楊 浩，李新發(fā)，陳 鑫，陳曉毅，劉 鵬，馮 青，耿少陽

(1.中海油田服務(wù)股份有限公司，天津 300450;2.中國石油玉門油田分公司，甘肅 酒泉 735000;3.成都理工大學(xué)，四川 成都 610000)

0 引言

目前，低滲透氣藏水平井分段壓裂設(shè)計(jì)主要采用裂縫段間干擾、數(shù)值模擬優(yōu)化、壓裂井網(wǎng)匹配優(yōu)化等方法［1－6］。以上方法都是基于單一裂縫的滲流方式，各壓裂段的設(shè)計(jì)基本為等間距。低滲透氣藏非均質(zhì)性強(qiáng)，水平井各壓裂段物性差異大，應(yīng)對不同的儲層段設(shè)計(jì)不同的分段間距，達(dá)到最大的改造體積。前期研究表明，低滲透氣藏水平井的所有壓裂段中，有產(chǎn)能貢獻(xiàn)的低于 65%［7－8］，需要提高壓裂改造效率，根據(jù)水平段的儲層應(yīng)力薄弱段發(fā)育情況，設(shè)計(jì)壓裂分段間距，充分改造每一處應(yīng)力薄弱位置。采用四維影像裂縫監(jiān)測資料，建立了基于測錄井曲線的應(yīng)力薄弱段識別方法，并引入應(yīng)力薄弱發(fā)育評價(jià)參數(shù)Ktr，從而達(dá)到合理分段設(shè)計(jì)。經(jīng)過驗(yàn)證，在高于Ktr截取值的位置，壓裂過程中形成了多條裂縫，應(yīng)用該方法可以實(shí)現(xiàn)水平井壓裂分段優(yōu)化。

1 地質(zhì)概況

A氣田位于鄂爾多斯盆地東緣，主要開發(fā)層位為石盒子組，儲層埋藏深度為1 700～2 500 m，儲層主要由陸源碎屑巖組成，目標(biāo)層位平均孔隙度為7.72%，平均滲透率為0.7 mD，壓力系數(shù)為0.92～1.00，屬于典型的低滲透氣藏。A氣田在主力層中鉆了6口水平井，采用分段壓裂技術(shù)改造儲層，段間距為100 m左右，同層位水平井壓裂后產(chǎn)能差異較大，部分砂巖鉆遇率高的井壓裂后產(chǎn)能反而較低。結(jié)合裂縫監(jiān)測分析產(chǎn)能差異大的原因，主要是由于采用等間距設(shè)計(jì)壓裂段的方式，忽略了儲層非均質(zhì)性的影響，導(dǎo)致部分應(yīng)力薄弱段(天然裂縫發(fā)育或者高孔滲條帶)未充分改造。因此，為提高低滲透氣藏壓裂改造效率［9－10］，需根據(jù)水平段的儲層應(yīng)力薄弱段發(fā)育情況，更合理地設(shè)計(jì)壓裂分段間距，充分改造應(yīng)力薄弱位置，擴(kuò)大改造體積。

2 水平井分段壓裂設(shè)計(jì)方法

2.1 應(yīng)力薄弱段識別方法

根據(jù)四維影像微地震裂縫監(jiān)測結(jié)果，能夠識別出水平井壓裂時(shí)破裂點(diǎn)的分布位置，對比破裂點(diǎn)的測井和錄井參數(shù)變化可知，在破裂點(diǎn)處的錄井全烴和鉆時(shí)數(shù)據(jù)均存在明顯的異常。這是由于鉆時(shí)能夠綜合反映儲層的可鉆性及物性［11－16］，因此，可以通過對比鉆時(shí)變化情況，判斷儲層的應(yīng)力薄弱段發(fā)育情況。在應(yīng)力薄弱區(qū)，鉆時(shí)會明顯降低，且鉆時(shí)比在4以上，氣測全烴呈現(xiàn)“指”狀形態(tài)，異常倍數(shù)達(dá)到10倍以上。可利用全烴和鉆時(shí)的異常情況，建立破裂點(diǎn)的識別方法。

通過分析研究區(qū)內(nèi)四維影像裂縫監(jiān)測的4口井39個(gè)壓裂段的破裂情況，識別出71個(gè)破裂位置，且破裂處的鉆時(shí)和全烴數(shù)據(jù)均出現(xiàn)小幅度的異常。為了能綜合表征這種影響，引入應(yīng)力薄弱發(fā)育評價(jià)參數(shù)Ktr。鉆時(shí)和全烴相對背景值出現(xiàn)了異常，因此，計(jì)算Ktr時(shí)分別對鉆時(shí)和全烴異常倍數(shù)取了不同的權(quán)重。全烴異常倍數(shù)普遍在10倍以上，鉆時(shí)的異常倍數(shù)在1倍以上，為了權(quán)衡2個(gè)參數(shù)的影響分別對異常倍數(shù)進(jìn)行了處理并求取對數(shù)。其計(jì)算式為:

式中:Ktr為應(yīng)力薄弱發(fā)育評價(jià)參數(shù);a為鉆時(shí)的分配權(quán)重;b為全烴的分配權(quán)重;Rop為砂巖段的鉆時(shí)基線值，min/m;Rop1為鄰近非儲層段的鉆時(shí)基線值，min/m;Tg為砂巖段全烴最大值，%;Tg1為鄰近非儲層段的全烴基線值，%。

