摘要：火山巖天然氣藏多數須壓裂增產才具工業開采價值，但火山巖中的孔隙、溶孔及天然裂縫個性差異大，國內外均沒有成熟的壓裂工藝，增產投資高、風險大、效果差。如何準確診斷壓裂難點和研究實施有針對性的處理措施，已成為火山巖氣藏勘探開發取得突破的關鍵。在研究火山巖復雜結構對壓裂G函數影響的基礎上，歸納出常規濾失型、低濾失型、微裂縫發育型、微裂縫極發育型和高裂縫型5種典型G函數特征，形成了保證人造主裂縫形成工藝、處理近井復雜摩阻高工藝、壓裂施工參數優化工藝、選擇合適的加砂泵注程序等針對性的控制處理措施。經過在松遼盆地北部徐家圍子氣田超過100口井的應用，壓裂成功率、施工規模及單井增產效果均取得突破，有效地提高了火山巖氣藏壓裂成功率和效果。
關鍵詞：火山巖；儲集層；測試；壓裂；數學模型；特征；措施；松遼盆地
0 引言
油氣資源勘探領域的發展已涉及富含油氣資源的深部火山巖儲層，僅松遼盆地北部就擁有天然氣資源上萬億立方米，但火山巖氣藏自然產能低[1]，絕大部分必須通過壓裂才可能獲得工業氣流。由于火山巖類型多、儲集空間復雜、天然裂縫發育，以往壓裂最突出的難點是早期砂堵、改造規模小、增產效果差。2002年以前松遼盆地火山巖探井壓裂3口井、4層，砂堵4層，最大改造規模30m3，成功率37.5%，效果不理想。而同期國外報道的火山巖壓裂最大支撐劑加入量也只有15t[2]。為提高火山巖儲氣層壓裂施工的成功率和效果，首先必須準確診斷出影響壓裂施工成敗的不同難點，研究針對性的控制工藝與措施。
雖然針對火山巖儲層壓裂中每一個單獨難點已經擁有了部分控制方法[3～4]，但火山巖壓裂中常是多難點共存。如何在現場快速準確診斷出影響壓裂成敗的關鍵難點，成為制約火山巖壓裂技術發展的“瓶頸”。
測試壓裂對于認識儲層和壓裂液特性、完善壓裂設計、現場施工控制有著重要的作用。利用測試壓裂求取裂縫和壓裂液參數的方法最早由Nolte[5]提出，但其理論模型存在明顯缺陷。例如：假設裂縫高度固定；忽略初濾失和停泵之后的裂縫延伸；濾失系數與壓力無關等，它們與多重介質火山巖壓裂顯著不符。Meyer[6]的研究雖然在理論假設上更加符合實際，但測試解釋必須的近井壓降等資料現場很難準確獲得，致使應用受限。在現場實測和理論研究準確獲得近井摩阻壓降[7～8]的基礎上，保證了測試壓裂解釋的G函數能準確反映多重介質儲層和壓裂液特性。如能針對各種火山巖壓裂難點，總結出對應的G函數類型，指導研究應用控制措施將具有重要意義。
1 G函數理論
Meyer在1989年歸納得出一個綜合的G函數方程。在該函數中，考慮了濾失面積和濾失系數隨時間的變化，并分別用參數αa、αc表示，其方程為：
式中：αa為濾失面積指數，無因次；αc2為關井期間的濾失參數，無量綱；θ為無因次時間；t為以開始壓裂時刻為起點的時間，min；tp為泵注時間，min；Ce為等效濾失系數；C(t)為與時間有關總濾失系數，m/min-1/2；βc2為濾失模型因子，若αc=0，則βc2=1。
對于每一個時間t都有一個與之對應的地面壓力，在求出相應的G函數同時，可采用一階差分數值計算方法，求出對應的dp/dG。為便于分析，從數學意義上將G函數和一階差分計算結果dp/dG相乘，構造了疊加導函數Gdp/dG。以dp/dG、Gdp/dG為縱軸，以G為橫軸，得出G函數導數分析曲線。
當導數為常數并且該疊加導數曲線位于一條通過原點的直線上時，為標準濾失；如果在閉合點前疊加導數曲線顯示“上凸”，則表明儲層天然裂縫發育。疊加導數曲線與直線會合時被認定為是裂縫的張開壓力。當該疊加導數曲線從直線向下偏離時為裂縫閉合(圖1)。
2 火山巖的G函數分類
2.1 火山巖G函數類型
通過對所有施工井G函數分類總結，描述了火山巖在壓裂過程中的不同表現，形成了火山巖壓裂的G函數快速解釋圖版。
2.1.1常規濾失型
其特征主要表現為主裂縫閉合前G函數曲線為斜直線(圖2)，裂縫濾失恒定，主要表現為基質濾失。
2.1.2低濾失型
其特征主要表現為主裂縫閉合前G函數曲線為接近水平直線(圖3)，裂縫濾失恒定，但由于該類儲層基質致密，物性條件較差，濾失量較小，G函數數值一般小于2。
2.1.3微裂縫發育型
其特征主要表現為主裂縫閉合前G函數曲線有一定凸起，一般數值在4以下(圖4)。該類儲層閉合前由于受微裂縫濾失影響，造成裂縫濾失不恒定且濾失較大。
2.1.4微裂縫極發育型
其特征主要表現為主裂縫閉合前G函數曲線凸起很高，一般數值在4以上(圖5)。該類儲層閉合前由于受多條微裂縫濾失影響，造成裂縫濾失不恒定且濾失大。
2.1.5高裂縫型
其特征主要表現為主裂縫閉合前G函數曲線有一定下凹(圖6)顯示，是由于裂縫在高度上快速回退造成的。
2.2 火山巖G函數類型圖版的應用
