祼孔長水平井蘇75－70－6H連續(xù)壓裂微地震監(jiān)測

王萬迅，葉連池，王立治，段正中

(1.華北油田公司蘇里格項目部，內(nèi)蒙古烏審旗 017300;2.渤海鉆探公司長慶事業(yè)部，天津 300270)

1 前言

水平井蘇75－70－6H是蘇里格氣田裸孔完井的大型水平井，水平段南北走向，長度1 200 m，深度3 400 m;采用了國際上最新的水平井完井理論，裸孔完井分10個壓裂段。裸孔完井簡化了完井施工過程，降低了完井成本;增大了井筒與地層的交換面積，可以提高產(chǎn)量。裸孔完井也增大了風(fēng)險:沒有套管支撐，井壁易塌陷;分段封隔器與地層接觸不好，易發(fā)生壓裂液漏泄，發(fā)生段串;壓裂在不希望首先壓開的井段形成裂縫，阻礙壓裂施工的順利進(jìn)行。鑒于裸孔完井水平井壓裂施工難度較大，通常采用國外的井下器材(包括井下封隔器)、國外的監(jiān)測技術(shù)實施壓裂施工與控制。

蘇75－70－6H井壓裂采用國產(chǎn)井下工具及國內(nèi)微地震壓裂監(jiān)測技術(shù)，是依靠國內(nèi)技術(shù)完成的規(guī)模最大的裸孔水平井分段壓裂:壓裂液4 200 m3，加砂400 m3，連續(xù)施工30 h。10個壓裂段均壓裂成功，實現(xiàn)日產(chǎn)氣20萬m3，獲得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。也為國內(nèi)井下工具及微地震監(jiān)測技術(shù)開拓了一個市場[1]。

來自其他方面的信息表明，初次壓裂裂縫發(fā)生在水平段根部，根部壓裂裂縫阻礙壓裂液、加砂液通過，其他水平段已經(jīng)無法壓裂。監(jiān)測表明，初次壓裂裂縫發(fā)生在水平段端部，水平井可以依次壓裂。結(jié)果表明，監(jiān)測結(jié)果是正確的，在監(jiān)測指導(dǎo)下，蘇75－70－6H井順利完成壓裂施工。

2 試壓裂及微地震監(jiān)測

由于該井下完壓裂管柱后試壓沒有達(dá)到要求的目標(biāo)，對國產(chǎn)井下工具泄漏點的位置存在懷疑，為了找出泄漏位置，在正式壓裂前進(jìn)行試壓裂，判斷初次壓裂的人工裂縫位置。如果初次壓裂的人工裂縫出現(xiàn)在根部，井下工具失效，只有根部的一段可以壓裂投產(chǎn)，其余水平段及井下工具作廢;如果初次壓裂的人工裂縫出現(xiàn)在端部，可以依次壓裂，有希望壓裂10段，達(dá)到最大開采效率。一些間接證據(jù)傾向于初次壓裂的人工裂縫出現(xiàn)在根部，進(jìn)行連續(xù)分段壓裂已不能提高采氣量，而且會形成巨大的施工浪費(fèi)。微地震監(jiān)測表明:初次壓裂的人工裂縫位于端部設(shè)計的壓裂段位置;人工裂縫方向近井平行于水平段，遠(yuǎn)井轉(zhuǎn)向最大水平主應(yīng)力方向，與理論設(shè)計相符;建議連續(xù)實施水平井壓裂。監(jiān)測站布站圖見圖1。

圖1中，橫軸南北向，灰色線是水平井水平段位置，南部是(左側(cè))端部，北部(右側(cè))是水平井起始段——根部;■表示各水力壓裂作業(yè)段在地面的投影，●、▲及其框圖是第一套儀器實施監(jiān)測時的監(jiān)測臺站位置及控制壓裂井段，○、及其框圖是第二套儀器監(jiān)測臺站位置及控制壓裂井段，試壓裂同時使用兩套儀器。監(jiān)測結(jié)果表明，試壓裂裂縫出現(xiàn)在端部、圖1中標(biāo)號為1的位置上，井下工具工作正常。

圖1 蘇75－70－6H井微地震監(jiān)測布站圖Fig.1 Geophone distribution of microseismic monitoring for Well Su 75 －70 －6H

從俯視圖(見圖2)中可以清晰地看到每個震源點的位置，微地震應(yīng)該沿著裂縫發(fā)生，整個震源點分布指明了裂縫擴(kuò)展的方向，色度表明微地震發(fā)生的時間順序。兩條坐標(biāo)零線的交匯位置是設(shè)計第一個壓裂段位置，初破裂出現(xiàn)在第一個壓裂段中心稍偏南位置，壓裂裂縫方向北東東向，是一個油田最期望的裂縫形態(tài)。

