蘇里格氣田下二疊統(tǒng)儲(chǔ)層改造難點(diǎn)及對(duì)策

摘 要

摘要：蘇里格氣田儲(chǔ)層具有“低孔、低滲、低壓”的特點(diǎn)，水力壓裂改造成為開(kāi)發(fā)該氣田的主要手段。由于儲(chǔ)層物性變化大、多薄層等原因，單井壓裂改造裂縫參數(shù)在井網(wǎng)中效應(yīng)
摘要：蘇里格氣田儲(chǔ)層具有“低孔、低滲、低壓”的特點(diǎn)，水力壓裂改造成為開(kāi)發(fā)該氣田的主要手段。由于儲(chǔ)層物性變化大、多薄層等原因，單井壓裂改造裂縫參數(shù)在井網(wǎng)中效應(yīng)的優(yōu)化難度很大，施工參數(shù)很難考慮地應(yīng)力剖面的縱向控制效果。因此，針對(duì)壓裂改造中的突出難點(diǎn)，提出了相應(yīng)的解決對(duì)策：建立單井與井網(wǎng)匹配優(yōu)化模型，充分利用數(shù)值模擬、裂縫參數(shù)優(yōu)化、應(yīng)力剖面分析技術(shù)和裂縫閉合優(yōu)化等技術(shù)。應(yīng)用上述配套技術(shù)，使得壓裂改造的裂縫參數(shù)與儲(chǔ)層的匹配更加緊密；根據(jù)應(yīng)力特征優(yōu)化的參數(shù)更有針對(duì)性，有利于獲得合裂縫剖面；利用所提出的小型壓裂技術(shù)進(jìn)一步增強(qiáng)了對(duì)儲(chǔ)層的認(rèn)識(shí)和對(duì)壓裂工藝的提升。為蘇里格氣田的儲(chǔ)層改造和壓裂效果的評(píng)估提供了技術(shù)支持。
關(guān)鍵詞：蘇里格氣田；儲(chǔ)集層；壓裂；改造；封隔器；管柱；地應(yīng)力；解釋
1 壓裂改造特點(diǎn)
    蘇里格氣田壓裂大部分采用雙封隔器不動(dòng)管柱油管進(jìn)液的分層壓裂方法改造儲(chǔ)層、壓后合采的方式進(jìn)行生產(chǎn)，另一部分井采用環(huán)空進(jìn)液合壓的方式。從施工曲線看，該區(qū)域部分井沒(méi)有明顯的破裂壓力[1]，延伸壓力呈現(xiàn)裂縫較為平穩(wěn)延伸的狀況，破裂壓力不明顯的主要原因一方面是液氮助排對(duì)實(shí)際壓力顯示的影響，另一個(gè)原因則可能是部分井有少量的天然裂縫或鉆井誘導(dǎo)裂縫，但天然裂縫并不發(fā)育。
    施工的一般排量平均為3m3/min左右，前置液平均為40%，砂量平均28m3左右，加砂強(qiáng)度平均3.2m3/m，平均砂比23%，單層用液量平均380m3，單層加砂量平均28.3m3，氮液比平均3.7%。停泵壓力變化較大，說(shuō)明區(qū)域上裂縫延伸凈壓力有一定的變化，也在一定程度上反映了區(qū)域上巖性、物性等都有一定的變化。
    采用前置液液氮助排的方式改善了壓后返排率，壓后返排率70%～95%，多數(shù)在85%以上。
2 壓裂改造難點(diǎn)及對(duì)策分析
2.1 人工裂縫與井網(wǎng)的匹配關(guān)系
2.1.1難點(diǎn)分析
    裂縫參數(shù)很難針對(duì)儲(chǔ)層物性系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化[2]，由于蘇里格氣田井網(wǎng)已逐步完善，裂縫參數(shù)的優(yōu)化還應(yīng)充分考慮到單井在井網(wǎng)中的效應(yīng)。因此，在壓裂設(shè)計(jì)中很難有一個(gè)明確的經(jīng)濟(jì)目標(biāo)函數(shù)。
2.1.2對(duì)策研究
    針對(duì)以上難點(diǎn)，采取的對(duì)策是進(jìn)行裂縫系統(tǒng)與現(xiàn)有開(kāi)發(fā)井網(wǎng)和儲(chǔ)層物性參數(shù)之間的優(yōu)化匹配研究，使壓裂的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)從單井范疇上升到整個(gè)開(kāi)發(fā)井網(wǎng)的范疇。