張濤，李相方，王香增，唐永槐，里清揚(yáng)，王小華，馮東，趙文

1 中國(guó)石油大學(xué)(北京)石油工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京 102249

2 陜西延長(zhǎng)石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司 西安 710065

3 陜西延長(zhǎng)石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司研究院 西安 710065

4 遼河油田特種油開發(fā)公司 盤錦 124010

5 同濟(jì)大學(xué)巖土與地下工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 上海 200092

0 前言

我國(guó)的地質(zhì)構(gòu)造沉積演化復(fù)雜，廣泛發(fā)育了海相、陸相以及海陸過渡相3種類型的富有機(jī)質(zhì)含氣泥頁巖[1]。目前，以涪陵、威遠(yuǎn)和長(zhǎng)寧為代表的我國(guó)海相頁巖氣已經(jīng)取得了商業(yè)化的成功開發(fā)[2-3]。資源量巨大的陸相以及海陸過渡相頁巖氣，是我國(guó)頁巖氣下一步開發(fā)的重點(diǎn)對(duì)象[4]。

長(zhǎng)水平井聯(lián)合大型滑溜水多段壓裂是北美以及國(guó)內(nèi)海相頁巖氣開發(fā)取得成功的主流技術(shù)[5]。其技術(shù)思想在于：在頁巖儲(chǔ)層近井地帶最大程度地制造復(fù)雜縫網(wǎng)，從而大大增加頁巖氣的泄流面積、減小滲流阻力。但是，我國(guó)的陸相/海陸過渡相頁巖儲(chǔ)層與海相頁巖儲(chǔ)層性質(zhì)相差較大，該技術(shù)的應(yīng)用可能會(huì)存在如下的局限性：(1)陸相/海陸過渡相頁巖氣的脆性礦物含量少[4]，大型水力壓裂難以形成復(fù)雜縫網(wǎng)，達(dá)不到體積改造的預(yù)期效果。(2)陸相/海陸過渡相頁巖氣的黏土含量、特別是傷害性黏土含量高[6]，壓裂過程中注入的上萬方壓裂液與黏土作用后容易產(chǎn)生膨脹、顆粒運(yùn)移，顯著降低近裂縫端面的儲(chǔ)層滲透率，儲(chǔ)層傷害嚴(yán)重。裂縫越復(fù)雜，傷害可能越嚴(yán)重。(3)陸相/海陸過渡相頁巖氣的泊松比大，在后期生產(chǎn)開發(fā)過程中，支撐劑易嵌入含泥弱面，裂縫有效性難以保障。(4)陸相/海陸過渡相頁巖氣(如鄂爾多斯盆地)的縱向其它層系可能存在致密氣、煤層氣等氣層[4]，采用水平井開發(fā)則難以控制這些氣層，而直井開發(fā)則可以很好地實(shí)現(xiàn)“多氣合采”。(5)陸相頁巖氣水平井鉆完井/壓裂技術(shù)難、成本高[7]，如果無法實(shí)現(xiàn)相對(duì)于直井高倍數(shù)的增產(chǎn)，則經(jīng)濟(jì)性不好。因此，海相頁巖氣水平井開發(fā)的主流技術(shù)，并不一定完全適合陸相/海陸過渡相頁巖氣的開發(fā)。

據(jù)此，本文以鄂爾多斯盆地陸相/海陸過渡相頁巖為例，考慮其儲(chǔ)層特殊性，重點(diǎn)分析了脆性礦物、黏土含量、控制儲(chǔ)量3個(gè)方面對(duì)水平井開發(fā)的劣勢(shì)，提出基于水平井可控縱向儲(chǔ)量占比、脆性指數(shù)、儲(chǔ)層傷害表征參數(shù)和薄砂層占比4個(gè)參數(shù)的合理井型優(yōu)選判斷標(biāo)準(zhǔn)，最后基于該標(biāo)準(zhǔn)分析了延長(zhǎng)組7段和山西組1段陸相頁巖水平井與直井的開發(fā)實(shí)例。本文創(chuàng)新性地提出了直井聯(lián)合水平井開發(fā)陸相頁巖氣的優(yōu)勢(shì)，并建立了相應(yīng)的井型設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，突破了水平井是實(shí)現(xiàn)頁巖氣開發(fā)唯一方式的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)，為陸相/海陸過渡相頁巖氣的經(jīng)濟(jì)有效開發(fā)提供了新的思路。

