基于影響致密砂巖氣藏增產效果主要因素分析
——以XC上沙溪廟致密砂巖氣藏為例

柏冬嶺

（中石化西南油氣分公司工程技術研究院，四川德陽618000）

基于影響致密砂巖氣藏增產效果主要因素分析
——以XC上沙溪廟致密砂巖氣藏為例

柏冬嶺*

（中石化西南油氣分公司工程技術研究院，四川德陽618000）

川西致密砂巖氣藏具有非均質性強、自然產能低、投產產量低、開采難度大的特點。根據川西致密砂巖氣藏的工程地質特征，對影響氣藏高效開發的因素進行了分析：分析了致密砂巖儲層特征的影響；鉆井、完井技術的影響；水鎖對低滲儲層的危害。提出了低滲儲層的增產改造技術以及應用該技術取得的成果。

致密砂巖；天然氣；地層損害；裂縫；鉆井；完井；分析

我國非常規致密儲層天然氣分布十分廣泛，潛量巨大。據估算，低滲透和特低滲透儲層中的天然氣資源量約占我國總資源量的50%。四川盆地西部坳陷致密氣資源量巨大，實現了較好的社會效益和經濟效益。但是川西致密砂巖氣藏具有非均質性強、自然產能低、投產產量低、開采難度大的特點[1]，許多制約川西致密砂巖氣藏矛盾日益突出，工程地質條件的高度復雜性決定了川西致密氣的勘探開發歷程不會一帆風順，如鉆、完井對儲層的傷害、井筒積液等等。筆者根據川西致密砂巖氣藏的工程地質特征[2-3]，著重分析制約致密砂巖氣藏高效開發的幾個因素。

1 氣藏基本地質特征

1.1 構造及沉積特征

川西XC氣田位于彭州—德陽向斜和梓潼向斜之間的川西坳陷的一個大型北東東向的隆起帶西段，為孝泉背斜向東延伸的一個平緩鼻狀構造。總體上呈西高東低、南陡北緩的不對稱分布格局。沙溪廟組為濱淺湖與三角洲交替的砂泥互層沉積。地層厚度700～780m。有利儲層沉積微相為三角洲平原分流河道砂壩，三角洲前緣河口砂壩。上沙溪廟組（Js2）氣藏從上到下由4個砂層組5～6個砂體構成。

1.2 儲集層特征

1.2.1 巖石學特征

XC氣藏儲層巖石類型以灰色、淺灰綠色中—細粒長石巖屑、巖屑長石砂巖為主，碎屑以石英為主，長石、巖屑次之。雜基為伊利石和綠泥石。膠結物以方解石為主，泥質次之，偶見硅質、白云石。膠結類型J2s12、J2s22以孔隙式為主；J2s32、J2s42以接觸—孔隙式為主，分選中等—好，磨圓度以次棱角狀為主。

1.2.2 儲層物性

含氣砂體表現為致密砂巖。上沙溪廟組4套砂體基質最大孔隙度17.07%，最小孔隙度1.08%，平均值為9.69%，各井的主峰位于8%～1%之間。4套砂體基質最大滲透率0.98×10-3μm2，最小滲透率0.01×10-3μm2，平均值為0.161×10-3μm2（地面條件）；有效滲透率為0.067×10-3μm2。按致密砂巖氣藏儲層分類[2]總體上為中—低孔隙度、致密儲層類型。

1.2.3 儲層非均質性及敏感性

儲層層間的非均質性較強。4套砂體在平面上均呈毯狀或寬帶狀展布，砂體延伸長度均大于2000m，屬連續性較好的一級砂體。平面上滲透率非均質程度較弱；層內滲透率非均質性屬中等—強。儲層總體上對流速不敏感；屬強酸敏、強水敏、中等堿敏；儲層臨界鹽度為0.6%～0.7%。

1.3 流體性質與分布

沙溪廟組氣藏產出流體以天然氣為主，同時還產少量凝析油和地層水。天然氣甲烷含量90.61%～98.01%，平均含量94.52%，乙烷含量0.99%～5.79%，低重烴平均含量2.45%，二氧化碳平均含量0.22%，氮氣平均含量0.958%，相對密度0.561～0.619，屬品質優良的干氣。地層水總礦化度在17485.3～30000mg/L之間，水型為CaCl2型，為長期高度封閉狀態下的水化學特征，表明氣藏的封存條件較好。從各單井生產歷史來看，絕大部分井月產水量不足1m3，對氣藏主體部位生產尚未造成明顯的影響，但在邊部及構造低部位對氣井產量影響明顯。

1.4 氣藏壓力溫度系統

沙溪廟氣藏原始地層壓力41～45MPa，地壓系數1.71～2.05，為異常高壓氣藏；原始地層溫度60.7℃～71℃，地溫梯度為1.82℃～2.39℃/100m，屬低地溫系統。

