基于實驗、測井數(shù)據(jù)的低滲油藏縫網(wǎng)壓裂儲層評價

邱守美，郭布民，袁文奎，張萬春，許田鵬，張 康，張云龍

（中海油田服務(wù)股份有限公司，天津 300459）

1 儲層脆性指數(shù)分析

脆性礦物（硅質(zhì)+鈣質(zhì)）含量越高，越容易形成縫網(wǎng)。一般儲層脆性指數(shù)大于50%，儲層才具有復雜縫擴展的巖石力學條件。

根據(jù)理論基礎(chǔ)可以將已有脆性指數(shù)分為四類：

（1）基于礦物成分法，即通過巖石中脆性礦物的含量來定量表征巖石的脆性強弱；

（2）基于巖石力學強度參數(shù)計算法，即將脆性視為單軸抗壓強度、裂紋萌生應(yīng)力和/或抗張強度的函數(shù)；

（3）基于巖石變形特征法，即通過開展室內(nèi)實驗，采用單軸或三軸壓縮過程中巖石的變形參數(shù)來表征巖石的脆性強弱；

（4）基于能量演化理論法，即通過巖石破壞過程中的能量轉(zhuǎn)化形式來定量表征巖石的脆性。

測井解釋最常獲得儲層礦物成分、彈性模量和泊松比，依據(jù)礦物成分脆性評價和彈性參數(shù)脆性評價方法，建立綜合考慮不同測井數(shù)據(jù)的脆性權(quán)重預(yù)測公式。其中礦物成分脆性指數(shù)B1的計算公式如式（1）所示，彈性參數(shù)脆性指數(shù)B2的計算公式如式（2）所示。

式（1）中：Wqtz－石英含量，Wcarb－碳酸鹽含量，Wtotal－礦物總含量；式（2）中：Es－靜態(tài)彈性模量，vs－靜態(tài)泊松比。脆性評價權(quán)重預(yù)測公式如式（3）所示。

由此，根據(jù)不同區(qū)塊對脆性權(quán)重取值，可基于實驗數(shù)據(jù)得到的礦物成分和基于測井數(shù)據(jù)計算出的儲層脆性指數(shù)。EL-1D 井脆性指數(shù)計算結(jié)果（見表1），從計算結(jié)果可見，儲層脆性指數(shù)均大于50%，較利于復雜縫網(wǎng)的形成[1]。

表1 EL-1D 井脆性指數(shù)計算結(jié)果

2 儲層天然裂縫發(fā)育及走向分析

儲層天然裂縫是否發(fā)育，是形成縫網(wǎng)的先決條件，儲層天然裂縫越發(fā)育，越容易形成復雜裂縫。天然裂縫發(fā)育情況主要借助室內(nèi)實驗、FMI 成像測井、巖心觀察分析、地震數(shù)據(jù)分析等方式實現(xiàn)。本文主要基于地震數(shù)據(jù)分析方法實現(xiàn)論述，利用曲率屬性預(yù)測某一地區(qū)裂縫的發(fā)育特征。曲率屬性研究提供了深入觀測目標層面的手段，然而求取曲率值是一種計算二階導數(shù)的數(shù)學方法，對地震數(shù)據(jù)中的任何噪聲都很敏感。因此，在曲率屬性計算之前，對地震數(shù)據(jù)進行去噪處理，可大大降低了地震噪聲對曲率屬性的干擾。

以二連盆地一口低滲油井EL-1D 井為例，對地震數(shù)據(jù)進行處理、模擬分析，從預(yù)測結(jié)果可見，曲率異常在EL-1D 井周圍有明顯的集中分布，平行或近平行于斷層走向展布，整體上曲率異常帶發(fā)育程度較高，表明本井工區(qū)裂縫發(fā)育程度高，對縫網(wǎng)壓裂有利。

3 兩向水平主應(yīng)力差及天然裂縫與最大水平主應(yīng)力夾角分析

儲層兩向水平主應(yīng)力差越小，最大水平主應(yīng)力方向與結(jié)構(gòu)弱面（如天然裂縫）走向夾角越小，越容易形成縫網(wǎng)。

儲層的兩向水平主應(yīng)力大小，可以通過室內(nèi)巖石Kaiser 聲發(fā)射實驗及測井數(shù)據(jù)計算來獲得，本文主要針對聲發(fā)射室內(nèi)實驗來分析。Kaiser 效應(yīng)的力學本質(zhì)是巖石受原地應(yīng)力作用所形成的特定的微裂紋在達到原應(yīng)力的載荷作用下，重新活動和延續(xù)的客觀反映。聲發(fā)射Kaiser 效應(yīng)實驗表明，聲發(fā)射活動的頻率或振幅與應(yīng)力有一定的關(guān)系。在單調(diào)增加應(yīng)力作用下，當應(yīng)力達到過去已經(jīng)施加過的最大應(yīng)力時，聲發(fā)射明顯增加。聲發(fā)射效應(yīng)實驗可以測量野外曾經(jīng)承受過的最大壓應(yīng)力。該實驗一般要在壓機上進行，測定單向應(yīng)力。在軸加載過程中聲發(fā)射頻率突然增大點（起飛點）對應(yīng)著的軸向應(yīng)力是沿該巖樣鉆取方向曾經(jīng)受過的最大壓應(yīng)力的方向。