1 水平井開發(fā)陸相/海陸過渡相頁巖氣的局限性

1.1 脆性礦物少，造復(fù)雜縫困難

以水平井為基礎(chǔ)的體積壓裂是目前開發(fā)海相頁巖氣的關(guān)鍵技術(shù)，該技術(shù)通過多簇射孔和裂縫轉(zhuǎn)向，采用低黏度壓裂液、高排量施工參數(shù)，在近井地帶構(gòu)造復(fù)雜體積縫網(wǎng)，增大氣體滲流面積，從而達(dá)到提高頁巖氣產(chǎn)量的目的[5]。體積壓裂的效果主要受到儲(chǔ)層性質(zhì)(礦物含量、巖石力學(xué)性質(zhì)等)、地質(zhì)背景(地應(yīng)力、天然裂縫等)以及工程因素(射孔位置、壓裂液性質(zhì)、泵入排量等)的影響[8]。其中，頁巖儲(chǔ)層性質(zhì)是決定體積壓裂縫網(wǎng)形成的內(nèi)在控制因素。

頁巖主要由石英、長(zhǎng)石、黏土、碳酸鹽礦物以及有機(jī)質(zhì)等組成，其中石英、長(zhǎng)石等硅質(zhì)礦物以及方解石、白云石等鈣質(zhì)礦物被視為脆性礦物[9]，脆性礦物的含量直接決定了基質(zhì)孔隙、微裂縫的發(fā)育程度。脆性礦物含量越豐富，頁巖的可壓裂性越好，形成的局部裂縫越復(fù)雜。因此，可壓性評(píng)價(jià)是頁巖氣儲(chǔ)層在進(jìn)行水平井多段壓裂施工前的必備步驟。北美Barnett海相頁巖的脆性礦物含量基本大于75%，我國(guó)南方海相頁巖的脆性礦物含量也大多在70%以上，而陸相/海陸過渡相頁巖的脆性礦物含量很低[4]。以鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組長(zhǎng)7段陸相頁巖為例，其脆性礦物含量為18.9%～45.9%，平均值僅為31.24%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于海相頁巖儲(chǔ)層的脆性礦物含量。通過采用泊松比、彈性模量來量化頁巖在應(yīng)力作用下的破裂能力以及破裂后的支撐能力，Rickman (2008)[10]設(shè)定40%的脆性指數(shù)為影響儲(chǔ)層縫網(wǎng)可壓性的門限值：當(dāng)脆性指數(shù)小于20%時(shí)，壓裂產(chǎn)生的僅為簡(jiǎn)單縫；當(dāng)脆性指數(shù)大于60%時(shí)，壓裂產(chǎn)生復(fù)雜縫網(wǎng)(表1)?；谠摲椒ǎㄟ^對(duì)鄂爾多斯盆地長(zhǎng)7段頁巖的21塊泥頁巖巖心進(jìn)行力學(xué)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，有15塊頁巖無法形成復(fù)雜縫網(wǎng)，其中7塊頁巖的脆性指數(shù)更是小于體積壓裂的可壓性門限值(圖1)。因此，陸相/海陸過渡相頁巖相對(duì)于海相頁巖的可壓性差，體積壓裂較大部分儲(chǔ)層難以形成復(fù)雜縫網(wǎng)，無法達(dá)到解放頁巖氣滲流能力的目的。

圖1 鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組長(zhǎng)7段陸相頁巖脆性指數(shù)Bi與可壓性評(píng)價(jià)Fig. 1 Brittleness index Bi and fracability of 7th member of Yanchang formation, Ordos basin