1.5 氣藏類型及驅動類型

結合氣藏的靜、動態特征可以確定XC氣田上沙溪廟組氣藏屬于受構造—巖性圈閉控制的致密孔隙型異常高壓定容封閉的彈性氣驅干氣氣藏。

2 影響因素分析

2.1 儲層特征的影響

對于致密砂巖而言控制流體產出的主要因素是裂縫，控制穩產的因素是基質孔隙，二者的搭配關系決定了儲層的好與差。基質孔隙喉道和顯微裂縫是儲層滲流的基礎，微細裂縫和顯微裂縫是聯系基質孔隙和宏觀裂縫的橋梁，是改善儲層滲流能力的關鍵。只有當裂縫與基質孔喉合理搭配，滲流能力達到一致，才能形成高產、穩產。低滲儲層主要依靠微裂縫導流，因此有較強的應力敏感性，其微觀表現即裂縫在圍巖應力變化下有閉合的趨勢。這種應力敏感性的滲透率降低有些可以恢復，有些不可以恢復。對那些不可以恢復的應力敏感性傷害要格外小心。

低滲儲層基質的孔喉特征一般特點是低滲透率、低孔隙度、強親水、大的比表面積，孔喉結構特征差異大、束縛水飽和度高。這些特征造成了低滲儲層的易傷害特點。大部分低滲儲層的地質研究認為，低滲透的主要原因是空隙中充填了沉積物、自生礦物。這些礦物在某種情況下會使低滲儲層的滲透率大幅度降低[4]。

2.2 鉆、完井技術的影響

低滲儲層基質滲透率很低，近井壁流動主要靠微縫供應，而一般微縫的密度并不很大，分布的隨機性很強。往往井眼打開后若能與裂縫溝通，則井就有可觀產量；若不能與裂縫溝通，則產量很低甚至無產。鉆井過程中已將鉆遇的裂縫全部暴露，若完井過程中能夠始終保持已鉆遇的裂縫無傷害地完全暴露(如裸眼完井、礫石充填完井等），則井的產能可保證不受損失。而傳統的固井、射孔完井，將已暴露的裂縫又用套管和水泥封隔，再射孔打開，不但在注水泥固井過程中對裂縫和基質造成了一定傷害；更重要的是射孔再次打開產層，射孔與裂縫二次連通的可能性極小，從而造成井的產能的大幅度降低，甚至無產。據A.K.M.JAMALUDDⅡN等人研究總結[5]：在鉆井、完井階段，造成井底附近地層破壞的主要機理有以下幾個因素：①粘土膨脹引起的孔隙喉道的收縮，抗絮凝作用造成的不可壓縮流體或粘土的運移；②水堵使得油氣相相對滲透率減小；③鉆井用的固體和泥漿物質造成的堵塞；④地下鉆井或完井液的泄漏。

目前川西XC氣田通常采用的完井方法是固井射孔、襯管、裸眼完井3種方法。經該區上千口井的實踐總結，形成了一套行之有效的科學完井方法：①凡鉆井遇到砂層與裂縫配合好，可用裸眼完井，前提條件是儲層不易坍塌；②氣層厚且夾泥巖的則用襯管完井，如XC氣田新851井、CH127井和CH137井等井，都是襯管完井，也是川西地區產氣量最高，累計采氣最多的一批氣井；③鉆井中未遇上裂縫的產層，壓裂技術已成熟的層位，適合固井射孔完井。

2.3 水鎖對低滲儲層的危害

低滲透、特低滲透油藏普遍存在著水鎖損害，而且滲透率越低，水鎖傷害越嚴重，水鎖它會使井壁表面和水竄縫縫面滲透率完全喪失，使基質氣體被水鎖封閉[6]。

應用川西cx96井對水鎖危害進行試驗評價，由表1試驗數據表明，該氣藏儲層在自吸狀態下水鎖效應較弱，但在一定壓差條件下（＞5MPa）水鎖效應嚴重。

3 低滲儲層的增產改造技術

表1 XC氣田cx96井水鎖試驗結果

3.1 水力加砂壓裂

對碎屑巖低滲透儲集層的改造，主要采用加砂壓裂技術。壓裂液和支撐劑的選擇，是提高壓裂效果的關鍵。據統計，國外低滲儲層開發中壓裂改造的約占40%。但確有相當多的低滲儲層不適于水力壓裂改造，強水鎖、強水敏和人造縫縫面孔的傷害，使壓裂縫對產能貢獻甚徽。

川西XC氣田經過近30年的勘探開發，形成了一整套低滲透、特低滲儲層改造技術。主要成果為：①研制了適用于川西主要氣層的數套壓裂液體系和N組壓裂液配方；②“低前置液、小排量、高砂比”的淺層低滲氣藏壓裂技術；③“大砂量、中砂比、大排量”的中深層致密氣藏壓裂技術；研制新型壓裂液和改良壓裂液；水平井分段壓裂技術。

3.2 基巖酸化技術

基巖酸化技術是目前石油工業界應用最廣泛的油井增產措施之一，特別是對碳酸巖鹽油氣藏應用最為廣泛。基巖酸化能有效地解除或改善鉆井、完井、修井、生產和注水(氣）過程中產生的地層污染和傷害,以達到油氣井增產的目的，與水力壓裂相比，基巖酸化具有成本少、見效快、便于施工等特點，以美國某跨國石油公司為例，每年進行基巖酸化的井數是壓裂井數的5～10倍，而基巖酸化的成本則僅為水力壓裂的十分之一。

