“井工廠”壓裂模式在大牛地氣田的應用

李克智 何 青 秦玉英 李國鋒 張永春 李月麗

（中國石化華北分公司，河南鄭州 450006）

大牛地氣田位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡北部，上古生界砂巖氣藏埋深2 500～2 900 m，水平井開發(fā)目的層主要為太2、山1、山2及盒1氣層。儲層以辮狀河流相沉積為主，縱向上交錯疊合發(fā)育，平面上分片展布，非均質(zhì)性較強，氣藏內(nèi)部差別較大，呈現(xiàn)出“三低兩高”的特征（低壓、低滲、低孔，有效應力高、基塊毛管壓力高），是一個典型的低壓、低孔、低含氣飽和度的致密氣藏。

大牛地氣田盒1氣層平均孔隙度9.09%，平均滲透率0.55 mD，地層壓力系數(shù)0.91，采用水平井分段壓裂工藝獲得了較好的改造效果，截至2012年5月底，盒1氣層水平井壓后平均無阻流量達7.56×104m3/d［1］。為進一步提高大牛地氣田盒1氣層的儲量動用程度，評價水平井組開發(fā)的經(jīng)濟技術(shù)可行性，引進了“井工廠”壓裂模式，在大牛地氣田已成熟應用的多級管外封隔器水平井分段壓裂工藝的基礎(chǔ)上，開展了叢式水平井組同步壓裂工藝研究。大牛地氣田R井組的成功試驗表明，該技術(shù)的實施可提高氣田的開發(fā)效率，降低單井開發(fā)成本，為實現(xiàn)油氣增產(chǎn)“二次跨越”提供了技術(shù)儲備。

1 施工難點及對策

大牛地氣田R叢式水平井組6口井的井眼軌跡采用放射狀“米”字型布局，采用二維軌道（圖1），便于現(xiàn)場施工及后續(xù)壓裂管柱的下入。

圖1 R水平井組井眼軌道示意圖

1.1 施工難點

“井工廠”壓裂模式指以密集的井位形成一個開發(fā)“工廠”，流水線式集中壓裂，目的是通過一體化、批量化施工提高效率，降低平均單次成本［2-3］。目前“井工廠”壓裂模式可借鑒理論、經(jīng)驗較少，設計和施工均存在很大困難。

（1）施工參數(shù)優(yōu)化要求高。叢式井組各水平井A靶點之間間距較小，對裂縫整體布局、壓裂順序、縫長、排量、砂比等施工參數(shù)優(yōu)化要求高。

（2）現(xiàn)場組織實施復雜。大牛地氣田2011年實施多級管外封隔器分段壓裂井（水平段1 000 m左右）統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，單井壓裂入井液量多（2 500 m3）、加砂規(guī)模大（315 m3）、罐具數(shù)量多（90～95 罐）、井場要求大（70 m×60 m）、返排液量多，因此現(xiàn)場組織實施同步壓裂施工難度較大。

1.2 對策

（1）考慮井網(wǎng)影響，依據(jù)各水平井的井眼軌跡，優(yōu)化壓裂次序、裂縫布局、裂縫長度和加砂規(guī)模等施工參數(shù)，避免縫間干擾，避免壓竄裂縫，達到深度改造的目的，進一步提高改造效果；依據(jù)水平井段方位與最小主地應力方位的夾角、施工壓力的變化，優(yōu)選段塞數(shù)量和最高砂液比，確保不出現(xiàn)早期脫砂等現(xiàn)象。

（2）采用成熟的壓裂液配方體系、分段破膠和伴注液氮技術(shù)，盡可能減小對地層的傷害。

（3）合理利用壓裂車組、壓裂液罐和排液池，優(yōu)化液罐和壓裂設備的數(shù)量，在管理上降低成本，達到“省時、省力、省錢”的目的。

（4）進行裂縫實時監(jiān)測，確定裂縫分布，優(yōu)化壓裂工藝，調(diào)整施工參數(shù)。壓裂過程中掌握裂縫的分布，實時監(jiān)測壓裂過程，依據(jù)實際裂縫延伸情況隨時調(diào)整泵注方案，優(yōu)化壓裂工藝，做到同步調(diào)整。

2 壓裂方案優(yōu)化

2.1 壓裂工藝

結(jié)合盒1氣層儲層工程地質(zhì)特征，考慮同步壓裂、擴大井網(wǎng)泄氣面積及縮短作業(yè)周期等方面因素，優(yōu)選大牛地氣田成熟應用的多級管外封隔器分段壓裂工藝［4］。