表1 脆性指數(shù)與裂縫形態(tài)的關(guān)系[10]Table 1 Relationship between the brittleness index and fracture complexity[10]

1.2 黏土含量高，儲(chǔ)層傷害大

陸相/海陸過渡相頁巖與海相頁巖的另一個(gè)顯著差異為黏土礦物含量。同樣以延長(zhǎng)組長(zhǎng)7段頁巖為例，其黏土礦物含量高且變化大，抽取的23個(gè)頁巖樣品中，黏土礦物含量介于37.4%～72.8%，平均值為40%[6]。然而，北美Barnett和我國(guó)南方海相頁巖的黏土礦物含量則介于10%～46%。長(zhǎng)7段頁巖的黏土礦物含量最高的組分為伊/蒙混層(平均80%)和高嶺石(平均10%)[6]。壓裂液進(jìn)入儲(chǔ)層后，對(duì)高黏土礦物含量的儲(chǔ)層產(chǎn)生不可逆污染，壓裂裂縫越復(fù)雜，壓裂液與儲(chǔ)層的接觸面積越大，近裂縫面的儲(chǔ)層污染區(qū)域也更多。因此，黏土礦物含量對(duì)井型的適應(yīng)性也有影響，下面來具體論證。

在儲(chǔ)層損害中，關(guān)注的對(duì)象主要為蒙脫石(伊/蒙混層)和高嶺石。蒙脫石與水接觸以后，由于層間僅由范德華力聯(lián)系，聯(lián)結(jié)力較弱，陽離子易攜帶大量水分子進(jìn)入晶層，表現(xiàn)出明顯的膨脹性，從而損害儲(chǔ)層的滲透能力[11]。另外，高嶺石的晶層與晶層之間聯(lián)系弱、硬度低，在流體高速?zèng)_擊作用下(壓裂過程)，解理裂開分散形成微粒而遷移、堵塞孔喉，損害儲(chǔ)層滲透性[12-13]。對(duì)于含有8%蒙脫石的頁巖進(jìn)行滲吸實(shí)驗(yàn)(模擬壓裂過程)，發(fā)現(xiàn)滲吸288 h的巖樣，烘干后(排除水鎖的影響)測(cè)試的滲透率降低了74.88%，且滲吸時(shí)間越長(zhǎng)、滲透率降低越嚴(yán)重[14]。因此，對(duì)于長(zhǎng)7陸相頁巖，其膨脹性礦物伊/蒙混層和運(yùn)移性礦物高嶺石含量高，與壓裂液接觸后儲(chǔ)層傷害嚴(yán)重?；谏虡I(yè)軟件CMG，本文建立了直井對(duì)稱縫和水平井多段壓裂的頁巖數(shù)值模擬模型(圖2)。模型的具體輸入?yún)?shù)(基質(zhì)/裂縫物性、相滲曲線、毛管曲線、溫壓系統(tǒng)、工作制度等)參見(張濤，2017a,b)[15-16]，這里不做過多贅述，重點(diǎn)闡述如何模擬黏土膨脹污染。①蒙脫石污染的結(jié)果首先是降低絕對(duì)滲透率，本文案例假設(shè)受污染區(qū)域的滲透率降低為原來的10%。盡管沿著裂縫壁面至儲(chǔ)層的含水飽和度不同，但是由于黏土一旦與水接觸，則開始發(fā)生膨脹，因此認(rèn)為黏土膨脹的程度與含水飽和度沒有關(guān)系[17]。②蒙脫石的膨脹會(huì)減小基質(zhì)的孔喉半徑，毛管力曲線會(huì)隨著污染程度的增加而上移[18]。污染區(qū)的毛管力曲線通過文獻(xiàn)(張濤，2017a,b)中的式(1)來計(jì)算。③假設(shè)相滲曲線在污染過程中不發(fā)生改變，也即相滲曲線也與污染區(qū)域一致。④忽略壓裂液中的添加劑(表面活性劑、膠凝劑等)對(duì)黏度和毛管力的影響。

