摘　要：為了進(jìn)一步提高鄂爾多斯盆地蘇里格氣田水平井單井產(chǎn)量，對(duì)該氣田致密砂巖儲(chǔ)層開展了天然微裂縫、巖石脆性、巖石抗張強(qiáng)度與三向應(yīng)力和儲(chǔ)層敏感性等方面的研究，進(jìn)行了體積壓裂試驗(yàn)。結(jié)合該氣田致密砂巖儲(chǔ)層特點(diǎn)，首先確定了蘇里格氣田水平井體積壓裂的選井原則，在壓裂技術(shù)措施上形成了以下工藝技術(shù)：研發(fā)大通徑壓裂管柱，滿足大排量注入；采用低黏、低傷害液體體系造復(fù)雜縫網(wǎng)；組合粒徑陶粒支撐主裂縫；段內(nèi)多縫壓裂進(jìn)一步增加改造體積。同時(shí)建議排量在10m³／min以上時(shí)，壓裂液體系采用滑溜水和交聯(lián)膠組合方式，支撐劑以40～70目和20～40目的組合粒徑陶粒為主。2012年進(jìn)行了l0口井的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，平均天然氣無(wú)阻流量達(dá)68.07×10⁴m³／d，取得了較好的增產(chǎn)效果。實(shí)踐證明：上述工藝技術(shù)是提高該氣田天然氣單井產(chǎn)量的一種新的技術(shù)手段。

關(guān)鍵詞：蘇里格氣田  致密砂巖  儲(chǔ)集層  改造  體積壓裂  縫網(wǎng)  效果

Volume fracturing and its practices in Sulige tight sandstone gas reservoi rs，Ordos Basin

Abstract：To further improve the yield of a single horizontal well in the Sulige Gas Field，Ordos Basin，a volume fracturing test and relevant studies were carried out of Sulige tight sandstone reservoirs，including natural micro fractures，rock brittleness，rock tensile strength，three dimensional stress and reservoir sensitivity．In combination with the properties of such reservoirs，principles of the horizontal well selection in this field were determined first．The following technologies were formulated based on fracturing measures：i)to make research and development of large drift diameter fracturing pipe columns to meet the need of injection in large displacement；ii)to use the fluid system with low viscosity and low damage to create a complicated fracture network；iii)to combine grain-sized ceramsite to support main fractures；and iv)to further increase the simulated volume through segmental multi-seam fracturing technology．Meanwhile，it is recommended tO use slick water and cross-linking fluid in combination as fracturing fluid and to mainly use 40-70 mesh and 20-40 mesh combined grain-sized ceramsite as proppant．Field tests in lo wells were carried out in 2012，the average open flow capacity of which reached up to 680，700 m³／d．Field practices show that this is a new technical means to improve the single-well production of horizontal wells in the Sulige Gas Field．

Key words：Sulige Gas Field，tight sandstone，reservoir stratum，transformation，volume fracturing，fracture network，effect

致密砂巖氣藏具有低孔滲透、連通性差、自然產(chǎn)能低的特點(diǎn)，經(jīng)濟(jì)有效開發(fā)這類氣藏需要在深化儲(chǔ)層評(píng)價(jià)、掌握有效儲(chǔ)層空間分布規(guī)律的基礎(chǔ)上，采取針對(duì)性增產(chǎn)措施和特殊的鉆井和完井方法。蘇里格氣田是致密砂巖氣藏的代表之一，經(jīng)過(guò)5年的開發(fā)實(shí)踐，蘇里格氣田水平井開發(fā)技術(shù)不斷配套完善，取得了很好的應(yīng)用效果^[1]，為進(jìn)一步提高蘇里格氣田水平井開發(fā)水平，開展體積壓裂試驗(yàn)，提高儲(chǔ)層整體改造程度、初始產(chǎn)量和最終采收率。