2.2 壓裂順序

結(jié)合“井工廠”壓裂模式理念，根據(jù)地質(zhì)概況和井場井位分布，同時考慮降低成本、保障大牛地氣田會戰(zhàn)進度，確定壓裂順序：R-2H井→R-1H井→R-4H+ R-6H井→R-3H+ R-5H井。

2.3 滑套/噴嘴位置優(yōu)化

以井組考慮，同側(cè)3口井的壓裂裂縫進行交叉設計（圖2），同時結(jié)合錄井、氣測、隨鉆伽馬資料進行選段，避免縫間干擾：（1）相鄰兩口井之間采用交錯排列方式；（2）滑套/噴嘴盡量放置在錄井顯示好、AVO（Amplitude Versus Offset,振幅隨偏移距的變化）也好的位置（圖2）。

2.4 裂縫間距及壓裂段數(shù)優(yōu)化

合理的裂縫間距應綜合考慮儲量動用程度和保證水平井具有較高的產(chǎn)能。以氣藏儲層條件為基礎(chǔ)，分別利用氣藏數(shù)值模擬法及極限控氣半徑公式優(yōu)化水平井裂縫間距［5］。綜合兩種方法，結(jié)合前期水平井壓裂經(jīng)驗［6］，確定氣藏水平井的合理裂縫間距為135～166 m時不存在裂縫間干擾。1 000 m水平段壓裂段數(shù)為7～8段。

2.5 施工參數(shù)優(yōu)化

結(jié)合儲層工程地質(zhì)特征、單井鉆遇顯示情況以及井網(wǎng)條件對施工參數(shù)進行優(yōu)化。

（1）儲層砂巖彈性模量為18.76 GPa，利于壓裂裂縫的延伸［7］。

（2）根據(jù)單井的錄井顯示以及封隔器控制范圍，在全烴顯示好的位置以及封隔器間距大的地方，適當加大加砂量，全烴顯示差的位置以及封隔器間距小的地方，適當減少加砂量。

（3）考慮避免R井組相鄰井水平段裂縫延伸可能產(chǎn)生的裂縫干擾，B靶點附近擴大有效改造體積，造長縫，適當提高施工排量和加砂規(guī)模；A靶點附近結(jié)合鄰井對應壓裂點之間距離控制縫長，適當控制加砂規(guī)模（30 m3左右），并降低施工排量。

結(jié)合前期施工經(jīng)驗，單井裂縫長度130 m，裂縫高度50 m，裂縫寬度4.0 mm，優(yōu)化施工參數(shù)為：加砂規(guī)模第一級為42 m3，逐級降低至30 m3左右；施工排量由4.5 m3/min逐級降低至4.0 m3/min；前置液比例由41%逐級降低至37%；砂比為20%～23%左右；采用漸進式加砂程序，10%→16%→22%→28%→32%→38%逐漸增加；液氮伴注比例9%～6%，從B靶點到A靶點逐漸減少，液氮注入量大，孔隙壓力增加值大，促使更好排液。

各井壓裂施工設計及參數(shù)模擬見表1，其中兩井同壓模擬時考慮以下問題：（1）根據(jù)單井壓裂施工情況及裂縫監(jiān)測情況進行調(diào)整；（2）R-3、R-4井壓裂規(guī)模適當減小，避免井間壓連通，保證施工安全；（3）R-5、R-6井壓裂規(guī)模適當加大，增加邊部壓裂改造體積。

表1 R井組壓裂施工設計參數(shù)

2.6 壓裂液體系、支撐劑優(yōu)選

2.6.1 壓裂液體系 選用前期單井施工應用成熟的羥丙基瓜膠壓裂液體系，基液配方：0.45%HPG（一級）＋1.0%KCl+0.1%甲醛+1%起泡劑+0.2%助排劑+0.2%Na2CO3。該體系采用BCL-61交聯(lián)劑；前置液階段現(xiàn)場添加膠囊破膠劑，攜砂液和頂替液階段現(xiàn)場楔形追加過硫酸銨，根據(jù)現(xiàn)場實際情況調(diào)整各級加入比例，盡量做到分段同時破膠，減少前幾段由于破膠時間早造成的水鎖傷害。

基液黏度在室溫剪切速率170 s–1下為57 mPa·s，交聯(lián)時間96 s；在89 ℃條件下，0.5 h測得壓裂液破膠水化液黏度1.25 mPa·s；壓裂液破膠液殘渣210 mg/L；壓裂液濾液對巖心的平均傷害率為20%。該壓裂液體系中溫、耐剪切性能好、較低殘渣含量、低濾失、低傷害［8］。

