長寧頁巖氣示范區(qū)H-x平臺(tái)體積壓裂技術(shù)

譚銳 徐旺 張勇 張航宇 林海 牛增前

1.渤海鉆探工程有限公司工程技術(shù)研究院；2.渤海鉆探新青玉石油工程事業(yè)部；3.青海油田鉆采工藝研究院；4.西南石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院

長寧頁巖氣示范區(qū)位于四川盆地長寧地區(qū)，該地區(qū)下志留統(tǒng)龍馬溪組頁巖分布廣泛，厚度大，有機(jī)碳含量高，為1.64%～3.79%，熱演化程度較高(Ro＞1.5%)，孔隙和裂縫發(fā)育［1-3］。開發(fā)目的層為龍馬溪組龍一1小層，本平臺(tái)井目的層埋深2 900～3 000 m，破裂壓力梯度0.028 MPa/m，應(yīng)力方向較穩(wěn)定，最大主應(yīng)力為近東西向，該地區(qū)垂向主應(yīng)力大于最大水平主應(yīng)力，壓裂裂縫向水平方向擴(kuò)展延伸相對(duì)更容易，需要提高凈壓力保證裂縫高度的擴(kuò)展，因此預(yù)測地面施工壓力會(huì)較高。

根據(jù)該地區(qū)頁巖氣藏主要地質(zhì)和地理特征，經(jīng)過不斷探索與發(fā)展，逐步形成了多簇射孔復(fù)合橋塞分段壓裂工藝、大規(guī)模滑溜水體積壓裂技術(shù)、低摩阻滑溜水壓裂液體系、大型壓裂施工配套技術(shù)為一體的頁巖氣水平井分段壓裂技術(shù)，但仍然存在施工風(fēng)險(xiǎn)高、加砂難度大等問題［4-5］。本次研究的目的，在于通過現(xiàn)場壓裂實(shí)踐，結(jié)合裂縫監(jiān)測數(shù)據(jù)，優(yōu)化施工參數(shù)，探尋參數(shù)優(yōu)化的經(jīng)驗(yàn)和原理，以期為同類井油氣層改造提供技術(shù)借鑒。

1 平臺(tái)概況

本次施工平臺(tái)為長寧H-x平臺(tái)，屬于長寧示范區(qū)，區(qū)域構(gòu)造位于四川盆地的川南古坳中隆低陡構(gòu)造區(qū)與婁山褶皺帶之間，平臺(tái)構(gòu)造位置為長寧背斜構(gòu)造中奧陶頂構(gòu)造南翼，開發(fā)層位為龍馬溪組。工區(qū)位于宜賓市興文縣毓秀苗族鄉(xiāng)和新村1組，井場位于半坡上，呈東西向擺放，右側(cè)地勢較高，左側(cè)地勢較低。地表水資源較豐富，利于大規(guī)模體積壓裂的開展。根據(jù)頁巖氣測井采集與評(píng)價(jià)技術(shù)管理規(guī)定(試行)-2015.2.26，該區(qū)塊儲(chǔ)層分類主要按照總有機(jī)碳含量、孔隙度、游離和吸附氣量以及脆性指數(shù)4個(gè)方面進(jìn)行評(píng)價(jià)，共分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 3類儲(chǔ)層。

平臺(tái)共完鉆6口水平井，水平井單井井身結(jié)構(gòu)采用四開四完方式，按3口上行3口下行布井，水平段長度為1 500～1 900 m，Ⅰ類儲(chǔ)層鉆遇率90%～97%。

以提高施工成功率和改造效果為目的進(jìn)行了平臺(tái)壓裂設(shè)計(jì)，該平臺(tái)采用橋塞+分簇射孔聯(lián)作分段壓裂工藝以及大規(guī)模滑溜水體積壓裂技術(shù)，設(shè)計(jì)排量12～14 m3/min、液量 1 800～2 000 m3、砂量 80～120 t。采用工廠化拉鏈?zhǔn)綁毫咽┕ぃ?］，先壓裂下分支3口井，同時(shí)在上分支井中下入裂縫監(jiān)測工具，實(shí)施井下裂縫監(jiān)測。

