公山廟油田沙溪廟組油藏壓裂裂縫形態(tài)研究

宋 毅,曾 波，繆 云，劉俊辰

(中國石油西南油氣田分公司工程技術(shù)研究院，四川廣漢 618300)

公山廟油田沙溪廟組油藏壓裂裂縫形態(tài)研究

宋 毅,曾 波，繆 云，劉俊辰

(中國石油西南油氣田分公司工程技術(shù)研究院，四川廣漢 618300)

公山廟油田沙溪廟組儲(chǔ)層天然裂縫較為發(fā)育，通過對(duì)儲(chǔ)層天然裂縫特征、地應(yīng)力狀態(tài)、施工資料和微地震資料的綜合分析，研究了該區(qū)壓裂形成的人工裂縫形態(tài)。研究表明該區(qū)壓裂形成的人工裂縫形態(tài)主要受地應(yīng)力狀態(tài)控制，壓裂過程中形成的裂縫以水平裂縫為主;天然裂縫對(duì)壓裂裂縫形態(tài)有重要影響;壓裂形成的人工裂縫溝通天然裂縫，形成了復(fù)雜的裂縫形態(tài)，有效地提高了儲(chǔ)層改造體積，實(shí)現(xiàn)了對(duì)Ⅲ類致密油儲(chǔ)層的有效改造。

公山廟油田，沙溪廟油藏；壓裂；裂縫形態(tài)

一般而言，壓裂形成的人工裂縫形態(tài)主要受現(xiàn)今地應(yīng)力狀態(tài)控制。埋藏于地層深部的巖石處于三向應(yīng)力作用下，壓裂時(shí)人工裂縫總是產(chǎn)生于強(qiáng)度最弱、阻力最小的方向，也即巖石破裂面垂直于最小主應(yīng)力方向[1]。當(dāng)三向應(yīng)力中垂向應(yīng)力最小時(shí)，壓裂時(shí)易形成水平裂縫；當(dāng)垂向應(yīng)力小于水平應(yīng)力時(shí)，壓裂時(shí)易形成垂直裂縫。

早期，有學(xué)者認(rèn)為儲(chǔ)層埋藏深度在500～600 m時(shí)，壓裂形成的裂縫為水平縫，否則為垂直縫。國外公司對(duì)埋深200 m的地層進(jìn)行水力壓裂后挖掘發(fā)現(xiàn)裂縫為垂直縫[2-3]；大慶油田對(duì)埋深1000多米深的地層壓裂后，發(fā)現(xiàn)裂縫為水平縫[4-5]。在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐過程中，壓裂形成的裂縫常常比較復(fù)雜，特別是對(duì)于天然裂縫較為發(fā)育的地層，壓裂時(shí)形成的裂縫常不是單一的垂直裂縫或水平裂縫。在水力壓裂造縫時(shí)，由于天然裂縫的抗張強(qiáng)度小于巖石的抗張強(qiáng)度，因此若條件合適，天然裂縫會(huì)優(yōu)先張開并相互連通形成壓裂裂縫, 使壓裂裂縫不再嚴(yán)格地沿著最大主應(yīng)力方向延伸, 并控制壓裂裂縫的空間特征[6]。李瑋等還采用分形方法研究了天然裂縫對(duì)壓裂時(shí)人工裂縫的影響[7]。

川中公山廟油田侏羅系沙溪廟組儲(chǔ)層天然裂縫較為發(fā)育，通過對(duì)儲(chǔ)層天然裂縫特征、地應(yīng)力狀態(tài)、施工資料和微地震資料的綜合分析，研究了該區(qū)壓裂形成的人工裂縫特征。

1 沙溪廟組油藏特征

公山廟油田侏羅系沙溪廟組沙一段儲(chǔ)層為一套以紫紅色、灰色泥巖為主夾灰色、淺黃色砂巖的陸相砂泥巖組合[8]。儲(chǔ)集巖以巖屑長石石英砂巖、巖屑長石砂巖、巖屑石英砂巖為主。沙一段儲(chǔ)層厚為350～400 m，油層位于其底界以上40～70 m的層段內(nèi)。儲(chǔ)層斷裂發(fā)育，區(qū)域上主要發(fā)育了東西大斷裂帶及其伴生斷層，儲(chǔ)層孔隙度3.0%～6.0%，平均4.04%。儲(chǔ)層滲透率主要集中在(0.1～1.0)×10-3μm2，平均為0.27×10-3μm2，地層壓力系數(shù)在1.2～1.7，屬于異常高壓油藏。氣油比為48～105 m3/t，地層溫度63.0～69.5℃[9]。

1.1 天然裂縫特征

表1為取心樣品的觀察結(jié)果統(tǒng)計(jì)，從表中可以看出，取心井目的層段巖樣平均縫密1.48條/米；裂縫寬度小于1 mm的有59條，1～3 mm的有6條，大于3 mm的有3條。從裂縫產(chǎn)狀來看，小于5°的裂縫有39條，5°～30°裂縫有19條，大于75°的裂縫有14條；從裂縫的充填情況來看，有9條裂縫為全充填縫，76條裂縫為半充填縫。巖心觀察結(jié)果表明研究區(qū)的天然裂縫較為發(fā)育，且發(fā)育大量低角度的天然裂縫。

