塔里木油田克深區塊致密砂巖氣藏的儲層改造技術

馮 虎 徐志強

（中國礦業大學（北京）化學與環境工程學院，北京 100083）

塔里木油田克深區塊致密砂巖氣藏的儲層改造技術

馮 虎 徐志強

（中國礦業大學（北京）化學與環境工程學院，北京 100083）

塔里木油田克深區塊超深井溫度高、壓力高、射孔段長，利用常規壓裂手段很難達到儲層改造的目的。本研究通過對目標井的地質分析和儲層評價，針對該井壓裂改造的難點，提出了相應的改造思路并進行現場施工。研究采用以凍膠壓裂為主，滑溜水體積壓裂為輔的混合壓裂方式；采用分簇射孔和纖維暫堵轉向工藝進行分級施工，并根據監測裂縫發育情況實時調整壓裂施工方案。現場施工成功實現了超深高溫高壓井的分層壓裂改造，將目標井產量從1.5×104m3/d增加到21×104m3/d，對該區塊同類型井的儲層改造具有很好的指導意義。

致密砂巖氣藏；超深井；纖維轉向壓裂；裂縫監測；凍膠；滑溜水

塔里木盆地庫車坳陷克深區塊白堊系巴什基奇克組的砂巖儲層是塔里木油田近兩年產能建設的重點攻關對象，部分井段天然裂縫發育，基質孔隙度4.3%~11.8%，滲透率0.04~1.1 mD，為低孔低滲裂縫型致密砂巖氣藏，使儲層壓裂改造面臨諸多挑戰：（1）儲層埋藏深，地層壓力系數高，使該地區施工壓力極高（加砂階段可達100 MPa以上），施工排量增加受限，甚至出現井口壓力超過設備限壓無法進行施工的情況；（2）地層溫度高，對壓裂液的耐溫性能和酸處理液的緩蝕性能都有較高要求；（3）天然裂縫發育在造縫初期易形成多裂縫，裂縫延伸過程中也會加大液體濾失，從而出現脫砂現象，進一步導致砂堵；（4）目的層是典型低孔低滲致密砂巖儲層，泥質含量低，彈性模量高，很難形成較寬的人工裂縫，同時提高了砂堵風險；（5）儲層跨度大，中間沒有明顯的高應力泥巖隔擋層，縫高不易預測，井下分層工具選擇難度大，高溫高壓易導致工具失效。

針對以上問題調研了國外類似儲層加砂壓裂的成功做法，其中有幾種情況值得借鑒：火山巖儲層壓裂［1］，北美Barnett和Woodford區塊的頁巖氣壓裂［2］，北美Bakken區塊的頁巖油壓裂，沙特高溫高壓井壓裂施工。這些井的儲層特點是基質滲透率極低，依靠溝通天然裂縫保證產量。在借鑒國外類似儲層的施工經驗基礎上，結合本區塊鄰井加砂壓裂施工情況，制定了對庫車區塊超深井的壓裂改造方案［3-4］。

1 目標井情況

本次施工目標井是塔里木盆地庫車坳陷克拉蘇構造帶克深區塊克深1號~克深2號構造上的一口開發井Kes2-1井，完鉆井深6 800 m，完鉆層位為白堊系巴什基奇克組二段。本井改造目的層為井段6 636~6 785 m，跨度達149 m；采用?139.7 mm尾管懸掛的固井方式，尾管下入深度為6 091~6 800 m，目的層以上6 526~6 556 m的膏巖層段固井質量比較差，未有效封固， 6 556~6 631 m之間固井質量優良；本井電測井底溫度162 ℃/6 800 m，地層壓力系數1.8，預測井底壓力122.4 MPa/6 800 m；本井測井解釋氣層65.0 m/18層，孔隙度6.8~11.8%，平均孔隙度9.34%，含油飽和度56.0~80.0%，平均含油飽和度73.02%；差氣層48.5 m/24層，孔隙度4.3%~5.6%，平均孔隙度5.06%，含油飽和度46.0%~73.0%，平均含油飽和度63.0%。