圖2 (a) 陸相頁巖氣直井對(duì)稱縫數(shù)值模型; (b)近裂縫壁面壓裂液入侵導(dǎo)致儲(chǔ)層污染; (c)陸相頁巖氣水平多級(jí)壓裂開發(fā)數(shù)值模型Fig. 2 (a) Numerical model of vertical well with symmetry fracture for continental shale gas reservoir; (b) Near-fracture formation damage due to the invasion of fracturing fluid; (c) Numerical model of horizontal well with multi-stage fractures for continental shale gas reservoir

通過采用無污染數(shù)值模型，模擬壓裂后與模擬生產(chǎn)時(shí)間內(nèi)(本文為3年)，壓裂液進(jìn)入近裂縫的距離。然后，改變壓裂液侵入范圍內(nèi)的絕對(duì)滲透率和毛管力曲線，再次模擬，可以得到壓裂液侵入導(dǎo)致的儲(chǔ)層污染對(duì)指定生產(chǎn)時(shí)間內(nèi)頁巖氣井產(chǎn)能的影響，結(jié)果如圖3所示?？梢园l(fā)現(xiàn)，直井模型考慮近壁面壓裂液入侵污染的3年內(nèi)累產(chǎn)預(yù)測(cè)比不考慮的僅降低5%左右，但是，水平井模型考慮污染的3年產(chǎn)量幾乎只有不考慮的一半。因此，對(duì)于高黏土礦物含量的陸相/海陸過渡相頁巖，采用水平井多段壓裂開發(fā)，由于壓裂液與儲(chǔ)層的接觸面積大，導(dǎo)致儲(chǔ)層污染嚴(yán)重，會(huì)顯著影響氣井產(chǎn)能；采用直井壓裂對(duì)稱縫，盡管改造體積小，但是儲(chǔ)層污染相對(duì)較輕，對(duì)產(chǎn)能的影響也較小。這也進(jìn)一步說明了，CO2壓裂以及低傷害壓裂液發(fā)展在開發(fā)陸相/海陸過渡相頁巖中的重要性。

圖3 (a)直井模型考慮/不考慮近壁面壓裂液入侵污染的3年累產(chǎn)預(yù)測(cè); (b) 水平井模型考慮/不考慮近壁面壓裂液入侵污染的3年累產(chǎn)預(yù)測(cè)Fig. 3 (a) 3 years cumulative production by considering/without considering the near-fracture formation damage for vertical well model; (b) 3 years cumulative production by considering/without considering the near-fracture formation damage for horizontal well model.

1.3 控制儲(chǔ)量少，經(jīng)濟(jì)效益差

上述兩個(gè)方面的原因?qū)е滤骄_發(fā)陸相/海陸過渡相頁巖的效果不如開發(fā)海相頁巖的效果好。但值得注意的是，這并不能說明直井開發(fā)陸相/海陸過渡相頁巖的產(chǎn)能會(huì)比水平井開發(fā)更好。很顯然，直井的近井筒裂縫有效滲流面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于水平井，在頁巖這類孔滲極低的儲(chǔ)層中，直接采用直井開發(fā)陸相/海陸過渡相頁巖的產(chǎn)能會(huì)比水平井更低。然而，我國(guó)大多數(shù)盆地存在“縱向多氣疊置、同盆共存”的特征[19]，為直井開發(fā)陸相/海陸過渡相頁巖提供了豐富的物質(zhì)基礎(chǔ)。下面以鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)石油探區(qū)為例來說明。

