梁志彬

(中國石化華北油氣分公司，河南鄭州 450006)

東勝氣田錦30井區(qū)是中國石化華北油氣分公司上產(chǎn)重要接替區(qū)，位于鄂爾多斯市新召地區(qū)，區(qū)內(nèi)發(fā)育一組近東西走向的三眼井?dāng)嗔褞В烊涣芽p較為發(fā)育。錦30井區(qū)主要開發(fā)層位為上古生界盒1段，儲(chǔ)層埋深3 500～3 900 m，盒1段主要為巖屑石英砂巖和石英砂巖。盒1段砂巖孔隙度主要為5.00%～18.20%，平均為8.32%，滲透率主要為0.20～3.99×10-3μm2，平均0.58×10-3μm2，屬于強(qiáng)非均質(zhì)性致密氣藏。

錦30井區(qū)儲(chǔ)層呈多心灘垂向疊置發(fā)育、橫向交錯(cuò)發(fā)育，多心灘發(fā)育模式見圖1。水平段易鉆遇孔隙度和滲透率較低的儲(chǔ)層，在啟動(dòng)壓力梯度的影響下，泄氣范圍大幅降低，部分水平段甚至形成滲流阻隔帶[1]。

圖1 錦30井區(qū)多心灘發(fā)育模式

為了降低非均質(zhì)氣藏滲流阻隔帶對(duì)氣藏滲流的影響，采用密切割多簇體積壓裂設(shè)計(jì)方法，縮小縫間距，增大穿透滲流阻隔帶的幾率。結(jié)合儲(chǔ)層天然裂縫發(fā)育的特點(diǎn)，采用“低黏+高黏”混合水壓裂技術(shù)大排量施工，利用低黏液體的強(qiáng)穿透性溝通天然裂縫，形成復(fù)雜縫網(wǎng)，大幅提高壓裂改造體積及縫控儲(chǔ)量。

1 啟動(dòng)壓力測(cè)試

低滲氣藏中氣體滲流時(shí)存在啟動(dòng)壓力梯度[2]，氣體啟動(dòng)壓差為氣體克服毛細(xì)管壓力，突破孔隙喉道處水膜的束縛，從靜止到流動(dòng)所需要的最小壓力差。

影響啟動(dòng)壓力梯度的因素很多，如巖心滲透率、束縛水飽和度和巖心的孔隙結(jié)構(gòu)特征等都會(huì)對(duì)其產(chǎn)生明顯的影響[3-5]。滲透率越低，啟動(dòng)壓力梯度越大；束縛水飽和度越高，啟動(dòng)壓力梯度越大；巖心越致密，啟動(dòng)壓力梯度越大。啟動(dòng)壓力梯度的存在，增大了強(qiáng)非均質(zhì)性致密低滲氣藏的開發(fā)難度。

為測(cè)定錦30井區(qū)啟動(dòng)壓力梯度，采用“增水法”在地層束縛水飽和度條件下測(cè)試，新召東井區(qū)平均含水飽和度48%。啟動(dòng)壓力梯度測(cè)試結(jié)果見表1。4塊巖心在儲(chǔ)層條件下的啟動(dòng)壓力梯度為0.076 8～0.099 6 MPa/m，啟動(dòng)壓力梯度與孔隙度和滲透率成負(fù)相關(guān)關(guān)系(圖2、圖3)，在5 MPa生產(chǎn)壓差下，泄氣半徑為50～65 m[6-7]。

表1 巖心啟動(dòng)壓力梯度測(cè)試結(jié)果

圖2 巖心滲透率與啟動(dòng)壓力梯度的關(guān)系

圖3 巖心孔隙度與啟動(dòng)壓力梯度的關(guān)系

2 縫間距優(yōu)化

水平井水平段在鉆遇低滲透率儲(chǔ)層時(shí)，受啟動(dòng)壓力梯度的影響，泄氣范圍大幅降低，形成滲流阻隔帶，需要精細(xì)優(yōu)化布縫位置及縫間距。

