蘇里格氣田下二疊統儲層改造難點及對策

摘 要

摘要：蘇里格氣田儲層具有“低孔、低滲、低壓”的特點，水力壓裂改造成為開發該氣田的主要手段。由于儲層物性變化大、多薄層等原因，單井壓裂改造裂縫參數在井網中效應
摘要：蘇里格氣田儲層具有“低孔、低滲、低壓”的特點，水力壓裂改造成為開發該氣田的主要手段。由于儲層物性變化大、多薄層等原因，單井壓裂改造裂縫參數在井網中效應的優化難度很大，施工參數很難考慮地應力剖面的縱向控制效果。因此，針對壓裂改造中的突出難點，提出了相應的解決對策：建立單井與井網匹配優化模型，充分利用數值模擬、裂縫參數優化、應力剖面分析技術和裂縫閉合優化等技術。應用上述配套技術，使得壓裂改造的裂縫參數與儲層的匹配更加緊密；根據應力特征優化的參數更有針對性，有利于獲得合裂縫剖面；利用所提出的小型壓裂技術進一步增強了對儲層的認識和對壓裂工藝的提升。為蘇里格氣田的儲層改造和壓裂效果的評估提供了技術支持。
關鍵詞：蘇里格氣田；儲集層；壓裂；改造；封隔器；管柱；地應力；解釋
1 壓裂改造特點
    蘇里格氣田壓裂大部分采用雙封隔器不動管柱油管進液的分層壓裂方法改造儲層、壓后合采的方式進行生產，另一部分井采用環空進液合壓的方式。從施工曲線看，該區域部分井沒有明顯的破裂壓力[1]，延伸壓力呈現裂縫較為平穩延伸的狀況，破裂壓力不明顯的主要原因一方面是液氮助排對實際壓力顯示的影響，另一個原因則可能是部分井有少量的天然裂縫或鉆井誘導裂縫，但天然裂縫并不發育。
    施工的一般排量平均為3m3/min左右，前置液平均為40%，砂量平均28m3左右，加砂強度平均3.2m3/m，平均砂比23%，單層用液量平均380m3，單層加砂量平均28.3m3，氮液比平均3.7%。停泵壓力變化較大，說明區域上裂縫延伸凈壓力有一定的變化，也在一定程度上反映了區域上巖性、物性等都有一定的變化。
    采用前置液液氮助排的方式改善了壓后返排率，壓后返排率70%～95%，多數在85%以上。
2 壓裂改造難點及對策分析
2.1 人工裂縫與井網的匹配關系
2.1.1難點分析
    裂縫參數很難針對儲層物性系統進行優化[2]，由于蘇里格氣田井網已逐步完善，裂縫參數的優化還應充分考慮到單井在井網中的效應。因此，在壓裂設計中很難有一個明確的經濟目標函數。
2.1.2對策研究
    針對以上難點，采取的對策是進行裂縫系統與現有開發井網和儲層物性參數之間的優化匹配研究，使壓裂的優化目標函數從單井范疇上升到整個開發井網的范疇。通過對目標區塊氣藏物性的研究實驗，以及開發井或探井生產動態的歷史擬合[3～4]，確立目標區塊的滲透率等關鍵物性參數，并使用氣藏數值模擬軟件建立包含井、氣層和水力裂縫的水力壓裂計算單元的氣藏數值模擬模型。在此模型的基礎上，在不同物性條件下，通過對比不同裂縫長度和裂縫導流能力對井的產能動態、含水上升情況、累計產量和采出程度等的影響規律，以確定不同物性條件下合理的縫長和導流能力等裂縫參數。優化的裂縫參數也是施工參數和工藝優化的指導方針，施工參數的優化目標將是以實現整體壓裂裂縫參數為目標函數。圖1、2為某區塊固定井網條件下，滲透率為0.15×10-3μm2下不同縫長和導流能力的優化結果曲線圖。
2.2 施工參數優化
2.2.1難點分析
    由于裂縫參數的優化研究難度大，導致施工參數的設計更加困難，會出現一些對于物性條件好的層低砂液比施工，物性差的層反而采取高砂比施工，針對性和與儲層的適配性相對較差；以前置液及加砂強度為例，通過施工參數與儲層關鍵物性三因素(氣層厚度、滲透率、孔隙度)乘積之間的關系分析，儲層物性直接影響氣藏對裂縫長度以及導流能力的需求，換言之，也就直接影響了施工參數的優化結果。
2.2.2對策研究
    在優化完縫長和導流能力對儲層改造的需求的基礎上，優化施工參數的目的在于如何實現施工縫長和導流能力的需求。因此在施工參數優化之前，應當首先分析地應力值在目的層的應力分布情況。在此基礎上來優化各個參數的數值。
    利用測井資料，可以解釋目標井的地應力剖面[5～6]，一般目的層與隔層應力差為8～12MPa，有利于裂縫高度的控制。但部分井由于相鄰遮擋層較薄，存在裂縫相對容易上延或下延的情況，同時，同一射孔段內的氣層層段之間有一定的應力差異，因此必須根據每口井的地應力解釋結果來優化排量、砂比、規模等參數。
2.3 支撐剖面優化
2.3.1難點分析
    蘇里格氣田儲層在縱向上具有多層分布的特點，因此目前蘇里格氣田壓裂大部分采用雙封隔器不動管柱油管進液的分層壓裂的方法改造儲層，壓后合采的方式進行生產。分層壓裂-工具分壓，全部層施工結束后統一返排，如果先壓裂層壓裂液浸泡時間長，會增加水鎖效應和傷害[7]。同時又由于先壓裂層不放噴，可能對濾失較低的層壓力傳導慢，在裂縫處于張開的狀態下，隨著壓后溫度場的變化，壓裂液破膠，必然產生支撐劑沉降而使得支撐剖面得不到優化。
2.3.2對策研究
2.3.2.1 破膠劑用量優化
    根據施工時間和溫度場的變化以及施工的順序優化每層破膠劑的加量，如第一層與第二層的施工間隔為40～60min，則實際第一層壓后停泵到開井放噴的時間為2～3h，結合壓裂液體系破膠評價結果，因此可以優化第一層施工破膠劑的追加剖面為0.01%、0.015%、0.02%、0.025%和0.03%，其中膠囊破膠劑的比例為60%。這樣第二層破膠劑的追加剖面為0.03%、0.04%、0.05%和0.06%，其中膠囊破膠劑的比例為35%。
2.3.2.2 縫高控制優化
    通過使用沉式隔離劑在裂縫底部形成壓實的低滲透區，阻止裂縫向下延伸。可通過線性膠攜帶小粒徑陶粒，進裂縫后停泵沉降到縫底，起到控制裂縫高度向下過度延伸的作用。圖3、4為裂縫易向下延伸情況，通過采取前置液支撐劑停泵沉降可以實現合理剖面的優化。
 
