王俊超 李嘉成 陳 希 馬明偉 田志華 程壘明 陳 璐

（中國(guó)石油新疆油田公司工程技術(shù)研究院）

準(zhǔn)噶爾盆地吉木薩爾凹陷二疊系蘆草溝組（P2l）發(fā)育大面積連續(xù)分布的源儲(chǔ)一體油藏，整體具有中—低孔隙度、低—特低滲透率特征，是典型的頁(yè)巖儲(chǔ)層[1]。吉木薩爾凹陷頁(yè)巖油最早發(fā)現(xiàn)于20世紀(jì)80年代[2]，2011年勘探實(shí)現(xiàn)階段性突破，隨后部署了20口直井。因頁(yè)巖油成藏條件復(fù)雜，儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，產(chǎn)量偏低，壓裂后以抽汲生產(chǎn)為主，持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)能力差，油田開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)效益較差[3]。

“十二五”以來(lái)，為探索吉木薩爾凹陷頁(yè)巖油規(guī)模開(kāi)發(fā)可行性，中國(guó)石油新疆油田公司逐步加大勘探開(kāi)發(fā)力度，分階段部署了水平井體積改造提產(chǎn)試驗(yàn)[4-7]。歷經(jīng)10余年研究與實(shí)踐，借鑒北美非常規(guī)油氣開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)[8-12]，以縫控儲(chǔ)量為改造目標(biāo)，水平井體積壓裂技術(shù)發(fā)展助力單井產(chǎn)量大幅提高，實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖油有效動(dòng)用[13-14]。為進(jìn)一步降低改造成本，積極推進(jìn)段內(nèi)多簇、低成本石英砂和滑溜水的應(yīng)用[15-18]，形成“高密度布縫+高強(qiáng)度改造+低成本材料”為特色的體積壓裂技術(shù)體系，吉木薩爾凹陷頁(yè)巖油開(kāi)發(fā)效益大幅提升。

單井效果取得重大突破后，2021年新疆油田在吉木薩爾凹陷頁(yè)巖油藏部署首個(gè)立體開(kāi)發(fā)平臺(tái)，旨在實(shí)現(xiàn)油藏三維空間充分改造，盡可能提高一次采收率。針對(duì)立體部署模式，開(kāi)展地質(zhì)工程一體化三維整體改造設(shè)計(jì)技術(shù)、應(yīng)力場(chǎng)動(dòng)態(tài)變化規(guī)律、套管變形風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)及控制技術(shù)研究，形成立體開(kāi)發(fā)平臺(tái)整體壓裂技術(shù)體系，建立了吉木薩爾頁(yè)巖油高效建產(chǎn)新模式，為我國(guó)陸相頁(yè)巖油開(kāi)發(fā)提供借鑒。

1 立體開(kāi)發(fā)平臺(tái)地質(zhì)特征

吉木薩爾凹陷蘆草溝組頁(yè)巖油縱向上可分為兩套甜點(diǎn)體，其中上甜點(diǎn)集中在P2l22-1、Pl2-2、Pl2-332222個(gè)砂層，巖性主要為砂屑云巖、巖屑長(zhǎng)石粉細(xì)砂巖和云屑砂巖，油層厚度為38m；下甜點(diǎn)集中在P2l12-1、P2l12-2、P2l12-33個(gè)砂層，巖性主要為砂屑云巖、云質(zhì)粉砂巖和云屑砂巖，油層厚度為25m[19-22]。

部署的X平臺(tái)位于下甜點(diǎn)體一類(lèi)區(qū)，P2l12-2、P2l12-3層疊合部位共部署8口井，其中P2l12-2層5口井、P2l12-3層3口井；水平段長(zhǎng)1800m，同層井距200m，縱向交錯(cuò)井距100m，層間高差僅為10m。水平井實(shí)際鉆遇油層厚度為1535.4～1776.6m，鉆遇率為85.3%～98.7%。

部署區(qū)可動(dòng)油儲(chǔ)量豐度較高，達(dá)（30～35）×104t/km2；物性整體較差，有效孔隙度平均為8.36%，滲透率平均為0.047mD。基于前期巖石力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果[23-25]，最大水平主應(yīng)力為73～95MPa，最小水平主應(yīng)力為65～80MPa，水平兩向應(yīng)力差較大，達(dá)8～14MPa。

部署區(qū)P2l22-1—P2l12-3層間發(fā)育多個(gè)較薄的隔夾層，厚度為0.5～2m。P2l12-1—P2l12-3油層單層厚度小，且縱向上較分散。實(shí)踐證明，縱向多油層整體動(dòng)用是保障水平井產(chǎn)量的基礎(chǔ)。

2 立體開(kāi)發(fā)平臺(tái)整體壓裂方案

2.1 整體壓裂設(shè)計(jì)技術(shù)

立足地質(zhì)工程一體化設(shè)計(jì)理念，構(gòu)建多模型耦合、網(wǎng)格厚0.25m的高精度壓裂基礎(chǔ)模型，為壓裂模擬優(yōu)化設(shè)計(jì)奠定扎實(shí)的模型基礎(chǔ)[26]。模擬顯示，通過(guò)5～10m高密度切割，基本實(shí)現(xiàn)縫間區(qū)域全部動(dòng)用；在14m3/min施工排量下，段內(nèi)6～8簇裂縫擴(kuò)展效果最佳；超過(guò)8簇時(shí)，單簇流量分配降低，縫間干擾增加（圖1）。