鄰井同層位地層流體的相態分析結果顯示相包絡線面積小，臨界壓力低，臨界溫度低，地層溫度遠離相包絡線右側，地面分離條件點處于兩相區外，表現為典型干氣氣藏的相態特征。

2 壓裂改造方案

2.1 改造思路

本井改造目的層為低滲致密砂巖儲層，天然裂縫為主要導流通道。為達到最佳改造效果，方案設計中以充分改造儲層和最大限度溝通天然裂縫為原則，借鑒在頁巖氣應用的SRV體積壓裂的概念進行設計，通過溝通天然裂縫形成的縫網提高產能。由于目的層閉合壓力較高，采用加重壓裂液體系作為壓裂液，盡量提高施工排量。泵送方式先采用滑溜水加砂，嘗試構造裂縫網絡，后期連續泵送凍膠液提高加砂濃度。通過優化射孔位置，針對低地應力位置分級分簇射孔，增加縫網的機會。為充分改造儲層，采用纖維暫堵轉向工藝進行分級施工［5-7］。

2.2 壓裂材料選擇

根據體積壓裂設計的要求和儲層特點，本井采用前置滑溜水為輔、凍膠為主的混合壓裂方式。根據北美頁巖氣儲層改造的經驗，滑溜水攜帶低濃度砂對儲層傷害較低，且易溝通天然裂縫產生復雜裂縫網絡。考慮到本井改造目的層為致密砂巖儲層，用凍膠攜帶高濃度砂保證足夠的裂縫導流能力。為降低井口施工壓力，使用塔里木油田常用的加重劑將兩種液體密度加重到1.3 g/mL。

考慮極限狀態，支撐劑承受地層壓力將達到130~150 MPa，所以選擇粉陶和30/50目高強陶粒（美國卡博公司HSP系列）作為本井支撐劑。在前置液中使用粉陶以降低近井筒多裂縫的濾失和彎曲摩阻，以30/50目陶粒作為主支撐劑。

2.3 分級與射孔

對整個壓裂目的層段進行分級的依據是：通過對每個儲層的壓裂進行模擬，獲得裂縫從不同層起裂時可以達到的裂縫高度，如果鄰近地層可以在相似的靜壓力情況開啟，這些層就可以作為同一個裂縫組，進而作為一級進行壓裂設計。

分級模擬中主要考慮縱向上的地應力，同時綜合考慮滲透率、泥質含量、含氣飽和度、孔隙度、天然裂縫密度，軟件模擬分級結果如圖1所示，該井可分為兩級。井筒內沒有具體的分層工具，依賴儲層的應力差進行分層，實際施工中的裂縫分層可能會存在一定的差異，實際的泵注程序將根據裂縫監測結果進行相應調整。根據分級結果進行射孔設計，為達到裂縫網絡的目的，以分簇的方式射孔。為減少液體濾失并且最大可能溝通天然裂縫，射孔位置確定在地應力低、附近有裂縫發育的位置。根據模擬結果，整個目的層（6 597~6 797 m）具體射孔情況為：6 636~6 638 m、6 675~6 678 m、6 689~6 691 m、6 728~6 730 m、6 747~6 750 m、6 763~6 765 m、6 783~6 785 m，總共7個射孔段，孔密度為20 孔/m。