1　體積壓裂機(jī)理

吳奇等人結(jié)合國(guó)外研究給出了“體積壓裂”的定義及作用^[2]。通過(guò)壓裂的方式對(duì)儲(chǔ)層實(shí)施改造，在形成一條或者多條主裂縫的同時(shí)，通過(guò)分段多簇射孔、高排量、大液量、低黏液體以及轉(zhuǎn)向材料和技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)天然裂縫、巖石層理的溝通，以及在主裂縫的側(cè)向強(qiáng)制形成次生裂縫，并在次生裂縫上繼續(xù)分枝形成二級(jí)次生裂縫，以此類推，盡最大可能增加改造體積。讓主裂縫與多級(jí)次生裂縫交織形成裂縫網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，將可以進(jìn)行滲流的有效儲(chǔ)集體“打碎”，使裂縫壁面與儲(chǔ)層基質(zhì)的接觸面積最大，使得油氣從任意方向的基質(zhì)向裂縫的滲流距離最短，極大地提高儲(chǔ)層整體滲透率，實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)層在長(zhǎng)、寬、高三維方向的全面改造，增大滲流面積及導(dǎo)流能力，提高初始產(chǎn)量和最終采收率。

2　實(shí)現(xiàn)體積壓裂的條件

儲(chǔ)層巖性具有顯著的脆性特征，是實(shí)現(xiàn)體積改造的物質(zhì)基礎(chǔ)^[3-4]。大量研究及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明：不同區(qū)域，儲(chǔ)層巖石礦物組分差異較大，富含石英或者碳酸鹽巖等脆性礦物的儲(chǔ)層有利于產(chǎn)生復(fù)雜縫網(wǎng)，黏土礦物含量高的塑性地層不易形成復(fù)雜縫網(wǎng)。

天然裂縫發(fā)育狀況及能否產(chǎn)生復(fù)雜縫網(wǎng)，是實(shí)現(xiàn)體積改造的前提條件^[5-6]。天然裂縫存在與否、方位、產(chǎn)狀及數(shù)量直接影響到體積改造裂縫網(wǎng)絡(luò)的形成，而天然裂縫中是否含有充填物對(duì)形成復(fù)雜縫網(wǎng)起著關(guān)鍵作用。無(wú)論天然裂縫是潛在縫或張開縫，或被膠結(jié)物充填，在壓裂過(guò)程中，天然裂縫的開啟所需要的縫內(nèi)凈壓力與注入液體的黏度及排量密切相關(guān)。同時(shí)儲(chǔ)層具弱水敏特征，有利于提高壓裂液規(guī)模，擴(kuò)大改造體積。

3　蘇里格致密砂巖儲(chǔ)層體積壓裂可行性分析

通過(guò)對(duì)國(guó)外體積改造技術(shù)的調(diào)研，認(rèn)為儲(chǔ)層巖石的脆性特征、天然微裂縫發(fā)育及分布情況以及三向應(yīng)力、儲(chǔ)層礦物成分和儲(chǔ)層敏感性是實(shí)現(xiàn)“體積壓裂”的基礎(chǔ)條件。

3．1　天然微裂縫發(fā)育

對(duì)于體積壓裂，天然微裂縫可以降低分支裂縫的形成所需要凈壓力。天然微裂縫性儲(chǔ)層是天然微裂縫張開形成的力學(xué)條件，在施工過(guò)程中，裂縫內(nèi)的凈壓力在數(shù)值上至少大于兩個(gè)水平主應(yīng)力的差值與巖石的抗張強(qiáng)度之和。

從大量巖心觀察表明，蘇里格氣田主要發(fā)育高角度裂縫、垂直裂縫。同時(shí)廣泛分布的低角度斜層理在一定程度上也有利于網(wǎng)狀縫的形成。在顯微鏡下可見到微裂縫及破裂縫。從成像測(cè)井資料來(lái)看，發(fā)育有一定量的天然裂縫，就蘇東X井而言(圖1)，盒8段發(fā)育天然裂縫l7條，平均0.068條／m；山l段共發(fā)育天然裂縫23條，平均0.276條／m?？傮w來(lái)說(shuō)，蘇里格氣田致密砂巖儲(chǔ)層天然裂縫部分發(fā)育。

3．2　巖石硅質(zhì)含量高，脆性系數(shù)高

富含石英或者碳酸鹽巖等脆性礦物的儲(chǔ)層有利于產(chǎn)生復(fù)雜縫網(wǎng)，沉積物源研究表明，山西一石盒子期，盆地北部存在兩大物源區(qū)，西部為中元古界富石英物源區(qū)；東部為太古界相對(duì)貧石英物源區(qū)。受物源控制，區(qū)帶間巖石類型存在明顯差異。蘇里格氣田由兩到東石英含量依次減少，巖屑含量依次增加。從石英含量來(lái)看，西區(qū)和中區(qū)石英含量相對(duì)較高，有利于實(shí)現(xiàn)體積壓裂(表1)。