將聲發(fā)射實驗所測得的凱塞爾點應(yīng)力（三個水平方向和一個垂直方向）代入地應(yīng)力解釋公式，可得到三個主地應(yīng)力的大小。垂向應(yīng)力、水平最大、水平最小應(yīng)力計算公式見式（4）～（6）。

式中：σV－上覆地層應(yīng)力；σh，σH－水平最大、最小主地應(yīng)力；Pp－地層孔隙壓力；α－有效應(yīng)力系數(shù)；σ⊥－圍壓下垂直方向巖心凱塞爾點應(yīng)力；σ0°、σ90°－0°，90°兩個水平方向巖心圍壓下的凱塞爾點應(yīng)力；Pc－高壓井筒內(nèi)巖心所承受的圍壓；K－圍壓修正系數(shù)。

同時，根據(jù)目前國內(nèi)外廣泛應(yīng)用的裂縫擴展準則War Pinski 和Teufel 提出的線性準則，見式（7）。以EL-1D 井為例，根據(jù)線性準則，繪制工區(qū)天然裂縫破壞邊界與逼近角關(guān)系圖（見圖1），已知天然裂縫走向為北偏東60°及最大水平主應(yīng)力方向（北偏東10°），即可確定天然裂縫與最大水平主應(yīng)力差夾角為40°，當天然裂縫與最大水平主應(yīng)力夾角為40°時，從圖1 可見，工區(qū)天然裂縫破壞邊界為8 MPa，而根據(jù)Kaiser 效應(yīng)室內(nèi)結(jié)果借助三向應(yīng)力計算公式計算的目標儲層兩向水平主應(yīng)力差為6 MPa，小于8 MPa，即具備復雜縫形成的有利條件。

圖1 EL-1D 井天然裂縫破壞邊界與逼近角關(guān)系圖

4 案例分析

4.1 EL-1D 井

根據(jù)以上儲層評價結(jié)果，文中舉例的EL-1D 井儲層評價結(jié)果總結(jié)（見表2）。

表2 EL-1D 井縫網(wǎng)壓裂可行性評價表

根據(jù)本文論證的縫網(wǎng)壓裂評價結(jié)果，儲層具備縫網(wǎng)壓裂先決條件，在儲層評價基礎(chǔ)上優(yōu)化壓裂工藝，采用低黏液體+微球暫堵工藝造縫，大排量施工，壓后燜井蓄能，順利完成施工，最終施工泵注程序（見表3）。

表3 EL-1D 井縫網(wǎng)壓裂施工泵注程序

4.2 EL-9 井、EL-2D1 井

在2019 年8 月-2020 年7 月先后運用本文論述方法對同區(qū)塊6 口井進行了縫網(wǎng)壓裂可行性評價，根據(jù)評價結(jié)果，從中優(yōu)選了EL-9 井、EL-2D1 井實施縫網(wǎng)壓裂。從預(yù)測結(jié)果看，2 口井天然裂縫較發(fā)育，具備縫網(wǎng)壓裂先決條件。

2 口井脆性指數(shù)評價結(jié)果、兩向水平主應(yīng)力差（見表4）。兩向水平主應(yīng)力差、天然裂縫與最大水平主應(yīng)力夾角及工區(qū)天然裂縫破壞邊界值與同區(qū)塊EL-1D井一致。

表4 EL-9 井、EL-2D1 井脆性指數(shù)計算結(jié)果

從天然裂縫發(fā)育、脆性指數(shù)評價、兩向水平應(yīng)力差等評價結(jié)果看，均滿足縫網(wǎng)壓裂條件[2，3]。

通過縫網(wǎng)壓裂儲層評價后實施的4 口措施井與同區(qū)塊EL-5D1 井相比，壓后增產(chǎn)效果顯著，4 口井壓裂措施效果表（見表5）。

表5 EL 區(qū)塊4 口壓裂措施井壓后效果表

5 小結(jié)

（1）縫網(wǎng)壓裂儲層評價是實現(xiàn)縫網(wǎng)壓裂方案制定的依據(jù)，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)、測井及地震數(shù)據(jù)分析，得到的儲層評價結(jié)果更能真實反映儲層特征，是后期縫網(wǎng)壓裂整體方案制定及實施的依據(jù)。

（2）在縫網(wǎng)壓裂儲層評價基礎(chǔ)上制定實施的壓裂方案，工藝優(yōu)選針對性強，措施后增產(chǎn)效果顯著。