巴肯致密油地質特征及體積壓裂技術研究

何 接，楊文博

（西安石油大學，陜西西安 710065）

巴肯致密油地質特征及體積壓裂技術研究

何 接，楊文博

（西安石油大學，陜西西安 710065）

近年來，非常規油氣資源開發已成為石油行業勘探開發的新趨勢，而致密油無疑是非常規資源開發中的亮點。首先，鑒于致密油的定義有廣義和狹義之分，通過調研相關文獻，確定出致密油的主流概念；其次，以致密油開發較為成功的地區-北美致密油主要作業區Bakken（巴肯）為研究對象，對Bakken組的地質特征，所采取的體積壓裂技術以及取得的開發效果進行具體分析，以期對我國致密油資源的開發提供借鑒和參考。

致密油；Bakken；地質特征；體積壓裂技術

1 致密油概念

致密油（tight oil）是一種非常規油氣資源，早期是指含油的致密砂巖，其定義有廣義和狹義之分（見表1）。目前，主要從儲層特點以及成藏特點來定義，即致密油是指以吸附或游離狀態賦存于富含有機質且滲透率極低的暗色灰巖、泥質粉砂巖和砂巖夾層系統中自生自儲、連續分布的石油聚集[1]。

2 北美地區巴肯致密油地質特征

威林斯頓盆地位于北美北達科他州中西部、南達科他州西北部、蒙大拿州東部、薩斯喀徹溫省的南部及加拿大馬尼托巴省南部，總面積約為35×104km2[2]。在盆地的中心區域，地層較少發生構造活動，未出現強烈的變形。

巴肯頁巖層可分為上，中，下3段，在儲層物性特征方面，上段和下段均為半深海黑色富含有機質的頁巖，TOC含量分別為12.1%和11.5%，含有大量的Ⅱ型干酪根，鏡質體反射率為0.6%～0.9%，生烴強度大，有機質成熟度屬于熱催化生油氣階段，均屬于優質烴源巖；中段是一套淺海相灰色貧有機質砂泥巖，主要為灰褐色極細-細粒礫巖、白云質砂巖及粉砂巖；在油氣生成的過程中，由上下段頁巖生成的油氣經短距離的運移到中段就會形成致密油，而滯留在上下段烴源巖中的油氣就稱之為頁巖油，致密油和頁巖油的源儲配置關系圖（見圖1）。

圖1 致密油源儲配置關系圖

巴肯組頁巖層是一套海相碎屑巖沉積，厚度最大為26 m。在儲層物性參數方面，巴肯組上下段的孔隙度分別為3%～9%和2.5%～5.0%；中段的孔隙度為5%～10%，滲透率范圍為0.01 mD～0.10 mD，喉道半徑為 0.01 μm～0.10 μm[3，4]。孔隙類型包括晶間孔、粒間孔、微孔以及局部發育水平裂縫和垂直裂縫[5]；因此，在開發前期，常使用微地震實時監測的手段，準確判斷儲層中微裂縫存在的部位及方位，可以為開發過程中井網部署以及儲層壓裂改造的過程提供參考，使得油田得到高效開發。

3 巴肯致密油體積壓裂工藝分析

體積壓裂（stimulate reservoir volume，簡稱 SRV）是指在常規水力壓裂所形成的主裂縫上形成多條分支裂縫，產生的分支縫可以溝通儲層的天然裂縫，能夠增大井筒與儲集層的有效接觸面積，提高壓裂工藝的增產效果。模擬單一裂縫與體積壓裂所形成復雜裂縫生產時的壓力分布（見圖2），可以看出，在體積壓裂中，復雜裂縫系統的產生使得壓力波及范圍較大，有效緩解了單一裂縫直井在開發后期由于開采時間過長導致的近井低壓問題。主要包括水平井多井同步壓裂技術，水平井分段德州“兩步跳”壓裂技術以及水平井多井“錯位”同步壓裂技術（見圖3）。

3.1 水平井多井同步壓裂技術

水平井多井同步壓裂是指在平行的2口以上水平井同時進行壓裂改造，利用產生較大的地層壓力，在儲層中可以創造較復雜的裂縫系統，擴大井筒與儲層的有效接觸面積。同步壓裂施工的示意圖（見圖4），δx為最大水平主應力，①～④為壓裂施工順序。多井同步壓裂利用應力干擾形成的復雜縫網較常規壓裂相比，現場試驗效果更好。但是，同步壓裂技術存在其局限性，首先，兩口井的干擾作用只有在裂縫尖端產生，儲層改造程度較小，增產措施不明顯；其次，擴大壓裂裂縫的長度可以改善應力干擾所帶來的增產效果，然而這種改善措施會間接導致壓裂井之間的竄流，對油田的生產產生消極作用，因此，在施工時，必須優化壓裂裂縫的長度。

