低滲透油藏縫網壓裂可行性和井網優化研究

郭冰柔，張 悅，黃 丹，尹 霜

（成都理工大學能源學院，四川成都 610059）

縫網是指在達到預期目標裂縫長度的主裂縫基礎上，通過一定技術手段，產生各個方向的分支縫，最終在地層中形成縱橫交錯的縫網系統[1]。縫網壓裂在碳酸鹽巖儲層和頁巖氣藏中得到大量應用，目前仍然處于探索階段。對于低滲透油藏，縫網壓裂作為一種主要的開發方式，在國內的研究和油田中的應用有著廣闊的發展空間。

Z油田位于松遼盆地中部凹陷區階地西部，在詳細研究Z油田地質特征和合理井網井距論證方法基礎上，利用啟動壓力梯度和地層壓力分布關系，建立低滲透油藏有效壓力驅動系統評價模型，優化Z油田縫網壓裂井合理井網井距。

1 直井縫網壓裂可行性分析

1.1 礦物成分可行性分析

松遼盆地Z油田油層埋藏較深，成巖作用強，巖性相對致密，Y-1 區塊有效孔隙度為13.5%，滲透率為0.9×10-3μm2；Y52井有效孔隙度為 12.2%，滲透率為0.89×10-3μm2。從 Y7-5井巖心電鏡掃描圖可以看出，孔隙不發育，見少量粒間孔隙，以大量伊利石、伊蒙混層及束狀、絮粒狀方解石為主要膠結物，綠泥石、綠蒙混層次之，常見石英加大、長石淋濾（見圖1）。從Y7-5井巖心電鏡掃描照片看出，孔隙較發育，連通較差，以伊利石、伊蒙混層、方解石為主要膠結物，綠泥石、綠蒙混層次之。常見較多的石英加大，長石加大，長石淋濾。

實現縫網壓裂的條件之一是儲層具有顯著的脆性特征[2]，脆性特征參數與儲層的可壓性呈正相關。富含石英等脆性礦物的儲層更利于產生復雜縫網，黏土礦物含量高的塑性地層反之[3]。Z油田Ⅰ組油層巖石脆性特征參數34.7，裂縫形態屬于多縫區，滿足形成縫網的基本地質要求。

1.2 結構弱面的可行性分析

儲層中存在一定的結構弱面或者基質中的薄弱點是誘發裂縫網的前提條件[4]。結構弱面通常包括天然裂縫、節理和層理，它的抗張強度遠小于基巖抗張強度。

經過統計得到，研究區17 口井的1 243.6 m 巖心中，共發現構造縫34 條，平均密度為0.04 條/米。構造縫主要為高角度垂直縫，發育方向以東西向為主（見表1）。

試驗區進行7 口井微電阻率及多極子陣列聲波測井，試驗區局部井見大量微裂縫，統計共發育裂縫48條，平均0.036 條/米。多裂縫近井啟裂機理研究成果表明：在局部裂縫發育的井進行網縫壓裂，有利于提高裂縫儲層改造體積。

表1 Z油田與東西兩側油田構造裂縫發育程度對比表

1.3 地應力角度的可行性論證

統計本試驗區內2 口井的資料，最大地應力方向為NE84.6°，最大水平主應力為31.8 MPa，最小水平主應力為28.7 MPa，應力差異系數為0.11，最大最小水平地應力差在3 MPa 左右，研究結果表明：低水平應力差有助于提高網縫橫向波及寬度，有利于提高網縫儲層改造體積（見表2）。

表2 Z油田地應力解釋成果

1.4 夾角與水平應力對縫網壓裂的影響

當主裂縫和天然裂縫的夾角小于30°時，天然裂縫都會張開，改變延伸路徑，創造形成縫網的有利條件；當夾角在30°～60°時，在水平應力差較低時，天然裂縫會張開形成縫網，而在高應力差下天然裂縫不會張開，主裂縫直接穿過天然裂縫向前延伸，不形成縫網；當夾角超過60°時，無論水平應力差多大，天然裂縫都不會張開，不具有形成縫網的條件[5]。

Z油田在油層段裂縫發育，根據資料統計1 327 m處共發育裂縫48 條，平均0.036 條/米，裂縫發育方向為NE75°～95°，最大水平主應力方向為近東西向，壓裂時微地震測試表明，人工裂縫方位與天然裂縫一致。水力裂縫與天然裂縫夾角小，有利于縫網的產生，但不利于增加縫網橫向波及寬度，因此不利于進一步提高網縫儲層改造體積。

1.5 壓裂液對縫網壓裂的影響

Cipolla 和Beugelsdijk 等通過理論研究和室內試驗表明，壓裂液流體黏度對水力壓裂裂縫擴展具有重要影響。低黏度的流體更易形成復雜的裂縫延伸形態；而高黏度的流體形成的裂縫比較單一平直。因此選擇低黏度的工作液更有利于形成復雜的縫網，一般選擇滑溜水作為縫網改造的工作液。

施工凈壓力越高，水力裂縫沿天然裂縫轉向延伸的逼近角和水平應力差涵蓋范圍越大，水力裂縫越容易發生轉向延伸，且更容易形成復雜的裂縫網絡。在Z油田縫網壓裂改造過程中，采用大排量施工提高施工凈壓力有利于形成復雜的縫網[6]。

1.6 縫網壓裂與常規壓裂對比

縫網壓裂設計與常規壓裂設計有較大區別，為產生復雜的裂縫網絡，必須采用低黏壓裂液體系、分段多簇射孔工藝，同步壓裂，縮短縫間距，利用縫間應力干擾迫使裂縫轉向；壓裂過程中，采用粉陶段塞，隨機封堵人工裂縫，迫使裂縫轉向；采用小粒徑、低砂比、大砂量、大排量，形成較穩定的裂縫網絡（見表3）。

表3 常規壓裂及縫網壓裂設計的對比表

2 直井縫網壓裂合理井網井距論證

根據已有研究資料（見圖2），Z油田的平均滲透率1.2 mD，啟動壓力梯度為0.05 MPa/m，工區啟動壓力梯度與滲透率的關系為：

根據地層壓力分布函數，結合勢的疊加理論，編制了直井-壓裂井、壓裂井-壓裂井地層壓力分布計算函數，繪制了直井-壓裂井、壓裂井-壓裂井的流線圖、地層壓力平面分布圖，獲得不同井距與啟動壓力梯度的關系，結合工區現有的啟動壓力梯度與滲透率的關系，可以獲得不同井型、不同滲透率情況下的合理井距問題（見圖3～圖6）。

圖2 巖心水測滲流曲線

圖3 壓-直井聯布地層壓力分布圖

圖4 直-壓井聯布壓力梯度與井距關系圖

圖5 壓裂井聯布地層壓力分布規律平面圖

圖6 壓裂井地層壓力梯度與井距關系

由于工區的啟動壓力梯度在0.05 MPa/m，根據地層壓裂梯度與井距的關系圖可以確定直井-壓裂井聯布的極限井距約為47 m，壓裂井聯布的極限井距約為125 m。

3 結論

（1）儲層巖石石英礦物含量高、儲層水平應力差小于5 MPa，地質因素有利于產生多裂縫，采用低黏度壓裂液、大排量、多級段塞加砂暫堵施工方法，論證了直井縫網壓裂可行性；

（2）繪制了直井-壓裂井和壓裂井的地層壓力平面分布圖和流線圖，結合研究區的啟動壓力梯度，確定直井的極限井距為47 m，壓裂井的極限井距為125 m。