1.2 地應(yīng)力特征

目的層的三向應(yīng)力狀態(tài)是影響壓裂裂縫形態(tài)的關(guān)鍵參數(shù)，對(duì)目的層取心運(yùn)用差應(yīng)變方法進(jìn)行了地應(yīng)力大小的測(cè)定，測(cè)定的平均水平最大主應(yīng)力為71.4 MPa，水平最小主應(yīng)力為66.6 MPa，垂向應(yīng)力為56.8 MPa。測(cè)試結(jié)果表明目的層三向應(yīng)力中垂向應(yīng)力最小，為逆斷層應(yīng)力狀態(tài)，該區(qū)的最大水平主應(yīng)力方位為NE93.1°～ NE98.8°。

表1 沙一段儲(chǔ)層裂縫產(chǎn)狀、寬度及充填情況(據(jù)川中油氣礦)

2 壓裂改造情況

該區(qū)儲(chǔ)層孔滲情況極差，按照賈承造等[10]提出的關(guān)于致密油儲(chǔ)層評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，沙溪廟組沙一段儲(chǔ)層屬于Ⅲ類致密油儲(chǔ)層。根據(jù)國內(nèi)外致密油開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，為了有效地提高單井產(chǎn)量，采用了水平井鉆井以及水平井多級(jí)壓裂完井方式開發(fā)。

以該區(qū)A井為例，該井垂深2 150 m，水平段長1 003.0 m，水平段方位298.59°。根據(jù)儲(chǔ)層特征，選用了混合壓裂工藝改造，立足大液量、大排量，擴(kuò)大波及體積和復(fù)雜裂縫。壓裂前期采用低黏度的滑溜水作為工作液，段塞式注入支撐劑，起到溝通裂縫、擴(kuò)大波及體積作用；后期注入高黏度的交聯(lián)液，連續(xù)加砂，攜帶較高濃度支撐劑，以提高近井地帶裂縫導(dǎo)流能力；力求達(dá)到對(duì)提高波及體積和較高裂縫導(dǎo)流能力的改造目標(biāo)。

本井采用速鉆橋塞分段壓裂工藝，共分10級(jí)進(jìn)行了壓裂改造，級(jí)間距80～120 m，每級(jí)分3簇進(jìn)行射孔，每簇射孔長度1.0 m，孔密16孔/m，總孔數(shù)48孔，施工排量10.0～12.0 m3/min；施工泵壓55～73.0 MPa，10級(jí)壓裂累計(jì)注入壓裂液8077.1 m3，注入支撐劑468.3 m3。

3 壓裂裂縫形態(tài)分析

3.1 基于施工壓力的裂縫形態(tài)分析

通過對(duì)各施工段的裂縫延伸壓力統(tǒng)計(jì)，該井各段平均裂縫延伸壓力為58.2 MPa。施工過程的裂縫延伸壓力與區(qū)域地層的垂向應(yīng)力56.8 MPa接近，且均小于水平應(yīng)力，說明壓裂形成的裂縫主要為水平裂縫。同時(shí)選擇了一口鄰井進(jìn)行井下微地震監(jiān)測(cè)，壓裂裂縫形態(tài)如圖1、圖2所示。該井壓后排液測(cè)試日產(chǎn)油22 t，且投產(chǎn)后穩(wěn)產(chǎn)時(shí)間較長，取得了較好的改造效果。

圖1 A井各級(jí)裂縫監(jiān)測(cè)俯視圖(X-Y)

圖2 A井各級(jí)裂縫監(jiān)測(cè)側(cè)視圖(X-Z)

3.2 微地震監(jiān)測(cè)的裂縫形態(tài)分析

該井施工過程中前期注入滑溜水，滑溜水的黏度在2～3 mPa·s；后期注入交聯(lián)液，交聯(lián)液的黏度為500 mPa·s。該井目的層縱向上無明顯遮擋層，如果形成垂直裂縫，在施工排量保持穩(wěn)定的情況下，不同黏度的壓裂液注入后所形成的人工裂縫高度會(huì)有明顯變化。圖3、圖4為該井第二級(jí)和第十級(jí)的裂縫監(jiān)測(cè)側(cè)視圖，圖中綠色事件點(diǎn)為前期滑溜水注入時(shí)產(chǎn)生的事件點(diǎn)，紅色事件點(diǎn)為后期交聯(lián)液注入產(chǎn)生的事件點(diǎn)。從中可以看出，注入交聯(lián)液后的事件點(diǎn)縱向上無明顯變化，仍未突破前期滑溜水階段在縱向上的分布范圍。結(jié)合該區(qū)地應(yīng)力大小的關(guān)系，進(jìn)一步證實(shí)該區(qū)壓裂形成的裂縫主要為水平縫。

圖3 A井第二級(jí)裂縫監(jiān)測(cè)側(cè)視圖(X-Z)

