非均質(zhì)碳酸鹽巖裸眼水平井/大斜度井酸壓精細(xì)分段技術(shù)

茍 波, 陳偉華,, 馬輝運(yùn), 周長(zhǎng)林, 曾明勇,3, 陶 亮

(1西南石油大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 2中國(guó)石油西南油氣田公司工程技術(shù)研究院 3中國(guó)石化西南油氣分公司工程技術(shù)研究院)

酸壓裂縫在長(zhǎng)井段上的合理部署是裸眼水平井/大斜度井分段酸壓的關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)之一，是立體酸壓技術(shù)重要內(nèi)涵。長(zhǎng)井段的布縫位置及數(shù)量對(duì)酸壓后的產(chǎn)能影響大，不合理的分段難以實(shí)現(xiàn)全井段儲(chǔ)層立體動(dòng)用[1]。燈影組裸眼水平井/大斜度井酸壓裂縫的合理部署面臨兩大難點(diǎn)：①如何降低致密條帶對(duì)酸壓效果影響。儲(chǔ)層發(fā)育“致密層”和“硅質(zhì)夾層”條帶[2]，這些條帶常成為“滲流屏障”，阻礙油氣向酸壓裂縫流動(dòng)[3]；②酸壓裂縫的起裂位置不容易控制。裸眼長(zhǎng)井段上應(yīng)力分布不均，酸壓裂縫的起裂位置不容易確定，直接影響分段酸壓效果。筆者從燈影組儲(chǔ)層地質(zhì)特征出發(fā)，針對(duì)裸眼水平井/大斜度井酸壓布縫技術(shù)難題，提出考慮致密條帶“屏障作用”選取“地質(zhì)甜點(diǎn)”和長(zhǎng)井段上“破裂壓力”分布選取“工程甜點(diǎn)”的“雙目標(biāo)”精細(xì)分段酸壓方法。

一、燈影組儲(chǔ)層地質(zhì)特征

高石梯磨溪地區(qū)燈影組儲(chǔ)層位于川中古隆起平緩構(gòu)造區(qū)威遠(yuǎn)至龍女寺構(gòu)造群，產(chǎn)氣層為燈二段、燈四段。燈四段埋深4 900～5 800 m，儲(chǔ)層厚度較大，為勘探開(kāi)發(fā)的主力產(chǎn)氣層。巖性以砂屑云巖及藻白云巖為主，見(jiàn)硅質(zhì)條帶，少含菌藻類(lèi)及疊層石，硅質(zhì)條帶的存在加劇了儲(chǔ)層物性、巖性非均質(zhì)性[2]。儲(chǔ)集空間以溶洞、次生的粒間溶孔、晶間溶孔為主，局部發(fā)育天然裂縫。巖心單井孔隙度2%～17.84%，平均孔隙度3.87%；滲透率0.01～1 mD，平均滲透率0.9 mD，屬于典型的低孔低滲儲(chǔ)層。

水平井/大斜度井鉆遇剖面的儲(chǔ)層物性、含氣性分布較為復(fù)雜，致密層與低滲層交錯(cuò)分布，體現(xiàn)出燈影組儲(chǔ)層非均質(zhì)性極強(qiáng)。

二、裸眼水平井/大斜度井精細(xì)分段設(shè)計(jì)方法

1.精細(xì)分段設(shè)計(jì)內(nèi)涵

燈四段儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，物性差，自然投產(chǎn)難以獲得工業(yè)產(chǎn)能，分段立體酸壓改造是增產(chǎn)、建產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)[4]。分段立體酸壓核心要點(diǎn)：充分利用現(xiàn)有分段工具，在長(zhǎng)井段上合理部署酸壓裂縫，一定投產(chǎn)期內(nèi)充分動(dòng)用長(zhǎng)井段儲(chǔ)層，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)層立體開(kāi)發(fā)[1]。

2.燈四段“滲流屏障區(qū)”確定

燈四段儲(chǔ)層夾雜不同厚度(約0～100 m)的硅質(zhì)層和致密層，其厚度差異會(huì)明顯影響酸壓產(chǎn)能。致密條帶類(lèi)似于“半滲透隔板”或“滲流屏障”，雖然不能改變流體的滲流軌跡，但能延緩流體的運(yùn)動(dòng)速度，影響地層壓力傳遞[3]。基于儲(chǔ)層地質(zhì)特征，采用油藏?cái)?shù)值模擬方法建立機(jī)理模型，分析致密條帶厚度變化對(duì)產(chǎn)能影響，確定形成“滲流屏障區(qū)”的條件，為精細(xì)分段提供重要依據(jù)。