通過(guò)對(duì)目標(biāo)區(qū)塊氣藏物性的研究實(shí)驗(yàn)，以及開(kāi)發(fā)井或探井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)的歷史擬合[3～4]，確立目標(biāo)區(qū)塊的滲透率等關(guān)鍵物性參數(shù)，并使用氣藏?cái)?shù)值模擬軟件建立包含井、氣層和水力裂縫的水力壓裂計(jì)算單元的氣藏?cái)?shù)值模擬模型。在此模型的基礎(chǔ)上，在不同物性條件下，通過(guò)對(duì)比不同裂縫長(zhǎng)度和裂縫導(dǎo)流能力對(duì)井的產(chǎn)能動(dòng)態(tài)、含水上升情況、累計(jì)產(chǎn)量和采出程度等的影響規(guī)律，以確定不同物性條件下合理的縫長(zhǎng)和導(dǎo)流能力等裂縫參數(shù)。優(yōu)化的裂縫參數(shù)也是施工參數(shù)和工藝優(yōu)化的指導(dǎo)方針，施工參數(shù)的優(yōu)化目標(biāo)將是以實(shí)現(xiàn)整體壓裂裂縫參數(shù)為目標(biāo)函數(shù)。圖1、2為某區(qū)塊固定井網(wǎng)條件下，滲透率為0.15×10-3μm2下不同縫長(zhǎng)和導(dǎo)流能力的優(yōu)化結(jié)果曲線圖。
2.2 施工參數(shù)優(yōu)化
2.2.1難點(diǎn)分析
    由于裂縫參數(shù)的優(yōu)化研究難度大，導(dǎo)致施工參數(shù)的設(shè)計(jì)更加困難，會(huì)出現(xiàn)一些對(duì)于物性條件好的層低砂液比施工，物性差的層反而采取高砂比施工，針對(duì)性和與儲(chǔ)層的適配性相對(duì)較差；以前置液及加砂強(qiáng)度為例，通過(guò)施工參數(shù)與儲(chǔ)層關(guān)鍵物性三因素(氣層厚度、滲透率、孔隙度)乘積之間的關(guān)系分析，儲(chǔ)層物性直接影響氣藏對(duì)裂縫長(zhǎng)度以及導(dǎo)流能力的需求，換言之，也就直接影響了施工參數(shù)的優(yōu)化結(jié)果。
2.2.2對(duì)策研究
    在優(yōu)化完縫長(zhǎng)和導(dǎo)流能力對(duì)儲(chǔ)層改造的需求的基礎(chǔ)上，優(yōu)化施工參數(shù)的目的在于如何實(shí)現(xiàn)施工縫長(zhǎng)和導(dǎo)流能力的需求。因此在施工參數(shù)優(yōu)化之前，應(yīng)當(dāng)首先分析地應(yīng)力值在目的層的應(yīng)力分布情況。在此基礎(chǔ)上來(lái)優(yōu)化各個(gè)參數(shù)的數(shù)值。
    利用測(cè)井資料，可以解釋目標(biāo)井的地應(yīng)力剖面[5～6]，一般目的層與隔層應(yīng)力差為8～12MPa，有利于裂縫高度的控制。但部分井由于相鄰遮擋層較薄，存在裂縫相對(duì)容易上延或下延的情況，同時(shí)，同一射孔段內(nèi)的氣層層段之間有一定的應(yīng)力差異，因此必須根據(jù)每口井的地應(yīng)力解釋結(jié)果來(lái)優(yōu)化排量、砂比、規(guī)模等參數(shù)。
2.3 支撐剖面優(yōu)化
2.3.1難點(diǎn)分析
    蘇里格氣田儲(chǔ)層在縱向上具有多層分布的特點(diǎn)，因此目前蘇里格氣田壓裂大部分采用雙封隔器不動(dòng)管柱油管進(jìn)液的分層壓裂的方法改造儲(chǔ)層，壓后合采的方式進(jìn)行生產(chǎn)。分層壓裂-工具分壓，全部層施工結(jié)束后統(tǒng)一返排，如果先壓裂層壓裂液浸泡時(shí)間長(zhǎng)，會(huì)增加水鎖效應(yīng)和傷害[7]。同時(shí)又由于先壓裂層不放噴，可能對(duì)濾失較低的層壓力傳導(dǎo)慢，在裂縫處于張開(kāi)的狀態(tài)下，隨著壓后溫度場(chǎng)的變化，壓裂液破膠，必然產(chǎn)生支撐劑沉降而使得支撐剖面得不到優(yōu)化。
2.3.2對(duì)策研究
2.3.2.1 破膠劑用量?jī)?yōu)化