2.2 權(quán)重值和截取值求取

為了獲取Ktr中鉆時(shí)和全烴異常倍數(shù)的權(quán)重，選取由3口水平井中識別出的55個(gè)破裂位置對應(yīng)的鉆時(shí)和全烴參數(shù)作為樣本，采用試湊法，確定式(1)中的參數(shù)值。另外取1口井的16個(gè)破裂點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)證，部分破裂點(diǎn)參數(shù)見表1。

表1 測錄井異常倍數(shù)統(tǒng)計(jì)Table 1 The statistics of abnormal multiples of logging

由于式(1)中對應(yīng)的Ktr值僅為截取值，高于某一值時(shí)反映應(yīng)力薄弱段發(fā)育，低于某一值時(shí)則不發(fā)育。因此，在計(jì)算時(shí)a，b存在組合方式有多種，限制a+b＜1，采用試湊的方法求解，并用未監(jiān)測破裂的井段參數(shù)和剩余已經(jīng)監(jiān)測出的16個(gè)破裂點(diǎn)進(jìn)行截取值的驗(yàn)證，當(dāng)全部符合時(shí)認(rèn)為滿足要求。

通過試湊得到a，b值及裂縫發(fā)育段的Ktr截取值。根據(jù)裂縫監(jiān)測，分析5口裸眼完井的水平井各壓裂段的破裂情況，調(diào)整a，b值擬合出裂縫監(jiān)測中起裂點(diǎn)多的位置。通過擬合得出a=0.7、b=0.2，Ktr的截止值為0.85。

另外十口井取巖心，可以觀測到明顯的天然裂縫發(fā)育特征，應(yīng)用以上的a、b值計(jì)算砂巖段的Ktr，從綜合圖中可以看出:當(dāng)Ktr值大于0.85表示應(yīng)力薄弱段發(fā)育，與巖心觀測到的天然裂縫發(fā)育位置一致(圖1)。

圖1 計(jì)算應(yīng)力薄弱段段與巖心觀測裂縫發(fā)育段組合圖Fig.1 The combination diagram of the section with weak calculated stress and the section with developed fractures in core observation

2.3 現(xiàn)場應(yīng)用

根據(jù)式(1)中的計(jì)算方法，計(jì)算B－1－5H和B－4－8H 2口水平井應(yīng)力薄弱發(fā)育段，在測井綜合圖中增加了一道新的參數(shù)Ktr，在高于0.85處進(jìn)行黃色填充，用其來識別應(yīng)力薄弱段發(fā)育位置。B－1－5H井Ktr值大于0.85的井段較長，表明該井天然裂縫發(fā)育。在設(shè)計(jì)分段時(shí)，將滑套置于應(yīng)力薄弱段集中改造，共設(shè)計(jì)7個(gè)滑套。圖2為B－1－5H井天然裂縫分布圖，通過監(jiān)測結(jié)果表明，該井出現(xiàn)多達(dá)18處破裂點(diǎn)，實(shí)際裂縫條數(shù)多于設(shè)計(jì)的壓裂條數(shù)。該井壓裂后無阻流量達(dá)到18.3×104m3/d，遠(yuǎn)高于同層位的水平井平均無阻流量(2.7×104m3/d)。

圖2 B－1－5H井天然裂縫分布圖Fig.2 The distribution of natural fractures in Well B－1－5H

B－4－8H井計(jì)算的應(yīng)力薄弱段發(fā)育厚度小，僅有3段有應(yīng)力薄弱段發(fā)育，且各段發(fā)育厚度小(圖3)，因此，壓裂形成的裂縫條數(shù)較少，壓裂后產(chǎn)能可能較低。該井實(shí)際壓裂11段，壓裂后無阻流量僅為2.1×104m3/d，低于同層水平井平均無阻流量(2.7×104m3/d)。

圖3 B－4－8H井裂縫分布Fig.3 The fracture distribution in Well B－4－8H

通過對多口水平井的應(yīng)力薄弱段發(fā)育位置判斷及裂縫監(jiān)測結(jié)果，可以看出:應(yīng)力薄弱段發(fā)育段壓裂時(shí)起裂點(diǎn)多，最終形成多條人工裂縫;壓裂產(chǎn)能與應(yīng)力薄弱段發(fā)育程度相關(guān)性高，應(yīng)力薄弱段發(fā)育越長，壓裂產(chǎn)能越高。

3 結(jié)論

(1)低滲透氣藏儲層非均質(zhì)性強(qiáng)，天然裂縫分布不均勻，監(jiān)測顯示在應(yīng)力薄弱段形成壓裂裂縫條數(shù)多，因此，分段壓裂時(shí)，需要充分考慮應(yīng)力薄弱段發(fā)育位置的影響，設(shè)計(jì)分段壓裂間距。

(2)分析錄井曲線中全烴和鉆時(shí)的異常情況，應(yīng)力薄弱段發(fā)育時(shí)，全烴和鉆時(shí)會出現(xiàn)明顯的異常，通過監(jiān)測井和巖心資料，擬合全烴和鉆時(shí)對應(yīng)力薄弱段識別的權(quán)重，得到Ktr。結(jié)果表明:在高于Ktr截取值的井段，監(jiān)測出起裂的裂縫條數(shù)多，壓裂產(chǎn)能高。