2.1 模型建立

燈影組儲(chǔ)層對(duì)產(chǎn)能有明顯貢獻(xiàn)的是Ⅰ～Ⅲ2類(lèi)儲(chǔ)層，Ⅳ類(lèi)儲(chǔ)層為致密條帶。以工區(qū)典型酸壓水平井GS8井為例，建立分段酸壓優(yōu)化箱體地質(zhì)機(jī)理模型，模型長(zhǎng)1 000 m，寬1 200 m，厚60 m，網(wǎng)格步長(zhǎng)10 m×15 m×10 m；主要基礎(chǔ)參數(shù)包括：地層壓力系數(shù)在1.09～1.17，地溫梯度2.6℃/100 m和目標(biāo)井段測(cè)井解釋孔隙度、滲透率和含氣飽和度等。數(shù)值模擬3年投產(chǎn)期內(nèi)儲(chǔ)層剩余氣飽和度和壓力分布，分析致密條帶厚度對(duì)酸壓裂縫動(dòng)用儲(chǔ)層程度影響，確定形成“滲流屏障區(qū)”的臨界厚度。

圖1中GS8井鉆遇剖面儲(chǔ)層孔滲、含氣性分布非均質(zhì)性較強(qiáng)，Ⅲ1、Ⅲ2和Ⅳ類(lèi)儲(chǔ)層交錯(cuò)疊置分布。

圖1 GS8井機(jī)理模型示意圖

采用裂縫形態(tài)，縫長(zhǎng)和導(dǎo)流能力表征酸壓裂縫[5]。GS8井酸壓裂縫為與井筒垂直的橫截縫，縫長(zhǎng)和導(dǎo)流能力由凈壓力擬合方法獲取，然后采用網(wǎng)格二次加密技術(shù)和基于等值滲流阻力法的裂縫網(wǎng)格處理技術(shù)[6]，向箱體地質(zhì)機(jī)理模型植入酸壓裂縫。

2.2 滲流屏障區(qū)的確定

GS8井致密條帶為5～80 m(圖1)，模擬分析不同厚度的致密條帶局部生產(chǎn)動(dòng)態(tài)。選取模型單元的儲(chǔ)層組合模式為：儲(chǔ)層+35 m致密條帶+儲(chǔ)層+25 m致密條帶+酸壓裂縫+儲(chǔ)層。生產(chǎn)3年，壓力主要波及到了酸壓裂縫右邊儲(chǔ)層，左邊儲(chǔ)層與酸壓裂縫之間有35 m致密條帶，阻礙了壓力向儲(chǔ)層的傳播(圖2)，影響了酸壓裂縫左邊儲(chǔ)層動(dòng)用(圖3)。

圖2 生產(chǎn)過(guò)程中的壓力場(chǎng)變化

圖3 生產(chǎn)過(guò)程中的含氣飽和度變化

分析可知：當(dāng)燈影組致密條帶厚度大于35 m時(shí)，會(huì)成為明顯的滲流屏障帶。因此，定義致密條帶厚度為35 m時(shí)的區(qū)域?yàn)闈B流屏障區(qū)。

3.裸眼長(zhǎng)井段酸壓裂縫起裂位置預(yù)測(cè)

長(zhǎng)井段上破裂壓力剖面是判定酸壓裂縫起裂位置重要依據(jù)。測(cè)井資料提供的巖石密度橫波、縱波數(shù)據(jù)，結(jié)合動(dòng)靜態(tài)巖石力學(xué)參數(shù)關(guān)系，建立破裂壓力計(jì)算模型，可確定長(zhǎng)井段的破裂壓力剖面。燈影組三向地應(yīng)力關(guān)系為：σv>σH>σh，為獲取整個(gè)長(zhǎng)井段上的破裂壓力剖面，改進(jìn)Huang的破裂壓力計(jì)算公式[7]：

pbL=3σHL-σhLcos2γL-σvLsin2γL

(1)

式中：pbL—井深L處的破裂壓力,MPa;σHL—最大水平主應(yīng)力,MPa;σvL—垂向應(yīng)力，MPa;σhL—最小水平主應(yīng)力，MPa；γL—井斜角，°。