    根據(jù)施工時(shí)間和溫度場(chǎng)的變化以及施工的順序優(yōu)化每層破膠劑的加量，如第一層與第二層的施工間隔為40～60min，則實(shí)際第一層壓后停泵到開(kāi)井放噴的時(shí)間為2～3h，結(jié)合壓裂液體系破膠評(píng)價(jià)結(jié)果，因此可以優(yōu)化第一層施工破膠劑的追加剖面為0.01%、0.015%、0.02%、0.025%和0.03%，其中膠囊破膠劑的比例為60%。這樣第二層破膠劑的追加剖面為0.03%、0.04%、0.05%和0.06%，其中膠囊破膠劑的比例為35%。
2.3.2.2 縫高控制優(yōu)化
    通過(guò)使用沉式隔離劑在裂縫底部形成壓實(shí)的低滲透區(qū)，阻止裂縫向下延伸?？赏ㄟ^(guò)線性膠攜帶小粒徑陶粒，進(jìn)裂縫后停泵沉降到縫底，起到控制裂縫高度向下過(guò)度延伸的作用。圖3、4為裂縫易向下延伸情況，通過(guò)采取前置液支撐劑停泵沉降可以實(shí)現(xiàn)合理剖面的優(yōu)化。
 
2.4 測(cè)試分析技術(shù)
2.4.1難點(diǎn)分析
    對(duì)于已改造和未改造的井，需要進(jìn)行例如小型壓裂測(cè)試等技術(shù)以獲取地層參數(shù)，為進(jìn)一步壓裂改造提供技術(shù)支持。
2.4.2對(duì)策研究
    為了解地層參數(shù)，保證主壓裂施工順利進(jìn)行，在主壓裂施工前進(jìn)行一次小型測(cè)試壓裂，即用少量的液體(10～20m3)不加砂施工，最終泵車分批停泵，變化幾個(gè)排量臺(tái)階，每個(gè)臺(tái)階持續(xù)30s左右。小型壓裂的主要目的是了解地層閉合壓力、延伸壓力、濾失情況、天然裂縫發(fā)育情況、近井摩阻、孔眼摩阻、壓裂液效率等，在加深對(duì)儲(chǔ)層認(rèn)識(shí)的同時(shí)，調(diào)整施工參數(shù)，確保施工成功。通過(guò)計(jì)算可以得到裂縫閉合壓力，再利用G函數(shù)、平方根、雙對(duì)數(shù)曲線，認(rèn)識(shí)天然裂縫發(fā)育情況，指導(dǎo)壓裂施工參數(shù)，使施工順利完成，并獲得很好的效果。因此通過(guò)測(cè)試分析既有利于施工的完成，也能分析出效果與儲(chǔ)層之間的關(guān)系。
3 結(jié)論
    1) 系統(tǒng)的儲(chǔ)層壓前評(píng)估技術(shù)是蘇里格氣田壓裂設(shè)計(jì)研究的基礎(chǔ)，也是合理的壓裂方式(分壓、合壓)確定的保障。
    2) 優(yōu)化不同物性條件下的裂縫參數(shù)，包括縫長(zhǎng)和導(dǎo)流能力，使單井的優(yōu)化上升到整個(gè)井網(wǎng)和長(zhǎng)期開(kāi)采動(dòng)態(tài)中，同時(shí)認(rèn)識(shí)到氣藏對(duì)導(dǎo)流能力的真實(shí)需求，也使單井的壓裂方案在整體方案的指導(dǎo)下更為合理。
    3) 從儲(chǔ)層的地應(yīng)力剖面出發(fā)，分析目的層裂縫的延伸情況是設(shè)計(jì)各個(gè)參數(shù)的基礎(chǔ)，利用施工參數(shù)優(yōu)化以及支撐劑沉降和強(qiáng)制閉合等技術(shù)優(yōu)化支撐剖面。根據(jù)分層壓裂的各層的特點(diǎn)，優(yōu)化破膠劑用量和放噴方式也是合理優(yōu)化支撐剖面的技術(shù)之一。
    4) 壓前小型壓裂分析，有利于施工的順利完成和達(dá)到認(rèn)識(shí)儲(chǔ)層的目的，從而從工藝的角度來(lái)分析壓裂改造效果的好與壞，有利于指導(dǎo)下一步工作。
    5) 通過(guò)應(yīng)用該技術(shù)，使得壓裂改造的裂縫參數(shù)與儲(chǔ)層的匹配更加緊密；根據(jù)應(yīng)力特征優(yōu)化的參數(shù)更有針對(duì)性，有利于獲得合理的裂縫剖面，為蘇里格氣田的儲(chǔ)層改造工作提供了新的技術(shù)手段。
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(本文作者：才博1 王欣2 蔣廷學(xué)2 舒玉華2 段瑤瑤2 1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)能源學(xué)院 2.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院廊坊分院)