南翼山V油組水平井體積壓裂可行性論證

付穎 張春業 劉永 張勇 張力

摘要：南翼山V油組屬于下油砂山組N21油藏，具有構造平緩、油藏淺、小層多、藻灰巖發育、低孔低滲等特征，直井開發效果差，自然產能低，因此，擬通過水平井體積壓裂技術研究與應用，提高改造體積、增大泄油面積、降低生產壓差，從而實現高效開發。研究表明，南翼山V油組油藏儲集層微裂縫發育，巖石具有一定脆性，地應力條件復雜，通過采用大排量、大液量、縫內暫堵的水平井體積壓裂技術，形成復雜裂縫系統，實現提高單井產量和改善開發效果的目標。

關鍵詞：南翼山;水平井;體積壓裂;可行性

目前，水平井體積壓裂技術是非常規油氣儲集層提高單井產量最有效的方法。研究結果表明，巖石礦物組分、天然裂縫發育狀況和巖石力學特征是判斷儲集層是否具備實施體積壓裂改造的三個主要因素。巖性具有顯著的脆性特征，是實現體積壓裂改造的物質基礎;發育良好的天然裂縫和層理，是實現體積改造的前提條件。南翼山V油組油藏儲集層埋藏淺、非均質性強、儲集空間多樣、巖性復雜、加砂量難度大、裂縫形態難以預測、單一工藝無法滿足措施改造需求等開發難點，因此，體積壓裂和縫網技術是實現南翼山V油組油藏有效改造的發展方向。

1、儲集層地質特征

南翼山V油組N21油藏主要是以碳酸鹽巖為主的碳酸鹽巖與砂巖的混積咸水淺湖相和半深湖相沉積，沉積微相發育有泥坪、顆粒灘、灰坪、云坪等;巖性以碳酸鹽巖為主，主要為泥巖、灰（云）巖、藻灰（云）巖和少量粉砂巖四類巖性礦物，成分以碳酸鹽礦物（包括方解石、白云石和菱鐵礦等）為主，占礦物總量55.5%，而碎屑礦物成分（石英和長石等）僅占礦物總量的19.8%，泥質粘土礦物成分為15.1%。南翼山V油層組儲層的儲集性能較好，儲層孔隙度分布主要集中在8.5-14%，平均孔隙度為11.1%;滲透率整體上分布范圍較寬，在0.1-12.8mD區間，平均滲透率為2.43mD。南翼山V油組N21油藏儲層的儲集空間類型主要包括：①次生溶蝕孔;②原生孔，包括顆粒間孔和藻孢孔;③晶間微孔;④裂縫，包括成巖縫和微裂縫，其中次生溶蝕孔是南翼山最主要的儲集空間類型。

2、體積壓裂可行性論證

2.1、巖石力學參數

通過對南翼山三軸力學、縱橫波測試，確定巖石力學參數，楊氏模量為22.6GPa，泊松比為0.29，并建立波速轉換關系指導方案設計。

南翼山V油組三軸壓縮測試獲得的基巖的應力-應變曲線如圖所示，表面巖石具有一定脆性。

2.2、地應力大小及方位

開展聲發射、差應變等試驗方法確定地應力方位及大小，Ⅴ油組水平應力差在9MPa左右，可通過增加排量和縫內暫堵增大縫內凈壓力，提高波及寬度，通過大型滑溜水壓裂來實現剪切滑移形成復雜縫網，優選Newberry應力模型開展應力剖面計算，為設計及水平井部署提供依據。

通過古地磁巖芯定向試驗及壓裂監測結果等研究，確定南翼山最大主地應力方位在北偏東35°，指導水平井方位NE120°。

2.3、論證結果

大型水力裂縫擴展物模實驗結果表明，水力壓裂施工形成的裂縫復雜程度與以下因素有關：

（1）力學控制條件：巖石脆性特征是形成多裂縫的基礎，脆性特征采用脆性指數表征，脆性指數越高越有利于儲層“打碎”形成縫網。彈性模量越大、泊松比越小，易形成縫網;脆性礦物含量高（硅質、鈣質），儲層易形成縫網;

（2）結構弱面發育情況：儲層中發育良好的結構弱面（通常表現為天然裂縫、節理及層理）或者基質中的薄弱點是實現體積改造的必要條件。天然裂縫越發育越容易形成復雜的縫網。成網的難易程度與天然裂縫和層理的性質密切相關。

（3）水平主應力差：水平主應力差越大，裂縫轉向越難，同樣施工參數下主裂縫長度越長，寬度越小;水平主應力差越小，裂縫張性破壞減小，而剪切破壞增加，可以形成以剪切破壞為主的網絡裂縫。

在此認識的基礎上，結合上述儲層地質評估及巖石力學地應力研究結果，開展體積壓裂可行性論證。

（1）脆性指數

運用礦物成分分析、巖石力學參數計算脆性指數，得出南翼山儲層脆性指數40.94%，體現為中等偏高脆性特征，具備形成體積壓裂的巖石力學條件。

（2）結構弱面發育情況

成像測井資料表明，南翼山油藏具有一定的裂縫孔隙，裂縫切穿顆粒形成破裂紋，說明發育著一定的天然裂縫;天然裂縫發育有利于形成復雜縫網。

（3）最大最小主應力差及裂縫內凈壓力

測井解釋結果表明南翼山油田Ⅴ油組水平應力差在9.0MPa左右;水平主應力差越大，不利于體積改造，采用有效的工藝調控手段，如大排量、縫內暫堵、多簇射孔等方式，提高縫內凈壓力，可以確保縫內凈壓力滿足裂縫開啟條件，從而提高改造體積，形成復雜縫網。

綜上所述，南翼山油田V油組儲層脆性指數中等、結構弱面發育、但主應力差較大，裂縫一般，可壓性中等，需要在工程技術方面進行攻關，達到在高應力差條件下形成復雜裂縫的目標。

3、壓裂工藝優選

針對以往措施效果及取得的認識，結合水平井方案部署，以增大改造體積、提高單井產量、提高開發效果為目標，結合儲層適應性，優選水平井體積壓裂工藝，在南翼山區塊優選“套管橋塞多簇多段”體積壓裂工藝。

參考文獻：

[1]熊廷松，張成娟，趙恩東，等.英西地區復雜應力條件下油藏體積壓裂可行性[J].新疆石油地質，2019，40（5）：579-580.

作者簡介：

付穎，女，1984年2月生，2007年畢業于大慶石油學院、學士學位，現工作于青海油田鉆采工藝研究院。