通過將火山巖測試壓裂G函數按各類型總結出標準圖版，形成了火山巖小型壓裂解釋的標準流程和擬合參數選取規范。在現場解釋時，首先快速判斷難點類型，并提供出擬合解釋值的合理范圍，大幅度減少解釋時間，更重要的是解決了以往測試壓裂不同人員解釋結果均不同，解釋人員越多其結果越無法應用的難題，做到了解釋結果的唯一性，保證了火山巖壓裂難點診斷的準確性，并建立了小型壓裂分析診斷定量特征參數[6]，促進了火山巖壓裂技術走向成熟。
3 火山巖壓裂控制措施
在火山巖施工難點診斷的基礎上，針對火山巖異常主要發生于近井的實際，形成了一系列近井入造裂縫處理工藝及施工控制方法。
1) 保證人造主裂縫形成工藝，主要解決火山巖近井天然裂縫發育、應力復雜，主裂縫不明顯、儲層較上下隔層應力低等問題，處理工藝為采用不同流度的液體段塞。
2) 處理近井復雜摩阻高工藝，主要作用消除近井裂縫轉向、裂縫壁面不整合附加摩阻高、微裂縫張開導致壓裂液效率低等問題，處理工藝為多段低砂比粉砂段。
3) 壓裂施工參數優化工藝，根據測試壓裂診斷結果，選擇適當的施工排量、壓裂液黏度等施工參數，控制地層濾失大、裂縫縱向過高或地面壓力增長快等不利情況，保證人造裂縫順利延伸。
4) 選擇合適的加砂泵注程序，按優化設計目標值完成支撐劑加入，形成與儲層物性匹配導流能力高的填砂支撐裂縫。
經過多年發展，形成了井下凈壓力精確計算、實時壓裂液效率計算的系列控制設計方法以及固體、液體降濾、封堵，變排量施工等配套技術。
4 現場應用
應用火山巖壓裂難點診斷與控制技術，2002年以來累計在大慶油田火山巖壓裂施工118口井176層，壓裂施工成功率由2002年以前的37.5%，提高到93.2%、最大支撐劑加入量130m3。工藝水平及效果實現了前所未有的突破，為松遼盆地北部提交2000×108m3火山巖天然氣探明儲量提供了強有力技術支撐。
5 結論
1) 針對火山巖等復雜巖性以往壓裂工藝適應性差的油氣藏，通過加強適應其特性測試壓裂診斷數學模型改進等理論研究，形成診斷技術，采用總結測試壓裂G函數特征，規范解釋參數選取，可保證診斷的準確性和唯一性。
2) 研究復雜巖性儲層測試壓裂與加砂主壓裂關系，形成針對性控制工藝與措施，可有效提高壓裂施工成功率與效果。
參考文獻
[1] 周學民，唐亞會.徐深氣田火山巖氣藏產能特點及影響因素分析[J].天然氣工業，2007，27(1)：90-92.
[2] WEIJERS L，GRIFFIN L G，SUGIYAMA H，et al. The first successful fracture treatment campaign conducted in Japan：stimulation challenges in a deep，naturally fractured volcanic rock[C]f}SPE Annual Technical Conference and Exhibition，San Antonio，Texas：SPE，2002.
[3] 馮程濱，謝朝陽，張永平.大慶深部裂縫型火山巖儲氣層壓裂技術試驗[J].天然氣工業，2006，26(6)：108-110.
[4] 胡永全，謝朝陽，趙金洲，等.海拉爾盆地人工隔層控縫高壓裂技術研究[J].西南石油大學學報，2009，31(1)：70-72.
[5] NOLTE，KENNETH G. Determination of fracture Parameters from fracturing pressure decline[C]∥SPE Annual Technical Conference and Exhibition，Las Vegas，Nevada：SPE，1979.
[6] MEYER B R. Three-dimensional hydraulic fracturing simulation on personal computers：theory and comparison studies[C]∥SPE Eastern Regional Meeting，Morgantown，West Virginia：SPE，1989.
[7] 張永平，張士誠，衛秀芬.裂縫性火山巖儲氣層測試壓裂診斷特征參數研究與應用[J].大慶石油地質與開發，2008，27(2)：91-93.
[8] 胡勇，朱華銀，萬玉金，等.大慶火山巖孔隙結構及氣水滲流特征[J].西南石油大學學報，2007，29(5)：63-65，89.
(本文作者：張永平1，2 劉合2 1.中國石油大學(北京)；2.中國石油大慶油田有限責任公司)
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