2.4 轉向設計

圖1 Kes2-1井分級結果

本井采用油管注入方式，壓裂管柱采用?114.3 mm油管與單封隔器（THT）組合。每一級施工分為兩個階段，第一階段為滑溜水低砂比造縫，第二階段為凍膠高砂比攜砂。第一級壓裂的后半部分泵入含少量纖維轉向劑的胍膠壓裂液，并逐步提高砂比；在第一級壓裂加砂完成后，開始增加纖維轉向劑的比例，待將纖維轉向劑頂替到射孔位置后，降低排量并鋪置纖維轉向劑；第一級壓裂的最后階段是停泵等待裂縫閉合；閉合后重新啟泵，對裂縫開啟情況進行實時監測，如果監測到的裂縫破裂點集中在第一級，說明暫堵失敗，需增大纖維轉向劑濃度并重復轉向步驟，如果監測到的裂縫破裂點集中在第二級，說明暫堵成功，可以開始第二級壓裂過程。兩級壓裂設計總共泵入滑溜水347 m3，凍膠833 m3，滑溜水階段施工排量8 m3/min，凍膠階段施工排量4.5 m3/ min，設計最高砂濃度為360 kg/m3。

3 現場施工分析

3.1 測試壓裂施工

從滑溜水測試壓裂施工曲線（圖2）中可以看出，在排量1.4 m3/min時，井口壓力達到破裂壓力121 MPa，隨著滑溜水的泵入，施工壓力逐漸下降；在排量提升到4 m3/min以上時，井口壓力又上升到110 MPa以上；施工最高排量4.8 m3/min，瞬時停泵壓力61 MPa。由于滑溜水施工壓力較高，最大排量無法達到設計排量7 m3/min的要求，現場決定主壓裂的滑溜水階段不加砂。

圖2 滑溜水施工曲線

3.2 主壓裂施工

通過測試壓裂施工，發現施工排量無法達到設計要求，加砂難度大，因此將主壓裂施工排量由設計的7 m3/min調整為5 m3/min，最大砂濃度由設計的500 kg/m3調整為360 kg/m3，實際主壓裂施工基本按照設計的兩級完成（圖3）。第一級施工排量最大5.07 m3/min，凍膠攜砂階段排量為4.8 m3/min，最大施工壓力105.2 MPa，泵入液量421 m3，最高砂濃度300 kg/m3， 加入砂量36.59 t；第二級施工排量最大4.77 m3/min，凍膠攜砂階段排量為4.2 m3/min，最大施工壓力109 MPa，泵入液量266 m3， 最高砂濃度360 kg/m3，加入砂量27.79 t。兩級壓裂現場泵入總液量687 m3，總砂量64.38 t。

圖3 主壓裂施工曲線

為實現分層壓裂，進行了兩次轉向施工，停泵一小時待裂縫閉合后重新啟泵。在裂縫監測結果中可以看到少量事件點出現在靠近上部射孔段的部位，確定液體流向第二級層段，順利進入了第二級施工。兩次轉向過程的詳細分析見圖4。

圖4 兩次纖維轉向過程

3.3 實時監測

通過現場實時監測，繪制出監測到的裂縫破裂點分布如圖5所示。第一級施工的破裂點覆蓋區域（藍色部分）長229 m，高50 m，寬63 m；第二級施工的破裂點覆蓋區域（紅色部分）長244 m，高44 m，寬54 m。兩級施工產生裂縫總高度100 m左右，覆蓋了2/3的射孔段。

圖5 微地震裂縫監測結果

從整體來看，兩級的微地震信號有小部分是重合的，第二級壓裂的事件點（紅色）大部分是在新的層段產生。由此表明轉向成功，實現了在新區域產生裂縫的目的。目標儲層發生的事件點非常多，橫向展布情況較好，顯示混合壓裂液體系最大限度的溝通了天然裂縫，實現了對目標儲層的體積改造。

3.4 壓裂效果

目標井壓裂前折算日產氣量1.5×104m3/d，壓裂后折算日產氣量21×104m3/d。分析認為以凍膠壓裂為主、前置滑溜水體積壓裂為輔的混合壓裂液體系以及纖維轉向分段壓裂的儲層改造技術在庫車區塊切實有效。

4 結論與建議

（1）目標層為超深超高溫高壓致密砂巖儲層，施工排量受限，滑溜水階段不宜加砂。

（2）實時裂縫監測顯示，第二級壓裂事件點大部分在新的層段產生，說明纖維轉向技術可以實現液體轉向，并且裂縫破裂點橫向展布較好，最大限度溝通了天然裂縫，實現體積壓裂。

