西湖凹陷低孔低滲儲層壓裂改造技術體系探索與實踐

施榮富

（中海石油（中國）有限公司上海分公司）

近年來，隨著東海盆地西湖凹陷勘探力度逐漸增大，在該地區深部勘探目的層系（主要為花港組和平湖組）發現了大量低孔低滲油氣層，低孔低滲油氣儲量已呈現逐年迅速增長的勢頭［1-2］。據初步估算，該地區低孔低滲油氣儲量占目前已發現油氣儲量的比重高達70%左右。然而，低孔低滲油氣層埋藏深、儲層物性差，自然條件下難以實現商業性油氣流，因此通過技術手段對低孔低滲油氣層進行儲層改造是獲得商業化產能的必經之路。筆者通過不斷探索，開展了水力加砂壓裂改造技術研究與實踐，通過壓裂改造提高了西湖凹陷低孔低滲儲層滲流能力，實現該地區低孔低滲油氣層的商業化產能，取得了很好的效果。文中重點闡述了西湖凹陷低孔低滲儲層壓裂改造技術體系主要內容，總結了該地區低孔低滲儲層壓裂改造實踐歷程，并指出了目前壓裂作業中急迫解決的技術難題。

1 低孔低滲儲層壓裂改造技術體系探索

從2010年10月開始，西湖凹陷開展了8層水力加砂壓裂改造作業，通過不斷探索，目前已初步建立起一套海上低孔低滲儲層壓裂改造技術體系，包括壓裂選層技術、射孔-壓裂-測試一體化管柱技術和壓裂測試現場施工工藝技術。

通過近2年來的壓裂測試探索和實踐，從壓裂層位的選取、測試管柱設計和現場壓裂測試施工等，已經逐步建立起了一套海上探井壓裂測試技術體系。

1.1 壓裂選層技術

低孔低滲大氣區（田）發育的圈閉類型主要有巖性圈閉、成巖圈閉和毛細管壓力圈閉，這3種類型圈閉在我國天然氣儲量構成中占有很大比例［3］。西湖凹陷低孔低滲油氣區主要形成于凹陷構造深部，主要為構造＋巖性類型圈閉，儲層孔隙空間小、吼道連通性較差，局部低孔低滲油氣層的巖石骨架顆粒所含束縛水較高［4-5］，因此選擇合適、合理的低孔低滲油氣層進行壓裂改造是實現油氣層壓裂改造成功的前提與保證。根據目前已開展的8層壓裂改造情況來看，在壓裂選層技術方面已取得以下認識：

（1）壓裂層含油氣飽和度高，利于壓裂改造后的油氣產生

低孔低滲油氣層受其空間差異性的影響，氣水關系相對復雜，因此，低孔低滲儲層物性是控制氣水分布的根本因素。在油氣成藏過程中，通常油氣優先占據大孔喉，小孔喉中毛細管阻力大、界面壓力大，水難以被驅替。研究表明，尋找低孔低滲油氣層段內的油氣富集“甜點”層位進行壓裂是壓裂選層的重要考慮因素之一［6-8］。西湖凹陷低孔低滲層含油氣飽和度越高，越利于壓裂改造后的油氣產出，其壓裂后產能往往越高，如XH-2井綜合解釋儲層含氣飽和度為41%，壓裂后日產天然氣達9.6萬m3。統計發現，目前西湖凹陷已壓裂層含水飽和度一般在40%～50%；若含水飽和度達60%左右，壓裂后地層出水產能過大，往往影響天然氣的排出。

（2）壓裂層地層壓力系數高，利于儲層改造后壓裂液的快速返排

統計發現，西湖凹陷低孔低滲儲層壓裂改造后壓裂液的返排速度與壓裂層本身的地層壓力系數存在一定的關系，地層壓力系數越高，壓裂后壓裂液的返排速度越高，如XX-2井地層壓力系數為1.501 5，壓裂后壓裂液返排速度平均達12.5 m3／h。更為重要的是，壓裂液的快速返排，大大降低了壓裂液本身對儲層的傷害。通過與長慶油田壓裂層進行對比，當地層壓力系數一般在1.0左右時，其壓裂后壓裂液的返排速度大大低于西湖凹陷低孔低滲層。

