林永茂

（中國石化西南油氣分公司石油工程技術(shù)研究院，四川 德陽618000）

1 引言

川南深層頁巖氣資源量達(dá)到9.5 萬億方[1-3]，是我國頁巖氣勘探開發(fā)的重要陣地。水平井分段壓裂是頁巖氣開發(fā)的主要手段，由于深層頁巖氣埋藏深、地應(yīng)力高、水平主應(yīng)力差異大、天然裂縫不發(fā)育，導(dǎo)致壓裂形成的裂縫復(fù)雜程度低，導(dǎo)致壓后產(chǎn)量不理想。因此，本文提出通過應(yīng)用二次壓裂工藝技術(shù)，提高深層頁巖氣縫網(wǎng)復(fù)雜性，即在一次壓裂后主動停泵較長時間，再起泵進(jìn)行第二次壓裂，第二次壓裂迫使裂縫轉(zhuǎn)向或開啟更多的微裂縫，從而提高頁巖氣縫網(wǎng)的復(fù)雜程度,改善壓后效果。

2 川南深層頁巖氣的概況及改造難點

2.1 川南深層頁巖氣的地質(zhì)特征

川南深層頁巖氣主要位于四川威榮—永川區(qū)塊，其龍馬溪深層頁巖縱向上發(fā)育9 套頁巖氣儲層，優(yōu)質(zhì)頁巖儲層為①至⑤號小層，厚度27.5～49.5m，儲層孔隙度3.1%～5.8%、TOC為2.2%～5.5%、含氣量為3.3～6.4t/m3、地壓系數(shù)為1.38～1.96。與淺層和國外頁巖氣相比，川南深層頁巖氣脆性指數(shù)更低、地應(yīng)力更高、水平地應(yīng)力差更大、天然裂縫欠發(fā)育，且以層理縫為主。

表1 深層頁巖氣儲層基本特征

2.2 深層頁巖壓裂改造的難點

川南深層頁巖氣壓裂改造主要面臨以下兩個難點：

①地應(yīng)力高、地應(yīng)力差值大，天然裂縫欠發(fā)育，壓裂形成縫網(wǎng)復(fù)雜程度低。川南深層頁巖氣地應(yīng)力為84～101MPa，水平地應(yīng)力差為7～17.3MPa，壓裂改造打碎儲層難度較大，且天然裂縫欠發(fā)育，以層理縫為主，水力裂縫溝通天然裂縫的概率低，導(dǎo)致壓裂形成的縫網(wǎng)復(fù)雜程度低。

②施工壓力高，提高凈壓力手段缺乏。川南深層頁巖氣施工壓力為70～95MPa，停泵壓力為56～74MPa，在施工限壓95MPa 的條件下壓力，壓力窗口窄（＜10MPa），將排量由8m3/min 提高至15m3/min、使用膠液作為壓裂液，凈壓力僅提高了2.14MPa（如圖1 所示），提高凈壓力工藝優(yōu)化空間不足、措施手段有限。

圖1 排量及液體類型對凈壓力的影響

3 二次壓裂工藝技術(shù)

圖2 第一次壓裂后水平應(yīng)力差異系數(shù)分布

二次壓裂是指在常規(guī)壓裂后主動停泵較長時間，再起泵進(jìn)行第二次壓裂的改造工藝技術(shù)。人工裂縫的擴(kuò)展總是延耗能最小的方向擴(kuò)展，主要受到地應(yīng)力、天然裂縫分布、儲層巖性、各向異性等因素的影響。二次壓裂工藝技術(shù)就是在第一次常規(guī)壓裂改變地層應(yīng)力分布、降低水平主應(yīng)力差值（如圖2 所示）的基礎(chǔ)上，再起泵進(jìn)行第二次壓裂，從而迫使裂縫轉(zhuǎn)向，開啟更多的天然裂縫。與此同時，縫內(nèi)支撐劑和液體在第二次壓裂時重新開始流動，阻力較大，提高了縫內(nèi)的凈壓力，也有利于提高縫網(wǎng)的復(fù)雜程度。

4 現(xiàn)場實施

目前，二次壓裂技術(shù)在川南深層頁巖氣WY23-1HF 和YY1-3HF 兩口井的15 段中進(jìn)行了現(xiàn)場實施，通過微地震監(jiān)測和G 函數(shù)對比，均表明二次壓裂有效地提高了壓裂縫網(wǎng)的復(fù)雜程度。

WY23-1HF 井水平段長為1500.54m，段數(shù)為23 段（實際施工為20 段），其中第17、18 段采用了二次壓裂工藝。第18段第一次壓裂加入液量為1423m3、砂量43.6m3，施工排量12～16.5m3/min，施工壓力76～97MPa，停泵壓力60.8MPa；停泵7h后，開始第二次壓裂施工。第二次壓裂加入液量為1031m3、砂量40.2m3，施工排量15～18m3/min，施工壓力74.4～93.4MPa，停泵壓力61.0MPa。

圖3 為第18 段二次壓裂的微地震監(jiān)測結(jié)果，第一次壓裂事件點54 個，主要分布在井筒左側(cè)，第二次壓裂事件點31個，主要分布在井筒右側(cè)，表明通過二次壓裂，使得儲層的改造更加充分，且裂縫有一定的轉(zhuǎn)向，提高了壓裂縫網(wǎng)的復(fù)雜性。

圖3 WY23-1HF 第18 段二次壓裂微地震監(jiān)測結(jié)果

表2 YY1-3HF 二次壓裂和常規(guī)壓裂參數(shù)對比

YY1-3HF 井水平段長為1238m，段數(shù)為19 段，其中15段采用了二次壓裂工藝。如表2 所示，二次壓裂后，第二次壓裂比第一次停泵壓力增加了0.49MPa；同時，二次壓裂的G 函數(shù)波動次數(shù)為8.6 次，而常規(guī)壓裂G 函數(shù)波動次數(shù)為8.0 次，都表明二次壓裂提高了壓裂縫網(wǎng)的復(fù)雜性。

5 結(jié)論

由于川南深層頁巖埋藏深、地應(yīng)力高、地應(yīng)力差異大、天然裂縫不發(fā)育，壓裂改造難以形成高復(fù)雜程度的縫網(wǎng)。通過現(xiàn)場實踐表明，利用二次壓裂工藝技術(shù)，迫使裂縫轉(zhuǎn)向或開啟更多的微裂縫，能有效地提高縫網(wǎng)復(fù)雜程度，提高壓后產(chǎn)量。