體積壓裂工藝技術在致密氣田的研究與應用

蘇國輝，韓巧榮，馬新星，王歷歷

（中國石油長慶油田分公司油氣工藝研究院，陜西西安 710021）

體積壓裂工藝做法是混合壓裂工藝+大排量注入+低黏壓裂液，該工藝技術有三個關鍵的條件：首先，儲層巖石的脆性礦物是實現體積壓裂改造的物質基礎；其次，天然裂縫發育狀況是能否產生復雜裂縫，實現體積壓裂的前提條件；最后，地應力差值越小，越易形成復雜縫網裂縫[1-3]。

1 巖石脆性程度

利用偶極聲波測井數據，首先由縱橫波的速度計算動態楊氏模量YM_C和泊松比PR_C，再根據室內巖石力學參數測定的靜態楊氏模量YM校和動態楊氏模量，最終確定巖石脆性指數（SPE-115258）：

式中：Vp-縱波；Vs-橫波；YM-楊氏模量；PR-泊松比；BRIT-巖石脆性程度。

據此計算蘇東53-a井巖石脆性，石盒子組泥巖段的巖石脆性為20～45，平均為36；砂巖段的巖石脆性為40～60，平均為48。計算蘇東15-a井巖石脆性，石盒子組泥巖段的巖石脆性為25～45，平均為39；砂巖段的巖石脆性為45～60，平均為54。脆性計算表明，蘇里格氣田東區砂巖段巖石脆性指數范圍為40～60，具備實施體積壓裂改造的物質基礎。

2 天然裂縫評價

天然裂縫發育狀況是能否產生復雜裂縫，實現體積壓裂的前提條件。而且對于體積壓裂，天然裂縫可以降低分支縫的形成所需凈壓力。天然裂縫性儲層使天然裂縫張開形成分支裂縫的力學條件為施工裂縫內凈壓力超過儲層水平主應力差值。裂縫在巖石本體破裂，裂縫內的凈壓力在數值上至少要大于（σH-σh）+St即主裂縫支撐縫長達到預期目標要求后，刻意增加凈壓力，形成多個分支縫，力爭造成復雜的網絡裂縫系統，理論研究表明，裂縫延伸凈壓力一旦大于兩個水平主應力的差值與巖石的抗張強度之和，則容易產生分支縫。

統計表明，鄂爾多斯盆地儲層孔隙類型以溶孔、晶間孔為主，發育一定的微裂隙（見圖1）。

3 儲層凈壓力分析

在形成一定長度高導流主縫后追求次生低導流支縫，即在主裂縫支撐縫長達到預期目標要求后，刻意增加凈壓力，力爭形成多個分支縫。結合抗張強度與應力測試結果，計算了不同階段裂縫凈壓力要求（見表1）。

4 體積壓裂排量設計

針對形成網絡裂縫所需的凈壓力要求，利用軟件建立了蘇里格氣田盒8層壓裂地質剖面模型，模擬計算了不同排量下的縫內凈壓力數值（見圖2）。

模擬研究表明：隨著注入排量、液體黏度的增加，裂縫凈壓力逐漸增加，排量10 m3/min，胍膠基液注入凈壓力達到12 MPa以上，交聯胍膠注入凈壓力約達到15 MPa。

5 現場試驗

2016年7月，以“大液量、大排量、低砂量和小粒徑支撐劑”為核心設計參數在蘇里格東區開展了致密氣儲層第一口體積壓裂探索試驗即蘇東b1井進行體積壓裂現場試驗。該井改造方式為23/8″油管、51/2″套管油套管環空注入壓裂盒8層，破裂壓力49.9 MPa，施工壓力 37.9 MPa～54 MPa，停泵12.4 MPa，油管監測壓力，施工油壓為14.5 MPa～17.1 MPa，試氣無阻流量7.402 8×104m3/d，是鄰井的 2.4～3.2 倍，改造效果比較明顯。從壓裂前后各向異性顯示成果圖看，儲層在縱向上都得到了改造，主裂縫支撐縫長達到預期目標要求后，排量逐漸增加到10 m3/min刻意增加凈壓力，形成多個分支縫，造成復雜的網絡裂縫系統，從而增大了儲層的泄流面積，提高產量（見表2）。

圖1 蘇里格氣田孔隙類型分布圖

表1 蘇里格東區體積壓裂凈壓力計算結果

圖2 蘇東不同注入排量下縫內凈壓力模擬計算結果

表2 蘇東b1井與鄰井試氣效果對比表

井下微地震監測及壓裂前后各向異性表明，混合壓裂所形成的縫網是以主縫為主，分支縫為輔的裂縫系統，與常規加砂壓裂相比，試驗井改造體積明顯增大，通過室內改造體積的計算，試驗井改造體積增大了3～5倍，儲層在縱向上都得到了改造，主裂縫支撐縫長達到預期目標要求后，排量逐漸增加到10 m3/min刻意增加凈壓力，形成多個分支縫，造成復雜的網絡裂縫系統，從而增大了儲層的泄流面積，提高產量。

6 小結及建議

（1）在前期試驗的基礎上，加強跟蹤總結分析，強化選井選層研究，優化工藝做法，提高改造效果。在不同區塊進行體積壓裂工藝試驗，尋找其適應性；進一步優化體積壓裂工藝參數；做好井下微地震裂縫監測，研究復雜裂縫的形成程度。

（2）優化壓裂液體系。必要時可加入適量的破膠劑，提高壓裂液的破膠能力，減少殘渣對儲層的傷害。

（3）致密儲層經體積壓裂改造以后，建議及時控制放噴，提高返排率。

（4）由于體積壓裂需要大量的壓裂液體，將壓裂返排液進行回收再利用，降低成本。

［1］A practical Use of Shale Petrophysics for Stimulation Design Optimization∶All Shale Plays Are Not Clonse of the Barnett Shale.SPE 115258.

［2］A Settari著.影響裂縫垂向和橫向延伸因素的定量分析［C］.國外壓裂技術及成功經驗文集，2004.

［3］萬仁溥，俞紹誠，等.采油技術手冊［M］.北京：石油工業出社，1998.