巴彥河套盆地片麻巖儲層改造工藝研究及應用

李 凱，王孝超，陳猛如，趙政嘉，張 輝，趙偉峰，魏 凱

(1.北京斯迪萊鉑油氣技術有限公司，北京 100176； 2.中國石油華北油田分公司，河北 任丘 062552)

基巖油氣藏屬于特殊類型的油氣藏。據統計，全球已有超過300個盆地中發現了基巖油氣，基巖油氣藏石油儲量為5 048×108t，天然氣儲量為2 681×108m3[1]，開采前景十分可觀。國內渤海灣盆地遼河坳陷、冀中坳陷太古界花崗巖和變質巖油氣藏儲量規模達數億噸，海拉爾盆地布達特群變質巖儲層儲量達0.8×108t[2]。基巖油氣藏在國內分布廣泛，儲量豐富，可作為部分油田增儲保產的重要保證。片麻巖作為一類變質巖，廣泛的分布于基巖油氣藏中，可成為一類優勢儲集體[1-3]。

巴彥河套盆地自1979年以來勘探成效并不理想，一直未獲工業性突破。2017～2018年發現古近系、白堊系、太古宇3套含油層系見良好的油氣顯示，并獲得工業油流，實現了臨河坳陷油氣勘探的重要發現。其中吉蘭泰潛山構造區太古宇片麻巖儲層埋藏淺(小于3 000 m)、構造背景好，可實現低成本、高效快速勘探，并以此帶動臨河坳陷整體勘探部署[4]。潛山片麻巖儲層受巖性的影響和儲集類型的限制，常規的砂泥巖壓裂改造工藝和碳酸鹽巖酸壓改造均不適合片麻巖儲層改造[5]。本文分析了巴彥河套盆地吉蘭泰潛山片麻巖儲層地質特征，借鑒了致密砂巖和頁巖等非常規油氣藏改造工藝技術，形成了一套適合該地區片麻巖儲層改造技術，為臨河坳陷的持續探索和落實規模儲量提供重要依據。

1 區塊地質概況

巴彥河套盆地位于內蒙古自治區河套地區，東西長、南北窄，平面上呈狹長的弧形分布于陰山褶皺帶與鄂爾多斯盆地之間，面積約40 000 km2，其中盆地西部的臨河坳陷是最主要的沉積坳陷和含油氣區，東北方向長約320 km，西北方向寬約70 km，面積為22 400 km2。如圖1所示，臨河坳陷具走滑拉分的性質，呈東西分帶、南北分塊的構造特征，存在下白堊統和漸新統2套主要烴源巖及3套生儲蓋油氣組合。深化圈-源關系及油氣成藏模式綜合分析，吉蘭泰潛山緊鄰北部深洼槽生烴區，狼山山前斷裂為油氣運移的主要通道，側向供油條件好，是油氣聚集的有利區。

2 片麻巖儲層特征

2.1 礦物學特征

利用X射線衍射(X-ray powder diffraction，XRD)分析了研究區域的片麻巖巖芯，主要礦物成分為鈉長石、鉀長石及石英，次要礦物成分為角閃石、黃鐵礦和針鐵礦等，具體巖石礦物組分見表1。其中鈉長石含量36.4%～63.6%，平均46.8%；鉀長石為1.5%～17.8%，平均9.4%；石英為8.0%～33.9%，平均22.6%。反映出片麻巖儲層礦物以長石為主，這為微裂縫的發育提供了物質基礎。

圖1 巴彥河套盆地臨河凹陷區域位置圖Fig.1 The Linhe depression of Bayanhetao basin

表1 巖石礦物組分及含量測試表Table 1 Mineral composition and content test of rock

2.2 物性特征

表2為片麻巖巖芯物性測試實驗結果。數據表明，巖芯孔隙度最大5.35%，最小3.39%，平均4.43%，滲透率最大0.014 3×10-3μm2，最小0.001 6×10-3μm2，平均0.006 6×10-3μm2，反映出片麻巖儲層巖石致密，滲透性差，表現出低孔特低滲的特征。

2.3 孔隙結構特征

圖2為ZK1井巖芯恒速壓汞實驗結果，喉道直徑集中分布在1.5～4 μm之間，喉道直徑的分布，集中程度相對較高，以細小喉道為主體；孔隙直徑集中分布在90～135 μm之間，巖芯以中孔隙、大孔隙為主；孔隙喉道半徑比集中分布在20～80之間，顯示片麻巖儲層分選差，非均質性強，整體物性極差。

表2 巖石物性測試表Table 2 Physical property test sheet of rock

圖2 ZK1井巖芯孔隙結構圖Fig.2 Pore structure of gneiss core in ZK1 well

2.4 裂縫發育特征

本研究利用ZK2井447.86～729.16 m巖芯統計了776條構造裂縫發育狀況(裂縫傾角、裂縫密度、含油性、裂縫寬度等方面)。 結果顯示，巖芯含油裂縫296條，占比38.1%；裂縫平均密度為11.21條/m，裂縫寬度為0.2～4 mm，裂縫內充填物以方解石為主。統計裂縫中高角度縫、斜交縫、低角度縫分別占46.7%、42.3%、11.0%，區塊裂縫以高角度縫為主，傾角集中在50°～75°之間，其次為斜交縫，圖3為ZK2井558～561 m井段裂縫發育情況。

圖3 ZK2井558～561 m井段裂縫圖Fig.3 Fracture diagram of from 558 m to 561 m in ZK2 well

3 片麻巖儲層改造難點分析

3.1 儲層基質致密，物性差，貢獻率低

片麻巖儲層基質的滲透率小于0.1×10-3μm2，有效孔隙度小于5%，基質貢獻率小，油藏改造目標以裂縫儲集空間及滲流通道為主。這就要求盡量激活并溝通更多的天然裂縫系統，形成復雜裂縫網絡，建立儲集空間與井筒之間有效滲流通[6]。

