chǔ)層滲透率下降，產(chǎn)生較為嚴(yán)重的水相圈閉損害[3-4]；同時(shí)，儲(chǔ)層黏土礦物以伊蒙混層為主，其遇水膨脹能力強(qiáng)，加劇了儲(chǔ)層滲透率的損害[5-6]。由于氣井測試時(shí)間短，該區(qū)的地壓系數(shù)不高，測試期間，大部分井的壓裂液還未徹底返排干凈，因此，對于這些泥質(zhì)含量高、孔滲性較好的井，隨著關(guān)井或投產(chǎn)時(shí)間的延長，滯留于儲(chǔ)層的壓裂液不斷返出，液膜厚度變小，滲透率逐漸恢復(fù)，表現(xiàn)出壓后初期測試產(chǎn)量低，在關(guān)井或投產(chǎn)一段時(shí)間后天然氣產(chǎn)量上漲的現(xiàn)象。

3　工藝措施建議

水敏和水相圈閉損害是影響該區(qū)泥質(zhì)含量高、孔滲性較好的儲(chǔ)層初期正確評價(jià)產(chǎn)能的主要原因，因此，建議工藝對策如下：

（1）優(yōu)化加砂工藝、在造相同的目標(biāo)縫長下盡可能降低入地液量，縮短施工時(shí)間，盡可能減少壓裂液侵入儲(chǔ)層，降低儲(chǔ)層含水飽和度的上升，比如采用脈沖柱塞式加砂壓裂工藝［7］，該工藝采用凍膠與攜砂液交替注入，加砂階段伴注纖維，較常規(guī)加砂工藝，在相同的支撐縫長和排量下，可節(jié)約支撐劑30%～40%，降低入地液量約30%，有效縮短施工時(shí)間［8］。

（2）優(yōu)化壓裂液配方提高防膨性能減少水敏，同時(shí)，提高潤濕接觸角，降低界面張力達(dá)到降低毛管力的目的，以利于液體返排。

（3）該區(qū)地壓系數(shù)不高，建議采用氮?dú)馀菽瓑毫压に嚮蛘咛岣咭旱樽⒈壤?，增加?chǔ)層能量，提高壓后返排壓差，加速壓裂液返排，降低壓裂液濾失［9］；同時(shí)，形成的泡沫可減少壓裂液與儲(chǔ)層接觸的機(jī)會(huì)，從而達(dá)到減少水敏和降低儲(chǔ)層含水飽和度的上升的目的。

4　結(jié)論與認(rèn)識(shí)

（1）馬-什-廣地區(qū)蓬萊鎮(zhèn)組氣藏屬于常壓-高壓致密砂巖氣藏，地層非均質(zhì)性強(qiáng)，壓后產(chǎn)量相差較大，統(tǒng)計(jì)表明，壓后產(chǎn)量上漲井具有共性，即儲(chǔ)層泥質(zhì)含量高，孔滲性均較該區(qū)平均值高。

（2）壓后產(chǎn)能變化是工程地質(zhì)因素綜合影響的結(jié)果，通過對該區(qū)的儲(chǔ)層微觀特征和滲流機(jī)理進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，認(rèn)為儲(chǔ)層水敏、泥質(zhì)含量高、孔喉細(xì)小但孔滲性較好的的這類儲(chǔ)層，毛管自吸導(dǎo)致儲(chǔ)層含水飽和度上升、液膜厚度增加，造成儲(chǔ)層滲透率下降，影響了氣井初期產(chǎn)能的正確評價(jià)。

（3）針對這類特殊儲(chǔ)層，提出了脈沖柱塞式加砂壓裂工藝減少入地液量，優(yōu)化壓裂液減少水敏和降低毛管力，液氮伴注等降低儲(chǔ)層水敏及含水飽和度的壓裂工藝措施。

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（修改回稿日期2015-08-25編輯文敏）

作者簡介刁素，女，1979年出生，碩士，高級工程師；從事儲(chǔ)層改造設(shè)計(jì)、研究及現(xiàn)場服務(wù)等工作。地址：（618000）四川德陽市旌陽區(qū)龍泉山北路298號(hào)。電話：13350580678。E-mail：diaosu0811@163.com

*科研專項(xiàng)：本文系國家科技重大攻關(guān)專項(xiàng)（編號(hào)：2011ZX05002）《大型油氣田及煤層氣開發(fā)》下設(shè)專題（編號(hào)：2011ZX05002-004-003）《四川盆地低滲氣藏儲(chǔ)層改造工藝技術(shù)研究》的部分研究內(nèi)容。