2.6.2 支撐劑 根據(jù)鄰井施工資料反映，區(qū)塊裂縫延伸壓力梯度為0.017～0.019 MPa/m，地層閉合壓力43～48 MPa，目前大牛地氣田常用的20/40目、強度52 MPa中密度陶粒通過多次的試驗評價，滿足裂縫導流能力需求。

3 現(xiàn)場應用

從2012年5月20日—6月1日，共對R井組6口井開展了“井工廠”模式壓裂，6口井累計無阻流量77.63×104m3/d，平均無阻流量12.94×104m3/d，取得了明顯的增產(chǎn)效果（表2）。

表2 現(xiàn)場實施效果統(tǒng)計

3.1 同步壓裂技術(shù)應用

同步壓裂施工時，如何同步是該工藝實施的關(guān)鍵點。現(xiàn)場采取方法如下：同壓時同時起泵，各段打開滑套后各自繼續(xù)壓裂；前4段，施工時間相差若小于20 min則繼續(xù)各自施工，若相差大于20 min，則快的車組打開滑套壓力平穩(wěn)后等待；前4段壓后停泵檢修設備，第5段同時起泵壓裂。該方法的實施保障了同步壓裂的順利進行。

3.2 裂縫監(jiān)測及現(xiàn)場實時調(diào)整

采用3種裂縫監(jiān)測方法對6口井進行了實時裂縫監(jiān)測（表3），確保每口井均有2種監(jiān)測方法進行監(jiān)測解釋。同時現(xiàn)場針對同步壓裂進行了2次實時調(diào)整，初步形成叢式水平井組壓裂現(xiàn)場優(yōu)化調(diào)整技術(shù)，即“優(yōu)化技術(shù)=工程+地質(zhì)+裂縫監(jiān)測+工具”，工程方面分析壓裂施工曲線變化，地質(zhì)方面分析單井鉆遇情況，同時結(jié)合裂縫監(jiān)測縫長、方位等參數(shù)以及單井球座尺寸大小，優(yōu)化靠近A靶點各級規(guī)模、排量，保證了2次優(yōu)化調(diào)整后施工的順利進行。

表3 R井組裂縫監(jiān)測統(tǒng)計

3.3 突發(fā)情況應急處理

現(xiàn)場大規(guī)模施工及同步壓裂試驗易出現(xiàn)以下突發(fā)情況，如滑套打開不明顯、滑套打不開、砂堵、施工中出現(xiàn)異常壓力、投球不到位、壓連通、返排液量大、污水及時轉(zhuǎn)移等，為此，成立現(xiàn)場技術(shù)領(lǐng)導小組，制定詳細的應急預案，確保井組“井工廠”模式壓裂成功實施。其中R-3井因投球滑套提前打開，放棄了3段施工。

4 結(jié)論

（1）水平井井組“井工廠”壓裂模式在大牛地氣田R井組獲得成功應用，有效提升了盒1氣層難動用儲量的動用程度，為利用水平井組“井工廠”壓裂模式開發(fā)致密砂巖氣藏積累了經(jīng)驗。

（2）初步形成的叢式水平井組裂縫及壓裂設計參數(shù)優(yōu)化技術(shù)、同步壓裂及裂縫監(jiān)測實時調(diào)整技術(shù)可為其他油氣田采用水平井組開發(fā)提供經(jīng)驗借鑒。

（3）目前井組6口井采用二維放射狀井眼軌跡，井口距離較大，征地面積過多；B靶點附近裂縫長度未能溝通全部儲層。建議繼續(xù)開展水平井組三維軌跡設計優(yōu)化及試驗應用，進一步縮小井場面積，優(yōu)化鉆機可移動性，降低搬遷周期和難度，實現(xiàn)“井工廠”作業(yè)，同時繼續(xù)開展水平井叢式井組設計優(yōu)化研究，動用更多難動用儲量，增加井組改造體積及改造效果。

［1］秦玉英，楊同玉.華北分公司致密低滲油氣藏水平井分段壓裂技術(shù)進展［A］//中國石化油氣開采技術(shù)論壇論文集（2012）［C］.北京：中國石化出版社， 2012：69-75.

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［6］玉英.水平井壓裂技術(shù)在大牛地氣田的試驗應用［A］//中國石化油氣開采技術(shù)論壇論文集（2009）［C］.北京：中國石化出版社， 2009.

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