2.4 測試分析技術
2.4.1難點分析
    對于已改造和未改造的井，需要進行例如小型壓裂測試等技術以獲取地層參數，為進一步壓裂改造提供技術支持。
2.4.2對策研究
    為了解地層參數，保證主壓裂施工順利進行，在主壓裂施工前進行一次小型測試壓裂，即用少量的液體(10～20m3)不加砂施工，最終泵車分批停泵，變化幾個排量臺階，每個臺階持續30s左右。小型壓裂的主要目的是了解地層閉合壓力、延伸壓力、濾失情況、天然裂縫發育情況、近井摩阻、孔眼摩阻、壓裂液效率等，在加深對儲層認識的同時，調整施工參數，確保施工成功。通過計算可以得到裂縫閉合壓力，再利用G函數、平方根、雙對數曲線，認識天然裂縫發育情況，指導壓裂施工參數，使施工順利完成，并獲得很好的效果。因此通過測試分析既有利于施工的完成，也能分析出效果與儲層之間的關系。
3 結論
    1) 系統的儲層壓前評估技術是蘇里格氣田壓裂設計研究的基礎，也是合理的壓裂方式(分壓、合壓)確定的保障。
    2) 優化不同物性條件下的裂縫參數，包括縫長和導流能力，使單井的優化上升到整個井網和長期開采動態中，同時認識到氣藏對導流能力的真實需求，也使單井的壓裂方案在整體方案的指導下更為合理。
    3) 從儲層的地應力剖面出發，分析目的層裂縫的延伸情況是設計各個參數的基礎，利用施工參數優化以及支撐劑沉降和強制閉合等技術優化支撐剖面。根據分層壓裂的各層的特點，優化破膠劑用量和放噴方式也是合理優化支撐剖面的技術之一。
    4) 壓前小型壓裂分析，有利于施工的順利完成和達到認識儲層的目的，從而從工藝的角度來分析壓裂改造效果的好與壞，有利于指導下一步工作。
    5) 通過應用該技術，使得壓裂改造的裂縫參數與儲層的匹配更加緊密；根據應力特征優化的參數更有針對性，有利于獲得合理的裂縫剖面，為蘇里格氣田的儲層改造工作提供了新的技術手段。
參考文獻
[1] 萬仁溥.采油工程手冊[M].北京：石油工業出版社，2000.
[2] 李明志.油氣井酸化壓裂新技術[M].北京：石油工業出版社，2004.
[3] 蔣廷學.壓裂施工中井底壓力的計算及應用[J].天然氣工業，1997，17(5)：90-92.
[4] 張嘯楓，唐俊偉，位云生，等.蘇里格氣田單井生產動態分析與管理[J].西南石油大學學報，2009，31(3)：110-114.
[5] 蔣廷學，汪緒剛，劉繼霞.壓裂氣井穩態產能研究[J].天然氣工業，2003，23(2)：82-84.
[6] 戴慶，戴江，周宏權.壓裂井產能預測理論曲線分析[J].西南石油大學學報，2009，31(2)：74-76.
[7] 劉貴賓，孟慶平，劉桂君，等.蘇里格深層氣田壓裂技術應用研究[J].油氣井測試，2009，28(1)：68-70.
 
(本文作者：才博1 王欣2 蔣廷學2 舒玉華2 段瑤瑤2 1.中國地質大學(北京)能源學院 2.中國石油勘探開發研究院廊坊分院)