與北美頁(yè)巖氣相比，蘇里格氣田主力層20塊巖心做巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)，單軸抗壓強(qiáng)度都在20MPa以上，抗拉強(qiáng)度基本在3～9MPa之間，盒8段楊氏模量17760～3917 MPa；泊松比0.21，山l段楊氏模量23860～33350MPa；泊松比0.25，泊松比較低。

應(yīng)力一應(yīng)變分析評(píng)價(jià)認(rèn)為蘇里格氣田盒8段巖石破壞前應(yīng)變1.0％～l.5％，脆性特征明顯。

根據(jù)測(cè)井結(jié)果評(píng)價(jià)砂巖脆性指數(shù)，測(cè)井評(píng)價(jià)認(rèn)為蘇里格氣田砂巖脆性指數(shù)范圍為40～65(表2)。

3．3　巖石抗張強(qiáng)度與三向應(yīng)力

蘇里格致密砂巖儲(chǔ)層測(cè)試水平應(yīng)力差為7.7MPa，計(jì)算抗張強(qiáng)度4.1～6.08MPa，平均為4.91MPa，儲(chǔ)隔層應(yīng)力差為4.3～6.49MPa，裂縫延伸凈壓力設(shè)計(jì)在4.5～13.7MPa．

4　蘇里格氣田體積壓裂實(shí)踐

4．1　選井原則

通過(guò)對(duì)體積壓裂機(jī)理和實(shí)現(xiàn)體積壓裂條件的分析，結(jié)合蘇里格致密砂巖儲(chǔ)層特點(diǎn)，認(rèn)為蘇里格氣田水平井體積壓裂選取應(yīng)遵循以下原則：①蘇里格氣田中區(qū)盒8下亞段疊置砂體發(fā)育且石英含量高，是體積壓裂的首選區(qū)帶，②避開水區(qū)且試驗(yàn)井目的層段上下無(wú)明顯水層；③目前氣價(jià)條件下體積壓裂改造氣層厚度大于6m；④砂體厚度大且隔夾層厚度小于1m，采用體積壓裂可有效提高動(dòng)用程度；⑤體積壓裂盡量在含石英砂巖高的儲(chǔ)層中開展。

4．2　技術(shù)措施

根據(jù)體積壓裂實(shí)現(xiàn)條件，針對(duì)致密氣藏以“提高凈壓力，開啟和支撐次生裂縫”為關(guān)鍵點(diǎn)，在脆性指數(shù)、微裂隙發(fā)育程度、三向應(yīng)力場(chǎng)、抗張抗剪切強(qiáng)度研究基礎(chǔ)上，在蘇里格氣田有針對(duì)性地展開體積壓裂實(shí)踐。

4．2．1研發(fā)大通徑壓裂管柱，滿足大排量注入

前期Æ88.9mm裸眼封隔器分段壓裂工藝施工排量小于4.5m³／rain，無(wú)法滿足大排量“體積壓裂”改造需求，為此積極攻克技術(shù)難點(diǎn)，研發(fā)了適合于體積壓裂的Æll4.3mm大通徑分段壓裂管柱，具備分壓23段的能力^[7]?，F(xiàn)場(chǎng)最大排量達(dá)到11.0m³／min，最高應(yīng)用10段，單段最大加砂l21.3m³，單井最大加砂1005.5m³。

4．2．2采用低黏、低傷害液體體系造復(fù)雜縫網(wǎng)

當(dāng)液體類型為牛頓流體時(shí)，壓裂液黏度越小，縫內(nèi)壓力變化越小，壓力傳導(dǎo)越遠(yuǎn)，能溝通更多的天然裂縫，且易使微裂縫產(chǎn)生錯(cuò)位和滑移，有效地增加縫網(wǎng)的波及面積，而小粒徑支撐劑則更易進(jìn)入到細(xì)小的裂縫中起到支撐作用，也會(huì)提高裂縫導(dǎo)流能力。