圖1 不同簇?cái)?shù)下的裂縫形態(tài)對(duì)比圖

采用極限限流設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)各簇有效起裂，孔眼摩阻設(shè)計(jì)需高于段內(nèi)各簇間水平最小主應(yīng)力差與裂縫誘導(dǎo)應(yīng)力之和，頁(yè)巖油水平井孔眼摩阻需在10～20MPa之間。結(jié)合不同排量下的孔眼摩阻計(jì)算結(jié)果（圖2），單段孔眼數(shù)為20～30孔，單簇眼數(shù)為3～5孔。

圖2 單簇射孔數(shù)與孔眼摩阻關(guān)系圖

根據(jù)裂縫縱向和橫向支撐需求，確定單縫砂量。數(shù)值模擬顯示（圖3），單簇砂量超過(guò)30m3時(shí)，支撐裂縫形態(tài)基本不再增加，達(dá)到支撐裂縫上限，且支撐縫高20.1m，實(shí)現(xiàn)穿層改造；單簇砂量為20m3時(shí)，支撐縫高13.3m，以層內(nèi)改造為主。為實(shí)現(xiàn)縱向兩套部署層系立體動(dòng)用，設(shè)計(jì)單簇砂量為20～30m3，平均為25m3，折算加砂強(qiáng)度為4.0m3/m。

圖3 不同單縫砂量下支撐裂縫參數(shù)模擬結(jié)果圖

地質(zhì)工程一體化模擬中，設(shè)計(jì)采用5～8m密切割、單段6～8簇、單簇3孔、4.0m3/m加砂強(qiáng)度的整體壓裂方案。根據(jù)井組全三維壓裂模擬結(jié)果，立體改造程度達(dá)90%以上（圖4）。

圖4 X平臺(tái)整體壓裂效果圖

2.2 井間、段間應(yīng)力場(chǎng)動(dòng)態(tài)變化規(guī)律

為充分利用應(yīng)力場(chǎng)正向干擾機(jī)制，避免局部地應(yīng)力場(chǎng)變化影響施工，開(kāi)展井間、段間應(yīng)力場(chǎng)影響機(jī)制研究。壓裂注入大量液體造縫，改變?cè)伎紫秹毫?chǎng)，造成區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)變化。數(shù)值模擬顯示，在立體交錯(cuò)100m井距條件下，臨近水平段近井地帶，最小水平主應(yīng)力增量為8～10MPa。此外，每級(jí)壓裂后都會(huì)導(dǎo)致該級(jí)前后3級(jí)（150m）范圍內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力波動(dòng)（圖5）。因此，拉鏈作業(yè)的井間施工突進(jìn)應(yīng)控制在3級(jí)（空間位置150m）以內(nèi)。

圖5 應(yīng)力場(chǎng)變化規(guī)律及影響范圍圖

2.3 套管變形風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)評(píng)價(jià)及控制技術(shù)

2.3.1 前期套管變形認(rèn)識(shí)及X平臺(tái)風(fēng)險(xiǎn)認(rèn)識(shí)

2018—2020年，水平井壓裂共發(fā)生19井次套管變形，井?dāng)?shù)占比為25.3%。套管變形井分布與斷層、天然裂縫發(fā)育有較強(qiáng)的相關(guān)性。以X1平臺(tái)為例，微地震監(jiān)測(cè)解釋套管變形位置有明顯的大震級(jí)事件點(diǎn)或偏離原位置事件點(diǎn)特征（圖6）。同時(shí)，平臺(tái)井壓裂井段空間位置差異大，導(dǎo)致改造段突進(jìn)，造成的局部應(yīng)力場(chǎng)改變也會(huì)增加套管變形風(fēng)險(xiǎn)[27]。X2平臺(tái)在壓裂過(guò)程中，中部井空間位置落后邊部井1200m以上，導(dǎo)致中部井發(fā)生長(zhǎng)水平段的套管變形（圖7）。

圖6 X1平臺(tái)套管變形位置微地震事件點(diǎn)異常示意圖

圖7 X2平臺(tái)壓裂空間位置差異大導(dǎo)致套管變形示意圖

2.3.2 套管變形風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)評(píng)價(jià)

依據(jù)三維地震解釋和單井測(cè)井曲線，建立頁(yè)巖油水平井套管變形風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)評(píng)價(jià)流程（圖8）。

圖8 頁(yè)巖油水平井套管變形風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)預(yù)測(cè)流程圖

依據(jù)6種屬性和單井測(cè)井曲線中電阻、伽馬值異常，進(jìn)行單因素套管變形風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，結(jié)果如表1所示。