鄂爾多斯盆地非常規(guī)天然氣資源豐富，由于煤層、暗色泥巖和暗色生物碎屑灰?guī)r等烴源巖在盆地內(nèi)廣覆式展布，充足的氣源使得盆地內(nèi)廣泛發(fā)育致密氣、煤層氣、頁巖氣等非常規(guī)天然氣[20]。延長(zhǎng)石油探區(qū)內(nèi)不同區(qū)域自上而下，全發(fā)育或者不完全發(fā)育如下氣層：中生界延長(zhǎng)組(長(zhǎng)7段、長(zhǎng)9段等)陸相頁巖氣，上古生界下石盒子組(盒8等)致密砂巖氣，山西組1段致密砂巖氣/陸相頁巖氣，山西組2段致密砂巖氣/煤層氣，本溪組1段海陸過渡相頁巖氣，本溪組2段致密砂巖氣，下古生界馬家溝組灰?guī)r氣藏等等[21]。這3類非常規(guī)天然氣整體處于煤巖體系內(nèi)，在物源類型、沉積環(huán)節(jié)、構(gòu)造熱演化等方面都具有較大的一致性，且各含氣層系中泥頁巖、煤巖、砂巖層重復(fù)交替出現(xiàn)。延長(zhǎng)石油探區(qū)的頁巖氣勘探目的層主要為長(zhǎng)7段和山1段陸相頁巖氣以及本1段海陸過渡相頁巖氣[4]，如果僅采用水平井分別開發(fā)這些層系，單層開發(fā)效果不好的同時(shí)，還無法控制縱向其它層系的氣層。若采用直井開發(fā)，則可以控制其它含氣層系，補(bǔ)充氣井產(chǎn)能，使整口直井達(dá)到經(jīng)濟(jì)產(chǎn)能，實(shí)現(xiàn)有效開發(fā)水平井適應(yīng)性差的頁巖氣層(脆性礦物少、黏土含量高)，如圖4所示。值得注意的是，該圖僅示意鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)石油探區(qū)縱向氣層疊置方式，探區(qū)內(nèi)不同區(qū)域全部或部分存在上述氣層，且不同區(qū)域的氣層界限可能不同。

圖4 鄂爾多斯盆地主要含氣層系空間配置關(guān)系及不同井型開發(fā)儲(chǔ)量控制示意圖Fig. 4 Vertical distribution of main gas-bearing formations in Ordos basin and the controlled reserves for vertical and horizontal well in development these formations.

事實(shí)上，從開發(fā)煤層氣和致密氣的角度來看，由于這兩類儲(chǔ)層儲(chǔ)滲均較低，單一類型儲(chǔ)層開發(fā)也存在產(chǎn)量低、開發(fā)成本高的問題。多套層系的致密氣合采[22]以及致密氣、煤層氣合采[23]在鄂爾多斯盆地已經(jīng)有較多的實(shí)踐。因此，直井“多氣合采”可以提高控制儲(chǔ)量，降低單一氣層開采成本，增加單井經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量，延長(zhǎng)單井開采壽命。另外，直井“多氣合采”還存在鉆完井/壓裂工藝簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟，投資成本低等優(yōu)勢(shì)。當(dāng)然，“多氣合采”面臨很多理論[19]與技術(shù)上[24]的問題，目前開發(fā)成功的案例還較少。多層氣之間的合采兼容性評(píng)價(jià)至關(guān)重要，需要針對(duì)不同區(qū)域儲(chǔ)層地質(zhì)條件，進(jìn)行詳細(xì)論證。

2 陸相/海陸過渡相頁巖氣合理井型優(yōu)選

通過上述分析，水平井在開發(fā)部分陸相/海陸過渡相頁巖存在3個(gè)顯著的劣勢(shì)，而直井開發(fā)則顯現(xiàn)出了一定的優(yōu)勢(shì)。這里需要強(qiáng)調(diào)的是，本文并未完全否定水平井多段壓裂在開發(fā)陸相/海陸過渡相頁巖的重要角色，只是在特定的儲(chǔ)層性質(zhì)下，需要進(jìn)行合理的井型優(yōu)選。筆者提出以下4個(gè)參數(shù)來對(duì)目標(biāo)頁巖的井型進(jìn)行判定。

(1)水平井可控縱向儲(chǔ)量占比

水平井可控縱向儲(chǔ)量占比為單位面積內(nèi)水平井可控制的儲(chǔ)量占直井縱向可控制儲(chǔ)量的比例，該參數(shù)用以表征采用直井“多氣合采”的縱向物質(zhì)基礎(chǔ)。通過對(duì)目標(biāo)儲(chǔ)層的初步地質(zhì)認(rèn)識(shí)，建立相應(yīng)的地質(zhì)模型，基于體積法，可以通過下式計(jì)算得到水平井可控縱向儲(chǔ)量占比Gh/Gv,n：