由于致密砂巖儲(chǔ)層特點(diǎn)和體積壓裂入地液量巨大的特點(diǎn)，要求壓裂液要具有較低傷害、高返排能力的特點(diǎn)。在壓裂的不同階段分別采用滑溜水^[8]、低濃度胍膠基液和交聯(lián)胍膠作為工作液，具有較低傷害、低黏度的特點(diǎn)，同時(shí)采用了高性能的助排劑和黏度穩(wěn)定劑，達(dá)到了強(qiáng)化排液的目的(表3)。

4．2．3組合粒徑陶粒支撐主裂縫

在前置液階段先采用大排量注入滑溜水，開啟和支撐天然微裂縫；在前置液后期和開始加砂時(shí)采用胍膠基液作為工作液，加入40～70目支撐劑，擴(kuò)大天然裂縫開啟程度；在高砂比階段大排量注入交聯(lián)胍膠和20～40目支撐劑，達(dá)到支撐主裂縫，提高主裂縫導(dǎo)流能力的目的(表4)。

4．2．4段內(nèi)多縫壓裂進(jìn)一步增加改造體積

段內(nèi)多縫體積壓裂可以有效動(dòng)用不同滲透率級(jí)別層段，在儲(chǔ)層中形成一定程度的復(fù)雜縫網(wǎng)，進(jìn)一步增加改造體積，從而提高單井產(chǎn)量和采收率^[9-10]。具體做法是在水平井裸眼完井條件下一次性下入水平井裸眼分段壓裂管柱，段內(nèi)加暫堵劑實(shí)現(xiàn)段內(nèi)多縫，逐級(jí)投球打開滑套并封堵下層油管，實(shí)現(xiàn)水平井裸眼段多級(jí)多段壓裂改造規(guī)模(圖2)。

4．3　現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2012年在蘇里格氣田致密砂巖儲(chǔ)層水平井共采用體積壓裂10口，最大改造段數(shù)l0段，最大排量llm³／min，單井最大加砂量l055.5m³，最大入地液量12877.3m³，平均無(wú)阻流量68.07×10⁴m³／d，中區(qū)、西區(qū)與相同區(qū)塊水平井采用常規(guī)壓裂相比，無(wú)阻流量明顯增加，取得了較好改造效果，東區(qū)H井由于鉆遇砂體厚度大、薄隔層發(fā)育，通過(guò)體積壓裂，增加了縱向溝通體積，也取得了好的效果(表5)，而I井、J井由于鉆遇砂體厚度薄、儲(chǔ)層巖屑含量高、孔喉細(xì)微，儲(chǔ)層敏感性強(qiáng)，改造效果不理想。

5　結(jié)論與認(rèn)識(shí)

1)對(duì)蘇里格致密砂巖儲(chǔ)層天然微裂縫、巖石脆性、巖石抗張強(qiáng)度與三向應(yīng)力和儲(chǔ)層敏感性等方面進(jìn)行了研究，認(rèn)為有開展體積壓裂的物質(zhì)基礎(chǔ)和實(shí)現(xiàn)條件。

2)結(jié)合蘇里格致密砂巖儲(chǔ)層特點(diǎn)，通過(guò)對(duì)體積壓裂機(jī)理和實(shí)現(xiàn)體積壓裂條件的分析，提出了蘇格氣田水平井體積壓裂選井原則。

3)針對(duì)蘇里格致密砂巖氣藏，可以采用水平井大通徑分級(jí)體積壓裂技術(shù)，基本特點(diǎn)為：大液量、大排量、大砂量、低黏度、段內(nèi)多縫。建議排量在10m³／min以上，壓裂液體系采用滑溜水和交聯(lián)膠組合方式，支撐劑以40～70目和20～40目的組合粒徑陶粒為主。

4)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)l0口，平均無(wú)阻流量68.07×10⁴m³／d，與相同區(qū)塊水平井相比，取得了較好改造效果。

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本文作者：李進(jìn)步  白建文  朱李安  賈建鵬  祖凱  韓紅旭

作者單位：低滲透油氣田勘探開發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室

  中困石油長(zhǎng)慶油田公司蘇里格氣田研究中心

  中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司工程監(jiān)督處