3.2 楊氏模量高，抗壓強度大，加砂難度大

根據KAISER效應巖芯實驗數據分析[7]，表3為片麻巖儲層巖芯巖石力學參數測試表，結果顯示巖石楊氏模量為4.58×104MPa，泊松比為0.112，基質抗壓強度321 MPa，反映儲層巖石抗壓強度大，基巖壓開難度大，具有一定的脆性，表明本區域片麻巖儲層有利于實現縫網壓裂改造，但壓裂裂縫縫寬受限，容易引發砂堵，加砂難度大。

3.3 儲層隔層應力差異小，高角度天然裂縫發育，裂縫縫高不易控制

根據該區域ZK2和ZK7兩口井陣列聲波測井分析結果，片麻巖儲層縱向上水平最小應力值在10.20～11.20 MPa范圍變化，差異性小，由于無高應力層隔擋，壓裂改造過程中裂縫易上下延伸；同時儲層以高角度天然裂縫為主，激活及溝通天然裂縫過程中會導致裂縫上下延伸，因此片麻巖儲層改造過程縫高控制也是重點。

3.4 儲層埋藏淺，地層溫度低，壓裂液破膠困難

普通氧化破膠劑活性和溫度密切有關，一般當溫度低于49 ℃時，反應速度很慢，壓裂液破膠不徹底，會導致壓裂液殘膠吸附滯留在基質孔隙和支撐裂縫中，對儲層造成嚴重傷害[8]，從而直接影響液體返排和壓裂施工效果。

河套盆地片麻巖儲層由于埋藏淺，地層溫度低，普遍在25～35 ℃之間，屬于低溫油藏。采用常規壓裂液破膠技術難以達到有效破膠、快速返排的目的。

4 片麻巖儲層改造技術探討

根據片麻巖儲層的地質特征和巖石力學特征，采取了一系列配套的壓裂改造技術。

4.1 多尺度裂縫支撐技術

吉蘭泰凹陷片麻巖儲層具有天然裂縫發育、楊氏模量高、脆性明顯等特點。根據片麻巖儲層特點，借鑒非常規油氣縫網壓裂改造思路，采用不同粒徑支撐劑組合加砂技術，大粒徑支撐劑保持了主裂縫的高導流能力，小粒徑支撐劑降低了砂堵風險，最終實現了多尺度裂縫支撐，充分釋放分支裂縫及微裂縫的產能[9]。

4.2 控縫高技術

根據國內外裂縫垂向擴展的研究成果，經過室內實驗精細評價和論證，結合河套盆地片麻巖儲層的地質特點，室內模擬計算結果見圖4，裂縫縫高與壓裂液黏度、施工排量呈正比關系。根據計算結果，可采用低黏度滑溜水進行前置液造縫；同時前置液階段施工排量由低到高逐漸增大的變排量工藝技術，雙重作用下有效降低裂縫延伸高度[10]。

表3 巖石力學參數測試結果表Table 3 Mechanical parameters test results of rock

圖4 單因素與縫高關系曲線Fig.4 Relationship between single factor and crack height

4.3 低溫破膠技術

針對低溫條件下破膠難度大的問題，在篩選了多種破膠方式的基礎上，通過壓裂液性能實驗優選了一種破膠促進劑。結果表明，由破膠劑與破膠促進劑組成的液體的破膠速度隨用量的增大而加快，破膠時間可根據加入量控制。通過實驗優選的破膠促進劑使用濃度在0.10%～0.20%范圍內，可激發破膠劑的活性，實現壓裂液在低溫條件下也能徹底破膠的目的，具體數據見表4。

表4 低溫破膠實驗結果表Table 4 Experimental results of low-temperature gel breaking

5 現場應用

現場應用3口井(ZK2井、ZK5井、ZK7井，具體位置見圖1)，儲層巖性為片麻巖巖。改造井段范圍在428.20～600.00 m，具有低溫、低孔特低滲、天然裂縫發育等特點，壓裂施工過程中，前置液采用滑溜水造縫，攜砂液采用線性膠攜砂，施工排量為5.0～8.0 m3/min，0.212～0.425 mm和0.300～0.600 mm粒徑組合支撐劑。

壓后返排順利，返排液破膠徹底，破膠液黏度控制在5 mPa·s以下；壓裂后微地震監測結果證明，裂縫縫高范圍20～50 m，平均縫高35 m，控縫高方面取得了較好的效果；3口井壓裂后產油量為10.5～27.96 m3/d，平均產油量達到19.83 m3/d,達到工業油流標準，對吉蘭泰潛山片麻巖儲層勘探開發具有重要的借鑒意義。

6 結 論

1) 借鑒縫網壓裂理論，采用不同粒徑支撐劑組合技術，既保持了主裂縫的高導流能力，又降低了砂堵風險，實現了分支縫及微裂縫的產能釋放，利于片麻巖裂縫性儲層的有效開發。

2) 采用低黏壓裂液及變排量施工技術，可有效控制裂縫縫高，降低裂縫穿越隔層引發縫高失控的風險，保障了壓裂改造效果。

3) 采用低溫活化破膠技術，添加破膠促進劑，破膠時間可控，破膠徹底，有效降低了壓裂液殘膠對片麻巖儲層的傷害。

4) 片麻巖儲層改造工藝技術在現場3口井進行了成功應用，增產效果顯著，對類似儲層的壓裂改造具有積極的推廣應用價值。