表1 單因素套管變形評(píng)價(jià)結(jié)果表

根據(jù)各屬性及測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果，基于風(fēng)險(xiǎn)概率疊加原理建立套管變形預(yù)測(cè)模型（式1），共識(shí)別71個(gè)套管變形風(fēng)險(xiǎn)段，其中一級(jí)風(fēng)險(xiǎn)段12個(gè)（圖9、表2）。一級(jí)風(fēng)險(xiǎn)有多種屬性差異，風(fēng)險(xiǎn)最高；二級(jí)風(fēng)險(xiǎn)有部分屬性差異，風(fēng)險(xiǎn)中等；三級(jí)風(fēng)險(xiǎn)僅單一屬性差異，風(fēng)險(xiǎn)較低。

圖9 X平臺(tái)套管變形風(fēng)險(xiǎn)結(jié)果圖

表2 X平臺(tái)套管變形風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果表

式中pn——第n段套變風(fēng)險(xiǎn)值；

n——段序號(hào)；

a～g—— 各屬性及測(cè)井預(yù)測(cè)結(jié)果，有套變風(fēng)險(xiǎn)取值1，無(wú)套變風(fēng)險(xiǎn)取值0；

r—— 各屬性及測(cè)井預(yù)測(cè)套管變形風(fēng)險(xiǎn)的權(quán)重系數(shù)，范圍為0～1。

2.3.3 套管變形風(fēng)險(xiǎn)控制措施

在壓裂過(guò)程中，嚴(yán)格落實(shí)井間空間位置差異小于150m的平齊推進(jìn)實(shí)施原則。同時(shí)，關(guān)注微地震監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)解釋結(jié)果，若發(fā)生事件點(diǎn)異常，則及時(shí)調(diào)整泵注程序，通過(guò)暫堵方式控制套管變形可能。如X-14井第21級(jí)、第22級(jí)施工時(shí)，微地震事件點(diǎn)較該井前期大幅減少，結(jié)合套管變形風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果，該位置臨近一級(jí)風(fēng)險(xiǎn)段，認(rèn)為有局部天然裂縫發(fā)育導(dǎo)致壓裂液無(wú)效濾失。為防止壓裂液過(guò)度濾失導(dǎo)致斷層被激活，第23段采用段內(nèi)暫堵工藝，在加砂量和施工排量不變保障壓裂效果的前提下，安全完成風(fēng)險(xiǎn)段施工，且微地震解釋事件點(diǎn)恢復(fù)之前段水平（圖10）。在識(shí)別的12個(gè)一級(jí)風(fēng)險(xiǎn)段中，根據(jù)微地震實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)結(jié)果，有4段進(jìn)行了段內(nèi)暫堵調(diào)整，占比為33.3%。

圖10 X-14井一級(jí)風(fēng)險(xiǎn)段段內(nèi)暫堵微地震時(shí)間段對(duì)比圖

3 立體開(kāi)發(fā)平臺(tái)整體壓裂效果

X平臺(tái)8口井共設(shè)計(jì)312級(jí)壓裂，共加砂5.7×104m3、入井液量55.1×104m3，段數(shù)、砂量符合率達(dá)100%，液量符合率達(dá)96%，高質(zhì)量完成設(shè)計(jì)要求。壓裂后燜井22～33d后鉆塞，單井鉆塞時(shí)間3～4d，實(shí)現(xiàn)真正意義上的“零丟段”。

目前，已開(kāi)井生產(chǎn)200余天，整體累計(jì)產(chǎn)油5.9×104t。日產(chǎn)油上升速度高于前期水平井（圖11），半年期累計(jì)產(chǎn)油較前期井平均提升20%（圖12）。在小井距模式下，單井控制儲(chǔ)量降低；通過(guò)整體壓裂，實(shí)現(xiàn)了井間更充分改造，目前單井日產(chǎn)油水平與前期井基本持平，預(yù)測(cè)采收率較前期單井提升5%，為吉木薩爾蘆草溝組頁(yè)巖油后續(xù)開(kāi)發(fā)模式設(shè)計(jì)和壓裂技術(shù)優(yōu)化提供了優(yōu)質(zhì)的參考依據(jù)。

圖11 X平臺(tái)與下甜點(diǎn)前期投產(chǎn)井日產(chǎn)油對(duì)比圖

圖12 X平臺(tái)與下甜點(diǎn)前期投產(chǎn)井累計(jì)產(chǎn)油對(duì)比圖

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)革新一體化設(shè)計(jì)理念，開(kāi)展應(yīng)力場(chǎng)動(dòng)態(tài)變化規(guī)律和套管變形風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)評(píng)價(jià)研究，建立了吉木薩爾凹陷蘆草溝組頁(yè)巖油立體開(kāi)發(fā)平臺(tái)整體壓裂技術(shù)體系；在保障現(xiàn)場(chǎng)施工平齊推進(jìn)和套管變形風(fēng)險(xiǎn)段主動(dòng)預(yù)防的基礎(chǔ)上，高效完成X平臺(tái)壓裂施工，創(chuàng)下頁(yè)巖油壓裂零丟段的安全施工新指標(biāo)，壓裂后生產(chǎn)效果大幅提升，成功打造頁(yè)巖油立體開(kāi)發(fā)模式范本，為頁(yè)巖油高效建產(chǎn)提供了技術(shù)示范。