3.2 水平井分段德州“兩步跳”壓裂技術

在“兩步跳”多段壓裂作業時，首先從最遠處進行壓裂，接著向井方向移動，重復壓裂，隨后在前兩次壓裂段中間進行第三次壓裂，使兩段裂縫形成一定干擾，這樣可以充分利用巖石的應力場，形成應力松弛縫，容易溝通各個壓裂段之間的頁巖儲層，增大了體積壓裂改造效率，提高了單井產量[6]。壓裂施工的示意圖（見圖5），①～⑤依次為壓裂施工順序。在現場施工時，“兩步跳”壓裂技術要求較為嚴格，需要使用特殊的井下作業工具，如果操作不當，還會造成井筒壁面的地應力發生反轉，產生縱向裂縫，從而導致油井砂堵甚至井壁坍塌。

圖2 單一裂縫與復雜裂縫壓力分布圖

圖3 近井壓力開發動態圖

圖4 同步壓裂示意圖

圖5 德州“兩步跳”壓裂示意圖

3.3 水平井多井“錯位”同步壓裂技術

由于多井同步壓裂以及德州“兩步跳”壓裂技術在現場都有其局限性，因此，可以將兩種壓裂技術巧妙結合，提出了“錯位”同步壓裂技術。“錯位”壓裂技術結合了前兩種壓裂技術的優點，其作業過程與多井同步壓裂技術類似，依次從最遠處向井根方向進行壓裂（見圖6），唯一不同的是，A井和B井的井位正好錯開，因此，B井①處裂縫尖端附近的壓裂效果就會受A井①和②應力共同干擾的作用；同時，“錯位”同步壓裂中間主裂縫寬度和長度受應力干擾影響較小，降低了應力反轉的概率以及砂堵的風險，從而形成較為復雜的縫網系統，依次類推，B井壓裂作業位置都會受A井兩處壓裂效果的作用，從而改善了同步壓裂以及“兩步跳”壓裂的不足，在現場操作時，無需特殊的井下作業工具，降低了施工過程的難度。

圖6 “錯位”同步壓裂示意圖

4 對我國致密油開發的思考和建議

我國致密油資源潛力巨大，累計地質資源量達90億噸。為了實現我國致密油的工業性開采，降低我國石油的對外依存度，還需加大科研投入，加強國內自主研發與國際合作交流相結合，探索形成適合我國陸相致密油地質環境的壓裂技術。

5 結論與認識

致密油定義有廣義和狹義之分，目前主要從成藏特點和儲層特點來描述致密油；致密油資源的體積壓裂技術包括水平井多井同步壓裂技術,水平井分段德州“兩步跳”壓裂技術以及較前沿的水平井多井“錯位”同步壓裂技術；針對我國致密油資源開采，應結合儲集層類型、源儲關系、甜點主控因素的認識，探索形成適合我國致密油藏的壓裂技術尤為重要。

［1］何接，黃貴花，唐康，等.巴肯致密油地質特征及開發技術研究［J］.石油化工應用，2017，36（8）：82-84.

［2］張威，劉新，張玉瑋.世界致密油及勘探開發現狀［J］.石油科技論壇，2013，32（1）：41－44.

［3］Smith M G，Bustin R M.Production and preservation of organic matter during deposition of the Bakken Formation（Late Devonian and Early Mississippian）［J］.Paleogeography，Paleoclimatology，Paleoecology，1998，（142）：185－200.

［4］Steve H，Luis B，Solange A，et al.From source to trap，A review of the Bakken Petroleum system，upper Devonian Mississip pian，Southeastern Saskatchewan ［J］.Saskatchewan Geological Survey，2007，（1）：1－6.

［5］張君峰，畢海濱，許浩，等.國外致密油勘探開發新進展及借鑒意義［J］.石油學報，2015，36（2）：127－137.

［6］林森虎，鄒才能，袁選俊，等.美國致密油開發現狀及啟示［J］.巖性油氣藏，2011，23（4）：25－30.

［7］Lucas W B，Larkin S D，Lattibeaudiere M G.Improving production in the Eagle Ford Shale with fracture modeling，increased conductivity and optimized stage and cluster spacing along the horizontal wellbore［C］.SPE-138425，2010：1－23.

Tight oil geological characteristics and stimulate reservoir volume research in Bakken

HE Jie，YANG Wenbo
（Xi'an Shiyou University，Xi'an Shanxi 710065，China）

Recently,non-conventional oil has been become a new trend in oil exploration,and there is no doubt that tight oil is a debut.Firstly,the mainstream concept of tight oil is described by researching a large number of relevant literatures both at home and abroad because of its broad and narrow concept.Secondly,some areas of tight oil developed more successful are taken as the research example-Bakken.Analyzing geological characteristics of oil reserves in Bakken,fracturing technique and development effect of tight oil is to provide some references about tight oil development and production for our country.

tight oil；Bakken；geological characteristics；stimulate reservoir volume

TE132.1

A

1673-5285（2017）12-0084-04

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.12.021

2017－11-05

西安石油大學研究生創新與實踐能力培養項目資助，項目編號：YCS16212037。

何接，碩士，研究方向為油藏工程與數值模擬，郵箱：1256601143@qq.com。