（3）壓裂層上下圍巖要避免煤層和水層

西湖凹陷平湖組、花港組沉積時期總體為淺水環境，水下河道砂體與泥炭沼澤、薄煤層交替出現，煤層在油氣目的層段發育頻繁，而且深部煤層微裂縫發育，裂縫水大量充填含煤系地層中［9-10］。另外，煤層地應力值低，易被壓裂開，壓裂層段附近如果發育煤層沉積，在壓裂施工過程中壓裂縫易沿煤層展布而造成大量出水，對氣層的排出將會起到很大的抑制作用。

（4）合理設計壓裂規模，減少壓裂液返排時間

海上壓裂施工與陸地壓裂施工存在很大的差異性，海上探井平臺施工面積狹小，作業費用高昂，壓裂既要保證壓裂后儲層改善的效果，同時還要考慮作業時間，盡量減少壓裂液的返排時間，因此，針對不同氣層合理設計壓裂規模顯得尤為重要。目前，西湖凹陷低孔低滲儲層壓裂改造半縫長控制在100～150 m、加砂量控制在20～30 m3時效果較為理想。

1.2 射孔-壓裂-測試一體化管柱技術

針對西湖凹陷低孔低滲儲層壓裂測試作業特點，設計并成功實踐射孔-壓裂-測試一體化管柱技術。射孔-壓裂-測試一體化管柱技術采用油管傳輸射孔與環空壓力響應測試工具聯作，可在射孔、常規測試后進行壓裂作業和測試作業。對井下工具進行優化配置后，射孔-壓裂-測試一體化管柱結構見圖1。

圖1 西湖凹陷低孔低滲層射孔-壓裂-測試一體化管柱圖［11］

該項技術實現了儲層保護最大化，并大大降低了作業時間和減少了作業費用。相對于常規測試管柱，射孔-壓裂-測試一體化管柱結構做了許多調整與優化，主要包括：①封隔器和流動頭等設備采用103.35 MPa耐壓等級，工具性能大大提高；②對管柱進行了很多精減，去掉了OMNI閥和RD取樣閥等；③管柱通過優化下入2個循環閥，設計間距為300～500 m，防止了管柱內沉砂而不能建立壓井循環；④根據實際情況設計伸縮接頭數量3支，并將伸縮接頭倒置；⑤增加了自動丟槍裝置；⑥環空壓力控制工具的各級控制壓力跨度增大，打平衡背壓，降低了封隔器上下壓差。

1.3 壓裂測試現場施工工藝技術

西湖凹陷低孔低滲儲層壓裂測試作業時間短，現場高壓作業施工風險高，必須確保施工作業的一次成功，同時需獲得盡量多的地質資料，為此采取了以下具體措施：

（1）設計二開二關工作制度

針對該地區低孔低滲儲層壓裂測試，設計了二開二關工作制度，在初開井和初關井獲得原始油氣藏參數和原始自然產能，在二開井和二關井進行壓裂及壓裂后產能求取，并獲得壓裂后的壓力恢復曲線，進行壓裂后儲層改造效果評估。通過設計二開二關工作制度，獲得了儲層壓裂前后的各項參數，為壓裂評價取全了各項資料。

（2）優化射孔井段長度

射孔井段長度對壓裂縫高具有一定的控制作用。例如，在對XH-6井進行壓裂作業中，射孔井段在4 220～4 226 m 時，壓裂縫高為44 m 左右；若射孔井段在4 205～4 226 m 時，壓裂縫高達57 m 左右。當壓裂層上下圍巖發育煤層或水層時，在施工作業中應盡量降低射孔井段的長度。目前，該地區低孔低滲油氣層射孔井段長度一般控制在6 m左右，或者射孔井段長度取測試砂體厚度的1／4左右時，壓裂縫高控制效果比較理想。

