基于儲層潛力的水平井分段酸壓設計優化與應用

葉頡梟， 陳偉華， 張思琦， 李 松， 王福云， 薛 衡

(1中國石油西南油氣田分公司工程技術研究院 2中國石油西南油氣田分公司天然氣研究院 3中國振華石油控股有限公司)

2011年，高石1井在震旦系測試獲氣，這是四川盆地繼威遠氣田震旦系發現之后，在震旦系層段的又一重大突破[1]。高石梯氣田位于高石梯-安平店-磨溪潛伏構造帶，規模有效儲集層為震旦系燈影組，儲層巖性主要為丘灘復合體的藻凝塊云巖、藻疊層、藻砂屑云巖。燈影組儲層總體上呈現低孔低滲的特征，儲集空間復雜(裂縫-孔隙型、裂縫-孔洞型、裂縫型并存)，非均質性很強[2]。

目前震旦系主要通過水平井和大斜度井進行開發生產，分段酸壓是水平井最主要的增產改造手段[3]。依據以儲層物性為標準的分段原則[4]，將潛力井段和非潛力井段分開改造。酸壓前對儲層科學客觀評價是分段改造方案優化的基礎[5-6]，面對眾多工程地質資料，僅憑現場經驗進行評價具有局限性和盲目性[7]，碳酸鹽巖儲層的非均質性特點及水平井長井筒效應影響[8]，使得均質儲層常規酸化設計方法不再適用。

為了提高震旦系水平井分段酸壓設計的針對性和有效性，通過兩種獨立評價方法找出影響震旦系改造效果的關鍵因素，進行了碳酸鹽巖儲層水平井分段酸壓優化設計，現場應用效果好。

一、酸壓前儲層評價

震旦系碳酸鹽巖酸壓目的在于溝通縫洞，用于儲層評價的參數應能很好表征縫洞情況，因此篩選出構造背景、地震資料、鉆錄井顯示、成像測井資料和巖心實物五種資料作為評價因素。

1.評價方法

1.1 信息量分析

則總信息量為：I=∑Iδ。

將震旦系碳酸鹽巖儲層已完成試油且資料滿足評價要求的30口井測試產量及各自的五種評價因素運用上述方法分析，酸壓后測試產量<50×104m3/d為A組，其余分在B組。以地震資料信息量分析為例，計算結果見表1。所有五個評價因素的總信息量計算結果如圖1所示。

表1 地震資料量化評分依據

圖1 各因素總信息量對比圖

1.2 灰關聯分析

為了驗證信息量分析方法的可靠性，采用原理不同的灰關聯方法對各因素的影響程度進行再排序[10]。將氣井產量作為參考數列X0={X0(k)|k=1,2,……,n}，待評價的五個因素作為比較數列Xi={Xi(k)|k=1,2,……,n}(i=1,2,……,m)，其中n為各參數的取值，m為比較數列個數，則Xi(k)與X0(k)的關聯系數ξ通過式(1)計算：

(1)

2.評價結果分析

從圖1和圖2可知，兩種評價方法得到的結果排序一致，證明評價結果可信度高。評價結果表明，地震資料反應出的縫洞發育情況對震旦系氣井產量的影響最大，其次為成像測井資料、巖心資料和鉆錄井顯示資料，構造背景因素影響最低。因此，震旦系碳酸鹽巖水平井分段酸壓優化設計應該充分利用地震資料，通過地震資料反應出的較大范圍內的地質展布特征，明確縫洞體位置和形態，實現科學分段和提高酸壓規模及參數設計的合理性。