圖4 A井第十級(jí)裂縫監(jiān)測(cè)側(cè)視圖(X-Z)

3.3 壓裂裂縫形態(tài)綜合分析

微地震綜合解釋結(jié)果表明，事件點(diǎn)沿平行于井筒方向擴(kuò)展的距離為1 550 m，沿垂直于井筒方向擴(kuò)展的距離約為500 m，垂向上事件點(diǎn)分布高度為80 m。該井水平段方位為平行于最大主應(yīng)力方向，如果形成垂直縫，則事件點(diǎn)主要應(yīng)沿平行于井筒方向擴(kuò)展，而實(shí)際監(jiān)測(cè)結(jié)果表明沿垂直于井筒方向擴(kuò)展距離達(dá)到500 m，因此說明裂縫擴(kuò)展主要為平行于層理面方向。但是裂縫事件點(diǎn)垂向上波及范圍較大，說明如壓裂時(shí)僅形成單一的水平縫，則壓裂在垂向上波及范圍有限?？紤]到該區(qū)發(fā)育有大量不同角度的天然裂縫，壓裂過程中前期注入滑溜水，為溝通天然裂縫創(chuàng)造了有利條件。因此綜合地應(yīng)力狀態(tài)、微地震監(jiān)測(cè)結(jié)果可推斷該區(qū)壓裂形成的裂縫主要為水平縫，壓裂形成的水平裂縫溝通了地層中不同角度的天然裂縫，從而形成了天然裂縫和人工裂縫一體的復(fù)雜裂縫體系。人工裂縫和天然裂縫相互影響，有效地提高了儲(chǔ)層改造體積。該井微地震監(jiān)測(cè)處理的儲(chǔ)層改造體積為2 325×104m3，較大的儲(chǔ)層改造體積為該井壓裂后初期高產(chǎn)和較長時(shí)間穩(wěn)產(chǎn)提供了保證，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)Ⅲ類致密油儲(chǔ)層的有效改造。

4 結(jié)論

(1)壓裂形成的人工裂縫形態(tài)主要受地應(yīng)力狀態(tài)控制，與深度無關(guān)，在2 000 m以上的地層的壓裂過程中仍然能形成水平裂縫。

(2)研究區(qū)天然裂縫發(fā)育，壓裂過程形成的人工裂縫溝通了天然裂縫，形成了人工裂縫和天然裂縫為一體的復(fù)雜裂縫形態(tài)。

(3)壓裂過程中溝通天然裂縫，能有效地提高儲(chǔ)層改造體積，為取得較好的改造效果奠定基礎(chǔ)。

[1] 楊少春.儲(chǔ)層非均質(zhì)性定量研究的新方法[J].石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2000，24(1): 53-56.

[2] 郝世彥，董紅梅，李延生，等.延長川口油田水力壓裂水平縫垂直縫的判別[J].地球科學(xué)與環(huán)境學(xué)報(bào)，2009，31(2)：165～168.

[3] 王旭莊，李江，張?zhí)A.川口油田人工裂縫形態(tài)特征及其主控因素研究[J].延安大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2011，30(1)：69-73.

[4] 周望，何師榮，趙春生.大慶油田壓裂裂縫形態(tài)及特征[J].石油勘探開發(fā)，1982,(3)：66-72.

[5] 王秀娟，趙永勝，王良書，等.大慶喇薩杏油田水力壓裂人工裂縫形態(tài)研究[J].石油學(xué)報(bào)，2002,23(4)：51-55.

[6] 李玉喜，肖淑梅.儲(chǔ)層天然裂縫與壓裂裂縫關(guān)系分析[J].特種油氣藏，2000,7(3)：26-29.

[7] 李瑋，閆鐵.二維條件下天然裂縫對(duì)壓裂裂縫影響的分形分析[J]. 特種油氣藏，2013,20(1)：67-70.

[8] 謝繼容，唐大海，陳洪斌，等.川中公山廟油田沙一段油藏儲(chǔ)層特征研究[J].成都理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2004，31(4)：369-374.

[9] 謝繼容，張健，魏小薇，等.公山廟沙一段油氣藏低孔滲儲(chǔ)層產(chǎn)油機(jī)理研究[J].天然氣工業(yè)，2003，23(3)：34-37.

[10] 賈承造，鄒才能，李建忠，等.中國致密油評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、主要類型、基本特征及資源前景[J].石油學(xué)報(bào)，2012，33(3)：343-349.

編輯：劉洪樹

1673-8217(2015)06-0135-03

2015-06-23

宋毅，工程師，1982年生，2006年畢業(yè)于成都理工大學(xué)石油工程專業(yè)，2009年畢業(yè)于成都理工大學(xué)油氣田開發(fā)工程專業(yè)，獲碩士學(xué)位，現(xiàn)從事油氣藏增產(chǎn)技術(shù)研究及現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)服務(wù)。

中國石油天然氣股份有限公司重大科技專項(xiàng)“四川盆地侏羅系石油勘探開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)研究”(2012E-2601)。

TE357.1

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