（3）合理控制施工排量

施工排量對于裂縫的縫長和縫高具有直接的控制作用，因此降低施工排量可以很好地降低壓裂縫高。例如，在XH-7井壓裂作業中，施工排量在2.5 m3／min下的壓裂縫高為44 m；若將施工排量提高至3.5 m3／min，壓裂縫高達49 m。當壓裂層上下圍巖遮擋效果好，且沒有煤層或水層發育時，為了盡量提高裂縫的造縫展布能力，應將施工排量提高至3.5～4.0 m3／min。若壓裂層附近發育煤層或水層時，現場施工必須降低施工排量，最大程度降低穿層風險，實際作業中施工排量應控制在2.5 m3／min左右。

（4）合理優化壓裂液性能配制

針對西湖凹陷壓裂層油氣藏特點，合理優化了壓裂液性能配制。一是根據地層實際溫度，適當調低了稠化劑濃度，最大程度降低對儲層傷害；二是優化了壓裂液延遲交聯時間（如XX-2井壓裂液體系延遲交聯時間由之前的1 min提高到了3 min），有效地保護了壓裂液體系；三是優化了泵注程序，降低了前置液量比例，在保證施工成功的前提下降低了壓裂液用量，減小了儲層傷害，并取消了前置液支撐劑段塞；四是針對氣層適當加入起泡劑，提高助排效果，更有利于壓裂后迅速高效返排。

2 低孔低滲儲層壓裂改造實踐

2010年10月在西湖凹陷XX-1井花港組H11氣層進行了第一口探井水力加砂壓裂作業，共加砂19 m3，泵入地層壓裂液239 m3，壓裂改造后天然氣日產量增加了近20倍，儲層壓裂改造取得了初步成功。

在第一口探井水力加砂壓裂改造取得初步成功后，又對壓裂層的油氣地質條件、壓裂方案設計、施工參數等進行了深入研究和優化。2011年4月，對XX-2井花港組H8氣層進行水力加砂壓裂改造，共加砂35 m3，泵入地層壓裂液395 m3，壓裂改造后天然氣日產量增加了近100倍，低孔低滲油氣層產能得到了極大提高。隨后，在西湖凹陷多口探井中進行了壓裂測試，均取得了一定的效果。

到目前為止，西湖凹陷已進行8層水力加砂壓裂改造作業。從改造效果來看，儲層壓裂改造后天然氣日產量均取得了很大提高，但在實際作業過程中也存在一些技術難題急需攻克，主要有以下幾點：

（1）西湖凹陷平北地區平湖組低孔低滲層一般分布在4 200 m以下，而西次凹和中央構造帶花港組低孔低滲層一般發育在3 600 m以下。由于西湖凹陷低孔低滲層段煤層普遍發育，這給壓裂施工增加了很大風險。因此，如何更好地控制壓裂縫高，同時增加壓裂縫長，這是目前該地區低孔低滲儲層壓裂急迫解決的技術難題之一。

（2）通過目前壓裂結果來看，西湖凹陷低孔低滲儲層壓裂后求產過程中產水嚴重，而這又大大降低了地層天然氣的產量。因此，如何能夠做到控水產氣，這是目前該地區低孔低滲儲層壓裂所面臨的重要難題之一。分析認為，壓裂過程中壓裂縫高過大而導致裂縫溝通上下圍巖中的煤層和水層，這是造成該地區低孔低滲儲層壓裂后大量出水的直接原因之一。

（3）實踐證明，低孔低滲油氣性質的準確判斷對壓裂液的配制具有很大的指導作用。因此，如何針對氣層或油層設計具有針對性的壓裂液，這是目前該地區低孔低滲儲層壓裂急迫解決的又一技術難題。

3 結束語

針對西湖凹陷花港組、平湖組低孔低滲儲層開展了水力加砂壓裂改造技術探索，壓裂后油氣層產能獲得了極大提升，目前已初步建立起一套海上低孔低滲儲層壓裂改造技術體系。實踐表明，在低孔低滲油氣層段尋找油氣富集“甜點”層位進行壓裂是實現壓裂改造成功的重要基礎和保障；射孔-壓裂-測試一體化管柱技術的應用，可大大提高海上作業效率，降低壓裂液對儲層的傷害，提高壓裂改造的成功率；現場壓裂施工中根據不同的地質特征設計合理的壓裂液體系、射孔井段和施工排量等，這是達到儲層改造目的的重要手段。

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