圖2 各因素灰關聯度對比圖

二、分段酸壓設計優化

分段進行酸壓設計，對每一段適用的工藝進行優選[11-12]，同時合理優化施工規模與參數[13-17]，提高全井段酸壓效率。

1.分段方案優化

根據酸壓前儲層評價結果，震旦系水平井分段應該主要依據地震資料。縫洞體的地震響應表現出“雜亂反射”特征，大型溶洞則表現出“串珠狀”強反射特征。以GH1井分段優化為例說明如何通過地震資料進行分段優化。圖3和圖4是GH1井地震剖面的縱切圖和橫切圖。從圖中能看出，入靶點前后均鉆遇縫洞發育帶；沿水平段軌跡中間某部分可能鉆遇縫洞體；靠近B點附近，井筒周圍發育有利儲集體。對于這口實例井，就可根據井眼鉆遇縫洞、井周存在縫洞和井周無縫洞三種不同情況，分為6個獨立的改造段，便于實施針對性措施。用于分段的封隔器應選擇在井徑規則，所在位置成像顯示裂縫不發育的井段，而滑套選擇在水平主應力較低處有利于酸蝕裂縫的起裂和縫高的控制。

圖3 GH1井縫洞體檢測縱切圖

圖4 GH1井縫洞體檢測橫切圖

2.適用工藝優選

對于鉆遇縫洞的井段，地震縫洞檢測明顯異常，異常越明顯縫洞體規模越大，成像測井也會出現連續大片深色暗影，還會出現鉆井放空或鉆時加快及井漏顯示(震旦系個別井井漏量多達幾千方鉆井液)。此類已鉆穿縫洞的井段不適合采用大規模或大排量酸壓工藝，進行疏通孔隙吼道的解堵酸化即可，否則大量酸液繼續進入縫洞內與鉆井液混合，既不能解除傷害，還會造成返排困難影響氣井產量。對于井筒周圍存在縫洞的井段，則需要用酸壓工藝造酸蝕裂縫盡可能實現溝通。表2給出了不同井段特征下適合的酸化工藝。

3.規模與排量優化

水平井酸壓形成的酸蝕裂縫形態取決于水平主應力與井眼軌跡的關系：井筒平行于最小水平主應力方向產生橫向縫，井筒垂直于最小水平主應力方向產生縱向縫，產生水平縫的情況較少。無論是橫向縫還是縱向縫，都能通過井筒與有利儲集體之間距離確定所需要的溝通縫長，一旦縫長確定，就能明確單段酸壓規模。以GH1井為例，將該井的井眼軌跡投射在地震響應圖上(圖4)，可以看出該井軌跡大致呈南西-北東走向。該區塊震旦系燈四段的平均最大水平主應力方向123.0°，與井眼軌跡接近垂直，有利于形成橫向縫。需要造縫改造的第一段和第三段，井眼與縫洞體橫向上距離約為65 m和45 m，就可分別確定各自酸化規模。

表2 不同類型井段的改造需求與適合工藝

為了延緩酸巖反應速率，提高酸液有效作用距離，遵循在施工壓力不超過限壓的情況下，盡可能提高施工排量。而對于漏失井段，則應控制施工規模和排量。

三、現場應用

文中提到的GH1井是部署在高石梯構造震旦系燈影組的一口水平井，采用裸眼完井，完鉆井深5 838.0 m，水平段長度650.35 m，儲層巖性以白云巖為主。經過分段酸壓優化設計，利用裸眼封隔器和滑套開關實現6段分段酸壓，提高了強非均質水平段酸壓效率。該井改造效果好，壓后測試產量高達110×104m3/d。目前生產套壓34 MPa，油壓44 MPa，平均產量28×104m3/d，既實現壓后高產，又實現投產后穩產。采用這種設計方法，大幅提高了震旦系氣井測試產量，與前期同類儲層兩口改造井對比，測試產量提高2～3倍。

四、結論與建議

(1)可判斷或預測縫洞發育情況的五種資料對于震旦系氣井測試產量影響排序為：地震資料>成像測井資料>巖心資料>鉆錄井顯示>構造背景。

(2)地震反應出的縫洞體分布特征與井眼軌跡疊合后，可用于實現水平井合理分段和確定各段改造目標。綜合壓前儲層評價進行各段改造工藝優選，依據井筒與縫洞體定量關系進行施工參數優化。

(3)基于儲層評價的水平井分段酸壓設計優化方法經現場應用后取得很好的效果，為同類型儲層改造提供了有效的手段。