2 壓裂存在的問題

結(jié)合地質(zhì)情況、現(xiàn)場施工壓力變化及微地震解釋結(jié)果，本平臺(tái)施工壓力受到以下幾種情況影響。

2.1 儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)

(1)縫網(wǎng)壓裂過程中存在明顯未壓開區(qū)域。在3口井采用“拉鏈?zhǔn)健眽毫咽┕つＪ奖尘跋拢康膶有纬纱竺娣e的多分支裂縫網(wǎng)絡(luò)(圖1中自西向東依次為6井、5井、4井)，4井與5井之間裂縫相互溝通密切，形成了成片的大面積裂縫網(wǎng)絡(luò)，而5井與6井之間裂縫間連通較差(非均質(zhì)性強(qiáng))，面積較小，某些區(qū)域存在未能壓開的現(xiàn)象［7］。

圖1 3口井整體微地震事件監(jiān)測圖Fig.1 Overall microseismic event monitoring map of three wells

(2)3口井壓裂改造總體積差異大。非均質(zhì)性強(qiáng)的影響也體現(xiàn)在3口井人工壓裂裂縫監(jiān)測體積的差異上，從3口井壓裂改造體積SRV對(duì)比看，如圖2從左到右依次為6井、5井、4井，SRV分別為2 298.2×104、3 605.8×104、3 738.4×104m3，受到地層非均質(zhì)的影響，裂縫SRV變化較大，6井壓后裂縫體積較小。

(3)彈性模量變化大。從地層彈性模量看，平臺(tái)上各井間彈性模量變化較大，各井間彈性模量差別可達(dá) 10 GPa(最大 28 GPa，最小 18 GPa，如圖 3)，也證明了該平臺(tái)儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)［8-9］。

圖2 3口井改造總體積示意圖Fig.2 Schematic total simulated reservoir volume of three wells

圖3 3口井彈性模量屬性圖Fig.3 Attribute map of elastic modulus for three wells

2.2 個(gè)別層段人工裂縫不發(fā)育，人工裂縫在井筒周圍聚集

受到地層彈性模量及天然裂縫的共同影響，個(gè)別段在施工過程中，裂縫無法有效向遠(yuǎn)端延伸(如圖4)，僅能聚集在井筒附近，導(dǎo)致施工后期壓力升高，加砂困難［10-11］。

圖4 天然裂縫、彈性模量與人工裂縫發(fā)育情況對(duì)比Fig.4 Comparison of natural fracture,elasticity modulus and hydraulic fracture

2.3 形成的人工裂縫窄，形態(tài)單一

從圖5可以看出，6井壓裂裂縫波及寬度總體小于4、5井。微地震監(jiān)測也顯示該井裂縫整體呈單一主裂縫形態(tài)，分支裂縫很少。從這兩方面限制了裂縫的尺寸和體積，進(jìn)而導(dǎo)致了施工壓力高，加砂困難［12-15］。

圖5 3口井水力裂縫波及寬度對(duì)比圖Fig.5 Hydraulic fracture wave and width comparison diagram of three wells

3 施工對(duì)策

針對(duì)本平臺(tái)體積壓裂實(shí)施過程中施工壓力高、加砂困難等問題，在施工過程中采取了以下措施。

3.1 適時(shí)使用高黏液體

在以往對(duì)頁巖氣壓裂的認(rèn)識(shí)中，認(rèn)為措施液體應(yīng)該采用滑溜水類的低黏液體，提高水力裂縫的復(fù)雜程度，但是在一些天然裂縫發(fā)育程度高的層段上，低黏液體濾失大、“造縫”能力差等缺點(diǎn)顯露出來，在圖6中看出低黏液體攜砂，施工壓力突然上升，砂堵風(fēng)險(xiǎn)陡增，現(xiàn)場分析認(rèn)為這是由滑溜水濾失過大造成的加砂困難，在停泵重新泵入交聯(lián)凍膠后，增加近井地帶水力裂縫寬度，降低砂堵風(fēng)險(xiǎn)，施工壓力平穩(wěn)，壓力未出現(xiàn)明顯升高，見表1。