式中：h為平均有效厚度，m；φ為含氣頁巖有效孔隙度，%；Sg為原始含水飽和度，%；T，Tsc為平均地層溫度和標(biāo)準(zhǔn)溫度(293.15 K)，K；pi，psc為平均地層壓力和標(biāo)準(zhǔn)壓力(0.1013 MPa)，MPa；Zi為原始天然氣偏差系數(shù)；ρb為泥頁巖巖石密度，g/cm3；Gsdt為解吸實(shí)驗(yàn)得到的吸附氣總量，m3/t。吸附氣的測(cè)量采用USBM(美國(guó)礦務(wù)局)直接測(cè)定法，Vlost為采樣過程中的損失氣含量；Vmeasured為自然狀態(tài)下的解吸氣；Vcrushed為真空狀態(tài)下加熱粉碎前后的殘余氣。下標(biāo)s為目標(biāo)泥頁巖儲(chǔ)層；k為包括目標(biāo)泥頁巖儲(chǔ)層及其鄰近可開發(fā)的氣層(致密氣、煤層氣等)；對(duì)非吸附氣存在的層系(如致密氣)，Gsd可能為0。

(2)脆性指數(shù)

泥頁巖的脆性指數(shù)決定了水平井體積壓裂縫網(wǎng)的復(fù)雜程度。脆性指數(shù)的評(píng)價(jià)方法很多，這里采用經(jīng)典的脆性指數(shù)Bi計(jì)算方法[9]：

式中：Ec、Ecmax和Ecmin分別表示測(cè)定的楊氏模量、研究區(qū)的楊氏模量最大值與最小值；vc、vcmax和vcmin則分別表示測(cè)定的泊松比、研究區(qū)的泊松比最大值與最小值。

(3)儲(chǔ)層傷害表征參數(shù)

儲(chǔ)層傷害表征參數(shù)用以評(píng)價(jià)體積壓裂所用壓裂液與陸相/海陸過渡相頁巖的匹配性問題，該表征參數(shù)主要考慮3類傷害性黏土礦物(蒙脫石、伊/蒙混層、高嶺石)的影響。水力壓裂儲(chǔ)層傷害表征參數(shù)wdamage計(jì)算公式如下：

式中：wclay為黏土礦物在所有巖石礦物的組分占比，%；wm為膨脹性黏土蒙脫石在黏土礦物組分占比，%；wi/m為膨脹性黏土伊/蒙混層在黏土礦物組分占比，%；wk為運(yùn)移性黏土高嶺石黏土礦物組分占比，%。

(4)薄砂層占比

考慮陸相/海陸過渡相頁巖往往發(fā)育毫米—厘米級(jí)別的粉砂質(zhì)夾層/紋層，有助于改善體積壓裂效果[6,25]，提出薄砂層占比來表征粉砂質(zhì)夾層/紋層的貢獻(xiàn)。目標(biāo)泥頁巖儲(chǔ)層薄砂層占比wlayer計(jì)算公式如下：