（3）目標井采用的纖維轉向壓裂技術保證了高溫高壓超深井中分層壓裂的成功，大幅度增加了目的層的產量，達到了儲層改造的目的，為該區塊其它油氣井的壓裂改造積累了寶貴經驗。

（4）塔里木油田克深區塊氣井深度達6 000 m以上，屬高壓氣井，壓裂改造后易獲得高產工業油氣流，因此井內管柱和地面設備要能滿足壓裂改造后的高產需要。

［1］WEIJERS L,GRIFFIN LG,SUGIYAMA H,et al.The first successful fracture treatment campaign conducted in Japan： Stimulation challenges in a deep,naturally fractured volcanic rock［C］.SPE Annual Technical Conference and Exhibition,2002.

［2］FISHER M K,HEINZE J R,HARRIS C D,et al.Optimizing horizontal completion techniques in the Barnett Shale using microseismic fracture mapping［C］.SPE Annual Technical Conference and Exhibition,2004.

［3］REMREO J,FERAUD J P.Stability of proppant pack reinforced with fiber for proppant flowback control［R］.SPE 31093,1996.

［4］陳作，田助紅，曾斌，等.超深、致密砂巖氣藏壓裂優化技術［J］.天然氣工業，2001，21（6）：63-65.

［5］連勝江，周福建，楊賢友，等.用于水平井的可降解纖維暫堵裂縫轉向壓裂技術實驗研究［C］.第十一屆中國油田化學品開發應用研討會論文集，2010.

［6］王賢君，尚立濤，張明慧，等.可降解纖維壓裂技術研究與現場試驗［J］.大慶石油地質與開發，2013，32（2）：141-144.

［7］鄒鴻江，袁學芳，張承武，等.高溫高壓裂縫性儲層分層加砂壓裂技術及應用［J］.鉆采工藝，2013，36（3）：55-58.

（修改稿收到日期 2014-08-20）

〔編輯 李春燕〕

Reservoir reconstruction technology for tight sandstone gas pool in Keshen Block of Tarim Oilfield

FENG Hu,XU Zhiqiang
（College of Chemical and Environmental Engineering,China University of Mining and Technology,Beijing100083,China）

The ultra-deep wells in Keshen Block of Tarim Oilfield have high temperature,high pressure and long perforated sections,so it is very hard for normal fracturing to achieve reservoir reconstruction.Through geologic analysis and reservoir evaluation for target well and in line with the difficulties in fracturing of the target well,a modification idea was presented and implemented on site.It was decided that mixed fracturing method was used with gel fluid fracturing as the main approach and slickwater volumetric fracturing as the auxiliary.Staged fracturing was carried out by cluster perforation and fiber plugging diversion technology,and the fracturing plan was duly adjusted by monitoring the fracture development.Field job successfully realized zonal fracturing in ultra-deep and HTHP wells,and increased the target production from 1.5×104m3/d to 21×104m3/d,providing a favorable guiding significance for reservoir reconstruction in similar wells in this block.

tight sandstone gas reservoir;ultra-deep well;fiber-diversion fracturing;fracture monitoring;gel;slickwater

馮虎，徐志強.塔里木油田克深區塊致密砂巖氣藏的儲層改造技術［J］.石油鉆采工藝，2014，36（5）：93-96.

TE357.1

：B

1000–7393（2014） 05–0093– 04

10.13639/j.odpt.2014.05.022

國家科技重大專項“大型油氣田及煤層氣開發”（編號：2011ZX05015）。

馮虎，1976生。2006年博士畢業于中國石油大學（北京）油氣田開發工程專業，現為中國礦業大學（北京）環境科學與工程流動站博士后，主要從事儲層壓裂改造設計、研究及現場服務工作。電話：13810963632。E-mail：fenghu@163.com。