從地震監(jiān)測情況看(圖6)，加高黏液體前，裂縫基本在井筒東側(cè)近井地帶延伸，且體積較小。加入高黏液體后，裂縫在井筒兩側(cè)均有較大范圍的延伸，且裂縫長度和寬度均明顯增大。

3.2 提高粉砂用量

在施工過程中，加入粉砂能夠填充地層的微隙裂縫，降低施工液體濾失，提高壓裂液造縫效率，從而達(dá)到提高裂縫體積的目的。常規(guī)設(shè)計(jì)：本平臺(tái)在前期每段先加入25 m3左右70/140目粉砂支撐劑，再加入40/70目陶粒，該陶粒體積密度1.45 g/cm3，86 MPa閉合應(yīng)力條件下破碎率5.6%。在某些段施工中，采用泵入雙倍粉砂量的方式，確保了后期加砂平穩(wěn)。從圖7施工曲線上看，該段整體施工壓力波動(dòng)平穩(wěn)，加入陶粒后壓力略有上升，遂重新加入粉砂，施工壓力趨于平穩(wěn)，保證了加砂后期順利完成施工。

圖6 高黏液體加入前后施工曲線及微地震監(jiān)測對(duì)比圖Fig.6 Construction curve before and after the adding of high-viscosity liquid and microseismic monitoring comparison diagram

表1 壓裂措施液體系性能對(duì)比Table 1 Property comparison of fracturing fluid systems

3.3 施工中期注酸

平臺(tái)水平井鉆進(jìn)過程中，個(gè)別井段鉆遇五峰組，該層位碳酸鹽巖含量較高。對(duì)于此類層段，在加砂壓力有所上升時(shí)，采取了泵注酸液的方法，降低儲(chǔ)層破裂壓力以及延伸壓力，并在近井地帶形成復(fù)雜的酸蝕孔隙，達(dá)到提高加砂規(guī)模的目的。

3.4 膠液粉陶段塞工藝

常規(guī)設(shè)計(jì)中通常采用滑溜水粉砂段塞工藝，針對(duì)3井前10余段加砂較困難的情況，現(xiàn)場對(duì)施工曲線分析后采用了膠液粉陶段塞工藝，通過凍膠攜帶低砂比的粉陶，充分打磨縫口，降低近井地帶摩阻，堵塞微裂縫，提高了液體的造縫效率，從而達(dá)到了降低后期加砂難度的目的，也取得了非常好的應(yīng)用效果。從該井最后加砂量統(tǒng)計(jì)分析可知，采用該工藝后，單段加砂量明顯增加。

圖7 施工曲線及加入粉砂后微地震事件點(diǎn)分散(紅色)Fig.7 Construction curve and the of microseismic event point dispersion after the adding of silt (red)

4 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

(1)人工裂縫微地震實(shí)時(shí)監(jiān)測在頁巖氣體積壓裂中具有重要作用，通過現(xiàn)場實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集和分析，將現(xiàn)場施工中出現(xiàn)的難加砂情況與地層情況結(jié)合起來，對(duì)加砂困難有了更加明細(xì)的分類，而不再是籠統(tǒng)下結(jié)論“加砂困難”，也為現(xiàn)場進(jìn)行針對(duì)性的參數(shù)調(diào)整提供了依據(jù)，例如縫口較窄的層段現(xiàn)場就必須提高高黏液體用量，增加膠液粉砂段塞數(shù)量，力求增加近井地帶裂縫寬度。

(2)適時(shí)使用高黏液體、降低加砂濃度、增加粉砂比例、中期注酸、采用膠液粉陶段塞工藝等方式均能有效降低施工壓力，降低加砂風(fēng)險(xiǎn)，確保加砂施工的順利進(jìn)行，形成了強(qiáng)非均質(zhì)儲(chǔ)層頁巖氣體積壓裂配套技術(shù)，為后期同類型儲(chǔ)層的頁巖氣水平井體積壓裂施工提供了技術(shù)借鑒。