垂向應(yīng)力、最大水平主應(yīng)力和最小水平主應(yīng)力按照式(2)～式(4)計(jì)算：

σvL=σvL0+10-3ρLgΔhcosγL

(2)

(3)

(4)

式中：Δh—測(cè)井解釋距離步長(zhǎng)，m；σvL0—前一步長(zhǎng)L0處的垂向應(yīng)力，MPa；ρL—巖石密度，g/cm3；g—重力加速，m/s2；υL—靜態(tài)泊松比，無(wú)因次；α—孔彈性系數(shù)，無(wú)因次；pp—地層壓力，MPa；kH，kh—構(gòu)造應(yīng)力系數(shù)，m-1；H—垂深，m；EL—靜態(tài)楊氏模量，MPa。

燈影組構(gòu)造應(yīng)力系數(shù)由實(shí)測(cè)地應(yīng)力大小、巖石力學(xué)參數(shù)通過(guò)式(3)、式(4)求得kH為9.2841×10-8m-1，kH為6.3871×10-8m-1。

楊氏模量和泊松比由式(5)～式(8)計(jì)算，其中式(7)、式(8)為動(dòng)靜態(tài)巖石力學(xué)參數(shù)關(guān)系：

(5)

(6)

υL=0.9243υLd+0.0214

(7)

EL=0.5578ELd+11753

(8)

式中：υLd—?jiǎng)討B(tài)泊松比，無(wú)因次；ELd—?jiǎng)討B(tài)楊氏模量，MPa；DTS、DTC—橫波、縱波時(shí)差，ft/s。

三、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

GS30井酸壓井段為燈四段5 310～6 177 m。長(zhǎng)井段上存在4個(gè)明顯的致密條帶(圖4)，其中致密條帶②、③為“滲流屏障區(qū)”。從物性、含氣性分析，5 310～5 600 m井段明顯優(yōu)于其它井段。

圖4 GS30井鉆遇剖面物性與含氣飽和度分布圖

本井分為5段，如圖5所示。滑套位于各井段破裂壓力最低點(diǎn)，較居中。封隔器位于各致密條帶的中部位置，盡量避免了段內(nèi)出現(xiàn)滲流屏障帶。第2段和第1段物性、含氣性均較差，且各段均與致密條帶相鄰。兼顧工程甜點(diǎn)，右封隔器置于6 010 m處，即位于致密條帶④中央；左封隔器置于滲流屏障帶②中部位置，滑套置于第2段破裂壓力最低點(diǎn)，即位于滲流屏障帶③左側(cè)5 910 m處。各段物性、含氣性優(yōu)劣依次為第5段、第4段、第3段，第2段和第1段。

圖5 GS30井破裂壓力剖面及分段示意圖

各段采用“自生酸+膠凝酸”前置液酸壓工藝,物性、含氣性較好的第5段、第4段適當(dāng)增大液量，充分釋放優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層潛能。施工曲線表明(圖6),各段均有明顯的滑套開(kāi)啟響應(yīng)，成功實(shí)現(xiàn)5段酸壓。本井累計(jì)共注入自生酸前置液539.97 m3、膠凝酸879.25 m3、降阻水 24.49 m3；施工排量7.1～7.4 m3/min。第1、2段物性較差，施工壓力較高，第3段其次，第4、5段有溝通天然裂縫或溶蝕孔洞的壓力響應(yīng)。酸壓后測(cè)試產(chǎn)量103.96×104m3/d，為常規(guī)僅考慮儲(chǔ)層地質(zhì)甜點(diǎn)分段方法的相鄰大斜度井/水平井產(chǎn)量的1.5～1.8倍，間接證實(shí)本分段方法的有效性。

圖6 GS30井分段酸壓施工曲線

四、結(jié)論與建議

(1)高磨地區(qū)燈影組儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，當(dāng)致密條帶厚度大于35 m時(shí)，具有明顯的滲流屏障作用，會(huì)影響酸壓效果。

(2)確定滲流屏障區(qū)厚度和酸壓裂縫起裂位置是燈影組裸眼大斜度井/水平井精細(xì)布縫的關(guān)鍵。

(3)GS30井精細(xì)分段酸壓測(cè)試產(chǎn)量為鄰井同層大斜度井/水平井的1.5～1.8倍，證實(shí)本方法有效性，建議持續(xù)推進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，進(jìn)一步完善本方法。