圖2 試壓裂微地震監(jiān)測結(jié)果俯視圖Fig.2 Plan view of microseismic monitoring

3 壓裂施工及微地震監(jiān)測

依據(jù)試壓裂微地震實時監(jiān)測結(jié)果，油田排除其他疑問，實施了連續(xù)壓裂施工。施工過程中進(jìn)行微地震監(jiān)測，微地震監(jiān)測表明上一段壓裂成功，且位置在設(shè)計的壓裂段內(nèi)，立刻投球，打開下一段的出液孔，壓裂下一段。第一段正式壓裂實時微地震監(jiān)測結(jié)果俯視圖見圖3。

圖3 第1段壓裂監(jiān)測俯視圖Fig.3 Plan view of microseismic monitoring for layer No.1

圖2、圖3表明:試壓裂與正式壓裂的人工裂縫趨勢相同，由于壓裂規(guī)模不同，正式壓裂的微地震點密度增大;初破裂位于第一壓裂段中心;井下工具工作正常。看到這一結(jié)果后，立刻按計劃實施連續(xù)壓裂。每段接近壓裂結(jié)束時，投球封堵該壓裂段，打開下一壓裂段的出液孔，轉(zhuǎn)入下一壓裂段壓裂施工。依照上述程序，10段壓裂均獲得成功，微地震監(jiān)測結(jié)果指導(dǎo)了施工過程，增大了壓裂施工成功的幾率。

圖4是第1段壓裂前置液壓裂時形成的裂縫及加砂液壓裂形成的裂縫。結(jié)果表明，加砂液壓裂形成的裂縫不比前置液壓裂時形成的裂縫短，不能由此劃分動態(tài)縫、支撐縫。在打入加砂液后，裂縫仍然會出現(xiàn)長度擴(kuò)展。

圖4 第1段壓裂前置液、加砂液的壓裂裂縫Fig.4 Plan view of before and after sand of microseismic monitoring for layer No.1

圖5是10段壓裂的綜合結(jié)果，用不同灰度表明不同段壓裂時微地震監(jiān)測獲得的微地震源位置。

圖5 蘇75－70－6H井壓裂裂縫綜合圖Fig.5 Plan view of microseismic monitoring for Well Su 75－70－6H

由圖5可以看出:1段壓裂相對中心點略偏南;10段壓裂存在可見的北串;4段向3段，6段向7段，7段向8段存在明顯的段間干擾。由于第10段漏泄明顯，后期加砂出現(xiàn)砂堵，分2段壓裂(見表1)。10個水平段的人工裂縫彼此大體平行，這與水平段走向、最大水平主應(yīng)力方向間的夾角有關(guān)[2]。蘇75－70－6H井所在地區(qū)的最大水平主應(yīng)力方向約為北東60°，水平段南北走向，二者間的夾角為60°，使各水平段壓裂裂縫大體平行[3]。理論上，壓裂裂縫在近井與水平段走向垂直，遠(yuǎn)井轉(zhuǎn)向最大水平主應(yīng)力方向。水平段走向與最大水平主應(yīng)力方向的夾角越大，轉(zhuǎn)向趨勢越不明顯，各水平段壓裂裂縫的平行度也越好，但裂縫形態(tài)也越簡單。表1給出了各段壓裂裂縫參數(shù)。

表1 蘇75－70－6H井壓裂裂縫參數(shù)Table 1 Hydraulic fracturing parameters for Well Su 75－70－6H

4 結(jié)語

大型裸孔水平井壓裂是一個工藝復(fù)雜的壓裂施工，應(yīng)該進(jìn)行現(xiàn)場實時微地震監(jiān)測。微地震監(jiān)測結(jié)果對壓裂施工的進(jìn)行、施工過程、壓裂結(jié)果均可以提出重要的指導(dǎo)性建議。

蘇75－70－6H井是大型裸孔完井的水平氣井，微地震監(jiān)測結(jié)果證明了國產(chǎn)井下工具是可用的，壓裂設(shè)計是可行的，排除了不必要的疑問。在施工過程中，給出每段裂縫發(fā)生、發(fā)展過程，表明了壓裂施工成功的信息，指導(dǎo)油田開始下一段壓裂。

監(jiān)測到的壓裂液漏泄可能伴隨著砂堵，進(jìn)一步的研究可以對砂堵做出預(yù)測，避免施工故障。

綜上所述，微地震監(jiān)測是一項可行的大型、連續(xù)裸孔水平井壓裂監(jiān)測技術(shù)。

[1]齊鐵新，劉建中，秦桂林.井下裂縫連通技術(shù)在安棚堿礦的應(yīng)用[J].中國工程科學(xué)，2006，8(7):63 －67.

[2]閆志濤，劉建中，邱金平.第三沉降帶應(yīng)力場研究[J].中國工程科學(xué)，2009，11(2):33 －36.

[3]劉建中，孫慶友，徐國明.油氣田儲層裂縫研究[M].北京:石油工業(yè)出版社，2008.