以錦30井區(qū)水平井J30-9-XX為例，該井水平段長(zhǎng)為1 000 m，水平段顯示段長(zhǎng)581 m，水平段滲透率情況見表2，水平段滲透率低于0.100×10-3μm2的長(zhǎng)度達(dá)到600 m。

表2 J30-9-XX井水平段滲透率解釋情況

模擬1 000 m水平段情況下不同壓裂段數(shù)裂縫擴(kuò)展情況，計(jì)算壓裂改造體積(SRV)。由模擬結(jié)果可以看出(圖4)，當(dāng)壓裂改造段數(shù)為6段，壓裂段長(zhǎng)167 m時(shí)，壓裂改造體積較小。隨著壓裂級(jí)數(shù)增加，壓裂段長(zhǎng)逐漸減小，壓裂改造體積逐漸增長(zhǎng)。壓裂段數(shù)達(dá)到12段，壓裂段長(zhǎng)縮小至83 m以后，改造體積的增長(zhǎng)逐漸變緩，當(dāng)壓裂段數(shù)達(dá)到14段后，壓裂段長(zhǎng)縮小至71 m，此時(shí)增大段數(shù)，壓裂改造體積增加有限，裂縫間基本全部波及。由此可見，縮小壓裂段長(zhǎng)可以明顯提高壓裂改造體積，進(jìn)而提高壓裂改造效果，最優(yōu)壓裂改造段數(shù)為12～14段，壓裂段長(zhǎng)為71～83 m。

圖4 不同壓裂段數(shù)與改造體積關(guān)系

在滲透率較低的水平段，存在啟動(dòng)壓力，泄氣半徑大幅降低。滲透率小于0.1×10-3μm2時(shí)，5 MPa生產(chǎn)壓差下泄氣半徑僅25 m左右，因此需要開展段內(nèi)多簇射孔，以保證水平段長(zhǎng)方向充分改造，實(shí)現(xiàn)水平段儲(chǔ)量充分動(dòng)用。根據(jù)壓裂段長(zhǎng)優(yōu)化結(jié)果，單段射孔2～3簇，簇間距15～25 m。

3 射孔參數(shù)優(yōu)化

計(jì)算不同簇間距下誘導(dǎo)應(yīng)力對(duì)應(yīng)的破裂壓力增加值顯示(圖5)，隨簇間距增大，誘導(dǎo)應(yīng)力對(duì)破裂壓力增加值影響急劇減小，當(dāng)簇間距為15～25 m時(shí)，破裂壓力增加值為1.5～4.0 MPa。

圖5 不同簇間距與破裂壓力增加值

射孔參數(shù)優(yōu)化主要依據(jù)極限限流壓裂理論[8-9]，通過計(jì)算不同射孔參數(shù)下在不同排量下的孔眼摩阻(表3)，實(shí)現(xiàn)多簇壓裂簇間均衡改造。

表3 不同施工排量及孔眼數(shù)下的孔眼摩阻與孔徑比 MPa/10 mm

根據(jù)計(jì)算，排量為8～12 m3/min及孔徑10 mm條件下，單段總孔數(shù)為20～30孔可以達(dá)到孔眼摩阻4.4～14.4 MPa，達(dá)到限流效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)多簇射孔均勻起裂的目的。優(yōu)化后的射孔參數(shù)：?jiǎn)味?簇，孔密度16孔/m，單簇1 m，施工排量8～10 m3/min；單段3簇：孔密度10孔/m，單簇1 m，施工排量10～12 m3/min。

4 壓裂參數(shù)優(yōu)化

錦30井區(qū)主要目的層盒1儲(chǔ)層物性參數(shù)如表4所示。

表4 錦30井區(qū)儲(chǔ)層物性參數(shù)

結(jié)合錦30井區(qū)儲(chǔ)層條件，計(jì)算得到盒1儲(chǔ)層砂體厚度分別為5 m和15 m下的裂縫導(dǎo)流能力與累計(jì)產(chǎn)量的關(guān)系[10](圖6)，裂縫導(dǎo)流能力大于30 μm2·cm后，累計(jì)產(chǎn)量增加變緩，因此優(yōu)化裂縫導(dǎo)流能力為30 μm2·cm。