式中：kk為薄砂層；hsand,kk為薄砂層kk的厚度，m。

通過對(duì)目標(biāo)儲(chǔ)層的上述4個(gè)參數(shù)的計(jì)算，推薦相應(yīng)的門限值：Gh/Gv,n＜60%，Bi＜35%，wdamage＞20%，wsand＜10%?！按嘈灾笖?shù)”門限值依據(jù)垂直縫向水平縫轉(zhuǎn)變的平均值(表1)以及實(shí)踐統(tǒng)計(jì)確定，“儲(chǔ)層傷害表征參數(shù)”和“薄砂層占比”這兩個(gè)參數(shù)門限值依據(jù)實(shí)踐參數(shù)統(tǒng)計(jì)確定，“水平井可控縱向儲(chǔ)量占比”這個(gè)參數(shù)的不確定性最大，確定該參數(shù)需要根據(jù)不同區(qū)域的實(shí)際地質(zhì)情況，考慮縱向它層氣藏的類型、壓力、含水等各類因素導(dǎo)致的多層合采適應(yīng)性，這里僅給一個(gè)參考值。值得注意的是，脆性指數(shù)過低(如遠(yuǎn)小于35%)，這時(shí)壓裂造縫能力很差，通常在壓裂甜點(diǎn)選擇時(shí)會(huì)將這種過低脆性指數(shù)的儲(chǔ)層排除掉。如果滿足上述判定條件，則目標(biāo)儲(chǔ)層采用直井，否則目標(biāo)儲(chǔ)層采用水平井。該判定條件的門限值，可能會(huì)因?yàn)闅馓镩_發(fā)管理策略、水力壓裂技術(shù)和“多氣合采”技術(shù)水平的提高等而有所調(diào)整。同時(shí)，對(duì)于水平井的使用還需要考慮主力層位厚度、儲(chǔ)層構(gòu)造等因素[26]，但是針對(duì)于陸相/海陸過渡相頁巖氣，本研究重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)上述4個(gè)因素的控制作用。

3 陸相/海陸過渡相頁巖氣不同井型開發(fā)效果評(píng)價(jià)

3.1 水平井開發(fā)案例分析

YP1井為鄂爾多斯盆地下寺灣一口水平井，水平段長(zhǎng)度1025 m，完鉆層位為長(zhǎng)7段陸相頁巖。測(cè)井檢測(cè)到水平完鉆井段為有利頁巖氣井段，在該井段中，有效孔隙度0.5%～6%，有機(jī)碳TOC含量3%～6%，Ro值普遍在2.0%～3.0%，吸附氣含量1.42～2.26 m3/t，總氣含量1.42～4.24 m3/t，含氣飽和度70%～80%。采用降阻水交聯(lián)凍膠壓裂液、分級(jí)壓裂橋塞射孔聯(lián)作工藝，進(jìn)行了12段水力壓裂，壓裂過程中進(jìn)行了實(shí)時(shí)微地震檢測(cè)，評(píng)估破裂發(fā)生和發(fā)展?fàn)顩r。裂縫檢測(cè)報(bào)告指出：本次壓裂十二段共檢測(cè)到1764個(gè)有效定位事件(包含了后3段溝通了原有破裂帶)，總體上此次壓裂破裂多發(fā)生在射孔點(diǎn)附近波及地質(zhì)體范圍不大，計(jì)算的單段平均改造體積僅400萬m3(圖5)。該井自2018年7月起開井生產(chǎn)，產(chǎn)氣量總體維持在2000～6000 m3，且多次遞減至2000 m3以下，需要間斷的關(guān)井再生產(chǎn)，動(dòng)態(tài)表現(xiàn)較差(圖6)。排除其它因素以后認(rèn)為，該井脆性礦物少(Bi= 26%)、黏土含量高(wdamage= 31%主要為伊/蒙混層)，導(dǎo)致體積壓裂縫網(wǎng)相對(duì)簡(jiǎn)單且儲(chǔ)層傷害大，使該井的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)表現(xiàn)不好。通過本文第2節(jié)的分析，表明該段陸相頁巖儲(chǔ)層對(duì)水平井的適應(yīng)性差。

圖5 YP1水平井十二段壓裂整體微地震事件和波及地質(zhì)體體積Fig. 5 Overview of the microscopic events and the affecting geological volume for the total 12 stages of horizontal well YP1

圖6 YP1井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)Fig. 6 Production data for well YP1