3.3 其他壓裂技術

氮氣泡沫壓裂技術是美國開發低滲透油氣資源的一大貢獻，它比較適用于低滲、低壓、水敏性儲層。泡沫壓裂具有很低的濾失性、很強的反排能力、攜砂能力強、對儲層的傷害小。泡沫壓裂與常規壓裂相比，產量可以提高2～4倍。在美國尤因塔盆地致密氣藏，對泡沫壓裂、油水乳化液壓裂、水基合成凝膠壓裂進行對比，結果表明泡沫壓裂效果最好。目前在美國，對低滲透氣藏3000m以內的井均采用泡沫壓裂，再深的井由于用氣量過大，經濟上有些問題。

在美國低滲透油氣開發中還廣泛采用泡沫酸化（壓）工藝，這是一種水力—化學聯合造縫技術。自20世紀80年代以來，美國平均每年泡沫酸化（壓）井次1000口以上，平均每次處理增產250t。使用井深范圍由300～3400m不等。

在美國、加拿大出現的液態CO2加砂壓裂被稱為干式壓裂，非常適用于水敏性低滲透油氣藏。在美國、加拿大已進行上千次成功應用，效果均好于水基壓裂。

3.4 增產效果

水力加砂壓裂技術已被廣泛應用于川西坳陷淺、中深氣井改造中，壓后產量增長效果顯著，為油氣發現和產能建設做出了突出貢獻。據統計，以水力加砂壓裂為龍頭的增產技術系列在產能建設方面的科技貢獻率達42.2%；改良壓裂液的成功應用于馬井氣田蓬萊鎮組氣藏的儲層改造，儲層改造成功率由實施前的38%上升到了83%，壓裂增產倍比由專題實施前的1.47倍上升到了9.17倍，促進了洛帶—廖家場地區遂寧組氣藏和馬井氣田沙溪廟組氣藏的發現，新增天然氣儲量265.1×108m3，直接經濟效益達數億元，取得了良好的經濟效益和社會效益。

4 結論及建議

4.1 結論

（1）川西致密砂巖氣藏具有低孔、低滲、裂縫發育的特點。如何高效開發是一個非常重要也非常復雜的問題。低滲透的特點使得很多矛盾激化，暴露了許多問題。要解決這些問題，必須有一系列的配套技術。

（2）低滲儲層傷害在鉆進、完井中最為突出；以氣體鉆井為首的低壓鉆井系列，是低滲儲層開發必不可少的技術；低滲儲層完井，既要保證無傷害地打開儲層，又要保證百分之百的打開完善程度，還要提供增產改造作業的條件。努力學習國外成功的泡沫壓裂、泡沫酸化技術，改善低滲儲層的增產措施。

（3）低滲透特低滲透油藏普遍存在著水鎖損害，而且滲透率越低，水鎖傷害越嚴重。

4.2 建議

川西XC氣田儲層改造技術僅局限在水力加砂壓裂，氮氣泡沫壓裂處于起步階段，干式壓裂（液態CO2加砂壓裂）還沒有嘗試，儲層改造手段顯得比較單一，新技術在該區應用還需要做大量研究工作。水力加砂壓裂技術盡管在川西取得了較好的經濟效益，但暴露出的諸多矛盾越來越難以解決，有的儲層具有強水鎖、強水敏特征，壓后產量很低甚至還有不如壓前，這就給人們留下一個值得深思的課題，水力加砂壓裂技術川西儲層改造技術是必要的，但是不是最好的？用什么技術來代替水力加砂壓裂技術？氮氣泡沫壓裂和干式壓裂（液態CO2加砂壓裂）新技術改造儲層在川西儲層改造中應用顯得越來越重要和迫切。

[1]楊克明,徐進.天然氣成藏理論與勘探開發方法技術[M].4版.北京:地質出版社,2004.

[2]符曉，等.四川盆地西部天然氣資源與勘探開發[M].武漢：中國地質大學出版社，2001.

[3]吳志均，何順利.XC致密氣藏地質特征及合理壓裂規模[J].天然氣工業，2004，24（9）：93-96.

[4]JAMALUDDIN A K M,BENNION D B,THOMAS F B,etc. Application of Heat Treatment to Enhance Permeability in Tight Gas Reservoirs[J].JCPT 2000,39(11）:19-24.

[5]羅平亞,孟英峰.我國低滲透油氣資源勘探和開發中的若干問題[E].SPE50923,1998.

[6]廖銳全,徐永高.水鎖效應對低滲儲層的損害及抑制和解除方法[J].天然氣工業，2012,22(11）：87-90.

TE31

A

1004-5716(2015）03-0054-04

2014-03-28

2014-04-04

柏冬嶺（1973-），男（漢族），四川德陽人，工程師，現從事科研項目管理與研究工作。