高廟氣田砂巖氣藏水平井分段壓裂技術研究與應用

2016-06-28 10:00:42黃禹忠王興文滕小蘭顏晉川

石油地質與工程 2016年2期

劉　琦，黃禹忠，王興文，劉　斌，滕小蘭，顏晉川

(中石化西南油氣分公司石油工程技術研究院，四川德陽 618000)

劉琦，黃禹忠，王興文，劉斌，滕小蘭，顏晉川

(中石化西南油氣分公司石油工程技術研究院，四川德陽 618000)

摘要：川西地區高廟氣田沙一氣藏儲層低滲致密，受窄河道控制，井位部署空間受限，水平井壓后返排時間長，返排率通常較低。為高效經濟地開采儲量，通過川西地區近幾年的水平井壓裂實踐，研究應用了裂縫參數優化技術+脈沖式柱塞加砂技術+超低密度支撐劑+K344封隔器的組合技術。通過裂縫參數優化技術分析合理的裂縫間距和裂縫導流能力，采用脈沖式柱塞加砂技術和超低密度支撐劑可形成更加有效的裂縫支撐剖面，應用K344封隔器分段壓裂增加返排通道，以降低對儲層的傷害。該組合技術在沙一氣藏進行了兩口水平井的先導性試驗，施工成功率100%，24小時內返排率均達到60%以上，增產效果顯著。

關鍵詞：高廟氣田；沙一氣藏；高致密砂巖;水平井分段壓裂

高廟氣田沙一氣藏[1]位于四川省德陽市中江縣，埋深為1 800～2 000m，沉積微相以分流河道為主，寬度僅400m左右，為典型的窄河道砂體，呈近南北向展布。儲層孔隙度平均值為8.38%，滲透率平均值為0.1×10-3μm2，原始壓力系數1.73，含氣性受到構造、物性等多重因素影響，氣藏屬于低滲致密異常高壓構造-巖性氣藏。當前開發方式主要為單水平井沿河道連續部署開采地質儲量，水平井分段壓裂是必要的增產手段，需要優化分段壓裂裂縫參數，解決返排困難、產能低、穩產差等問題。本文通過數值模擬方法，借鑒近幾年水平井壓裂實踐經驗，針對性地開展了裂縫參數優化技術+脈沖式柱塞加砂技術+超低密度支撐劑+K344封隔器的組合技術研究與應用，取得了較好的應用效果。

1裂縫參數優化技術

國內對致密砂巖氣藏水平井壓裂的裂縫參數的研究方法[2-6]主要有裂縫模型、滲流-裂縫耦合模型、產能預測模型、數值模型、電解模型等。本文利用數值模擬方法探究氣藏合理的裂縫參數，地質模型的網格數為80×50×1，在X，Y方向上選用的網格步長相等，DX=DY=10m,DZ=20m。目前該氣藏水平井儲層類型多為II類和III類組合型儲層，因此將X方向單數網格賦值II類儲層物性(孔隙度φ=0.12，滲透率K=0.1×10-3μm2，含水飽和度Sw=0.5)，雙數網格賦值III類儲層物性(φ=0.08，K=0.05×10-3μm2，Sw=0.55)。

水平段長700m，用近井筒模型PEBI網格對水平段加密, 選擇垂直于井筒方向的狹長網格，賦予高滲透率來模擬裂縫，建立分段壓裂模型。以定產氣量方式生產，初始產量5×104m3/d，生產時間為5年。水平段均勻布縫4～20條，考慮最大程度控制河道砂體，設置裂縫半長為200m，裂縫導流能力設置為1.25～20μm2·cm。模擬研究首先給定裂縫導流能力為5μm2·cm，模擬得出最優的裂縫條數。然后以最佳裂縫條數來優化裂縫導流能力。

模擬計算結果見圖1，圖2，可以看出，如果裂縫條數超過13縫，累計產量增加幅度減小，裂縫導流能力超過10μm2·cm可繼續提高累計產量，但對氣藏開采的影響程度很小。因此認為最佳的裂縫條數為13，對應的裂縫間距為50m，最佳的裂縫導流能力為10μm2·cm。

圖1　不同裂縫條數下的累計產氣量

圖2　不同裂縫導流能力下的累計產氣量

2分段壓裂技術

2.1脈沖式柱塞加砂技術

與常規工藝線性加砂和階梯加砂的支撐劑充層相比，脈沖式柱塞加砂技術[7]形成的開放性滲流通道能夠提供較高的滲透率和導流能力，這有助于改善裂縫清潔度、降低人工裂縫的壓降、增加壓裂有效縫長，從而達到延長單井采氣壽命、提高產能效益的目的。該技術在川西地區致密砂巖氣藏已全面推廣使用，比常規工藝支撐劑成本降低44%～47%，能有效提高有效縫長，有效縫長與動態縫長比值提高約16%，測試歸一化產量是鄰井1～7倍，降本增效明顯。

2.2超低密度支撐劑

與常規支撐劑相比，超低密度支撐劑具有以下優點[8-9]：鋪砂濃度低，有效支撐裂縫面積提高5倍以上，能使裂縫保持長期良好的導流能力；減小地層傷害，有效避免支撐劑在裂縫中的沉降；不會產生破碎、凹陷和碎屑，即使在變形條件下，也可使裂縫張開。

在獲得水平井最優裂縫參數后，在平均砂比、動態半縫長、導流能力一定的情況下，考慮應力差，對不同施工規模下的壓裂縫長進行了模擬計算，結果見表1。

2.3K344封隔器

K344封隔器[10]是一種水力擴張式封隔器，懸掛式固定，液壓坐封，液壓解封。與Y341封隔器一樣可實現不動管柱分層壓裂，施工完成后自動解封，使水平井各段油套都能有效連通，很容易建立井內循環。根據K344封隔器在川西地區致密砂巖氣藏的應用[11]，K344封隔器解封后能實現流動通道暢通，較Y341封隔器縮短排液測試時間30%以上，有效減少了液體對儲層的傷害，壓裂井增產效果明顯。