3.2 直井開發(fā)案例分析

YZ1井為鄂爾多斯盆地張家灘一口直井，完鉆層位為山1段陸相頁巖。該井位置山西組泥頁巖有效厚度大，分布穩(wěn)定，單層厚度在50 m左右，泥頁巖夾多層砂質(zhì)紋層。有效孔隙度0.3%～5.8%，有機(jī)碳TOC值主要分布在2.5%～4.5%，Ro值普遍在2.0%～3.0%，吸附氣含量1.33～2.11 m3/t，總氣含量1.33～3.68 m3/t，滿足頁巖氣生成與富集成藏地化條件。該井采用常規(guī)直井加砂壓裂，壓裂液為滑溜水與線性膠。從微地震檢測(cè)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，形成的裂縫為常規(guī)氣藏的對(duì)稱雙翼縫，如圖7所示。該井自2018年5月起開井生產(chǎn)，產(chǎn)氣量總體在2200 m3左右波動(dòng)，關(guān)井再生產(chǎn)后，產(chǎn)氣量可以有一個(gè)很大的提升。盡管該井的產(chǎn)量較低，但是生產(chǎn)平穩(wěn)、套壓也較穩(wěn)定，如圖8所示?？紤]頁巖后期生產(chǎn)降壓后吸附氣解吸，從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度來看，該井具有良好的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。分析表明，該井脆性礦物少(Bi= 29%)、黏土含量高(wdamage= 23%主要為伊/蒙混層)。因此，根據(jù)合理井型優(yōu)選標(biāo)準(zhǔn)，該井適合采用直井開發(fā)，減小儲(chǔ)層傷害。如果采用水平井，則存在體積壓裂縫網(wǎng)相對(duì)簡(jiǎn)單且儲(chǔ)層傷害大等劣勢(shì)。值得注意的是，該井僅對(duì)山1段陸相頁巖進(jìn)行生產(chǎn)，而測(cè)井顯示下部本溪組的致密氣發(fā)育較好(水平井可控縱向儲(chǔ)量占比僅為46%)，如果與本溪組合采，可以進(jìn)一步提高該井的產(chǎn)能。

圖7 YZ1直井整體微地震事件和波及地質(zhì)體體積Fig. 7 Overview of the microscopic events and the affecting geological volume of vertical well YZ1

圖8 YZ1井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)Fig. 8 Production data for well YZ1

4 結(jié)論

(1)長(zhǎng)水平井體積壓裂是北美及國(guó)內(nèi)海相頁巖氣開發(fā)取得成功的主流技術(shù)，但由于我國(guó)陸相/海陸過渡相頁巖與海相頁巖儲(chǔ)層性質(zhì)相差較大，部分儲(chǔ)層采用水平井開發(fā)呈現(xiàn)造復(fù)雜縫困難、儲(chǔ)層傷害大、縱向控制儲(chǔ)量少等劣勢(shì)，提出陸相/海陸過渡相頁巖應(yīng)采用直井和水平井聯(lián)合開發(fā)。

(2)以鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)探區(qū)陸相頁巖為例：脆性礦物少，測(cè)試表明采用水平井開發(fā)71%(共測(cè)量21塊巖心)的儲(chǔ)層無法形成復(fù)雜縫網(wǎng)；黏土礦物含量高，數(shù)值模擬表明采用水平井考慮壓裂液入侵污染3年產(chǎn)量?jī)H為不考慮的一半，而采用直井的產(chǎn)量?jī)H減少5%；縱向廣泛發(fā)育多套致密氣、煤層氣等非常規(guī)天然氣，采用直井“多氣合采”可以控制更多的儲(chǔ)量。

(3)給出了陸相/海陸過渡相頁巖儲(chǔ)層的合理井型優(yōu)選標(biāo)準(zhǔn)：若水平井可控縱向儲(chǔ)量占比＜60%、脆性指數(shù)＜35%、儲(chǔ)層傷害表征參數(shù)＞20%、薄砂層占比＜10%，可以考慮采用直井開發(fā)；反之，采用水平井開發(fā)。基于該標(biāo)準(zhǔn)分析了延長(zhǎng)組長(zhǎng)7段和山西組山1段水平井與直井的開發(fā)實(shí)例，表明該井型優(yōu)選方法有較強(qiáng)的實(shí)用性。