圖6 盒1儲(chǔ)層裂縫導(dǎo)流能力對(duì)單井累計(jì)產(chǎn)量的影響

模擬裂縫導(dǎo)流能力為30 μm2·cm的不同裂縫長(zhǎng)度下累計(jì)產(chǎn)量變化(圖7)可以看出，單井產(chǎn)量隨裂縫長(zhǎng)度增加而增加。當(dāng)裂縫長(zhǎng)度大于200 m時(shí)，產(chǎn)量增加逐漸減緩，因此，優(yōu)化裂縫長(zhǎng)度為200～250 m[10-14]。

圖7 支撐裂縫長(zhǎng)度與累計(jì)產(chǎn)量關(guān)系

模擬不同加砂規(guī)模下支撐裂縫半長(zhǎng)的變化(圖8)，單段加砂規(guī)模大于60 m3時(shí)，支撐裂縫半長(zhǎng)增加變緩。因此，優(yōu)化單段(單簇)加砂規(guī)模為50～60 m3，單段(2簇)加砂規(guī)模為80～90 m3，單段(3簇)加砂規(guī)模為110～120 m3。

圖8 加砂規(guī)模與支撐裂縫半長(zhǎng)關(guān)系

5 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

東勝氣田錦30井區(qū)水平井采用多簇混合水體積壓裂技術(shù)，6口水平井平均鉆遇水平段長(zhǎng)度952.5 m，平均鉆遇砂巖長(zhǎng)度841.5 m，平均單井壓裂9.3段18.3簇(根據(jù)水平段實(shí)鉆情況，部分段采用段內(nèi)2～3簇射孔，部分段采用單簇射孔)，兩向水平應(yīng)力差為7～8 MPa，采用大排量施工提高縫內(nèi)凈壓力，利用混合水壓裂低黏液體的強(qiáng)穿透性溝通天然裂縫，形成較為復(fù)雜的裂縫網(wǎng)絡(luò)。單井平均液量為7 868.5 m3，單井平均加砂量775.2 m3，壓后平均日產(chǎn)氣量5.7×104m3，是鄰井常規(guī)壓裂工藝的2.5倍，效果良好。

6 結(jié)論

(1)東勝氣田錦30井區(qū)的啟動(dòng)壓裂梯度與滲透率存在較大的相關(guān)性，泄氣半徑為50～65 m，在滲透率較低的滲流阻隔帶泄氣半徑僅為25 m左右。

(2)縮小壓裂段長(zhǎng)度能夠增加改造體積，1 000 m水平段長(zhǎng)優(yōu)化壓裂改造段數(shù)為12～14段，壓裂段長(zhǎng)為71～83 m。段內(nèi)多簇射孔能夠有效消除滲流阻隔帶的影響，優(yōu)化段內(nèi)射孔2～3簇，簇間距15～25 m。

(3)極限限流射孔能夠保證多簇射孔均勻起裂，優(yōu)化射孔參數(shù)：?jiǎn)味?簇，孔密16孔/m，單簇1 m，施工排量8～10 m3/min；單段3簇：孔密10孔/m，單簇1 m，施工排量10～12 m3/min。

(4)采用密切割多簇體積壓裂設(shè)計(jì)方法降低非均質(zhì)氣藏滲流阻隔帶對(duì)氣藏滲流的影響，優(yōu)化裂縫導(dǎo)流能力30 μm2·cm，支撐裂縫半長(zhǎng)200～250 m，加砂規(guī)模單段(單簇)為50～60 m3，單段(2簇)為80～90 m3，單段(3簇)為110～120 m3。

(5)東勝氣田采用密切割多簇體積壓裂技術(shù)實(shí)施了6口井，壓裂后的平均產(chǎn)量為5.7×104m3/d，是鄰井常規(guī)壓裂工藝的2.5倍，取得了比較好的改造效果。

表5 錦30井區(qū)多簇混合水體積壓裂效果統(tǒng)計(jì)