大牛地氣田下古碳酸鹽巖水力加砂壓裂試驗與認識

楊 琛

（中國石化華北油氣分公司采氣一廠，河南 鄭州 450006）

引言

大牛地氣田位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡北部，含氣層主要分為太原組、山西組、下石盒子組以及馬家溝組。當前，上古氣藏的開發技術已逐漸成熟，而大牛地下古碳酸鹽巖屬于低孔、低滲氣藏，微裂縫發育，物性在橫向上和縱向上均表現出較明顯的非均質性，開發難度大，投產困難，目前還處在探索階段。針對大牛地氣田下古生界的地質特征，通過調研國內外碳酸鹽巖儲層改造的工藝特點，分析該類儲層體積改造的重點和難點，形成一套適用于大牛地氣田下古碳酸鹽巖儲層改造的工藝技術[1-2]。

1 大牛地氣田下古生界開發現狀與難點

目前，大牛地氣田下古生界碳酸鹽巖儲層以馬五氣藏為主，壓裂采用組合酸酸壓技術。下古統計的97口井中，單井產量小于1 萬m3/d 的有69 口，占總井數的71%，這部分井中低產井占比較高，下一步需加強認證下古碳酸鹽巖地質特征，提取該類型儲層的改造難點[3]。

1.1 酸液有效作用距離短

大牛地下古儲層溫度一般在90～120℃，常規酸液體系在較高的地層溫度下，反應速度變快，有效作用時間縮短，導致酸液有效作用距離變短，對于深層高溫儲層，酸液黏度會急劇下降，難以對巖石的裂縫壁面形成非均勻的刻蝕，所以碳酸鹽巖的儲層特征限制了酸液的反應距離，導致酸壓改造效果不理想。

1.2 酸液濾失嚴重

隨著酸液注入時間的延長，酸液在基質中溶蝕裂縫壁面，形成蚓孔，主流縫中的酸液被分流，加之裂縫發育增加酸液濾失，從而抑制酸壓的改造效果。

1.3 高導流酸蝕裂縫難以保持

對于高應力儲層，酸蝕裂縫導流能力較加砂壓裂要差，在高閉合應力的作用下酸蝕裂縫會喪失部分導流能力，酸壓效果不能達到預期。

1.4 裂縫起裂延伸機理復雜，加砂困難

對于碳酸鹽巖儲層，水力壓裂的裂縫延伸受天然裂縫和溶洞的影響會發生變形。同時由于碳酸鹽巖儲層的楊氏模量高，壓裂過程中形成的裂縫寬度小，加砂難度大，易砂堵。

針對以上改造難點，結合國內外儲層改造的成功經驗，嘗試利用水力加砂壓裂實現碳酸鹽巖儲層的深度改造，實現單井控制儲量的提高。

2 碳酸鹽巖儲層改造技術研究現狀

2.1 普通酸壓工藝

普通酸壓是指在高于地層破裂壓力的條件下將酸液壓入地層的一種壓裂工藝。其優點是酸巖反應速度快，缺點是濾失性控制差，酸巖有效作用距離短，通常情況下小于30 m，該工藝適用于堵塞范圍大的裂縫、溶洞發育的高滲儲層[4]。

2.2 膠凝酸壓

膠凝酸液是在鹽酸溶液中加入高黏度的膠凝劑，增加黏度可以改變其流變性能，其特點是液體具有較高黏度，濾失可以得到有效控制，增加酸巖反應時間，提高酸液穿透距離，該技術是目前國內針對碳酸鹽巖儲層常用的酸壓改造技術。

2.3 復合酸壓工藝

對于深層、高溫、縫洞發育的復雜儲層，儲層改造手段采用單一的酸壓工藝已無法滿足現場的需求[5]，逐漸被復合酸壓工藝所替代，并取得了良好的改造效果。

2.4 水力加砂壓裂工藝

隨著水力加砂壓裂技術逐漸發展，該工藝在碳酸鹽巖儲層中不斷得到應用。與酸壓不同，水力壓裂是依靠支撐劑對裂縫進行充填，填砂裂縫形成的導流通道具有長期高導流能力。水力加砂壓裂在碳酸鹽巖儲層中應用相對較少，通常配合酸化壓裂進行復合壓裂改造，利用前置酸液刻蝕裂縫壁面，降低近井地帶基質傷害，之后通過水力加砂壓裂充填裂縫，形成導流通道，有效提高儲層改造效果。

3 體積加砂壓裂可行性分析

評價裂縫是否發育的一個重要依據是碳酸鹽巖的組分含量，組分含量高，說明天然裂縫較為發育。國外Barnett 頁巖礦物組分中碳酸鹽巖含量（質量分數）占19.1%，其孔隙和微裂縫中富含碳酸鹽，在水力壓裂作用下更易形成的人工裂縫，人工裂縫與天然裂縫有效溝通從而實現體積改造。趙順超[6]針對裂縫型致密砂巖提出了體積酸壓改造思路，利用滑溜水構造地層主縫，同時采用暫堵轉向技術實現與天然裂縫溝通。

大牛地氣田下古碳酸鹽巖儲層以溶孔、晶間孔為主要的孔隙類型，壓裂過程中沿著填砂裂縫會形成復雜縫網，從而實現碳酸鹽巖儲層改造[7]。圖1 為A 井測井解釋圖，該井馬五5 發育連續，具備體積改造的地質基礎。

4 A 井水力加砂壓裂改造應用實例

4.1 設計思路

A 井是大牛地氣田下古生界碳酸鹽巖儲層的一口開發直井，設計層位為馬五5、馬五6+7 層段，井深3 165 m。該井為了提高儲層的動用程度，擴大與天然裂縫的交互作用，采用大排量壓裂工藝。該井設計先用高黏液造縫，再用低黏液深穿透性造復雜裂縫的壓裂工藝，保證儲層充分改造。

4.2 施工概況

以馬五5 層為例，壓裂施工參數見表1，整個施工過程與壓前預測基本一致。證明了在大牛地氣田下古氣藏成功實現了大規模、大砂量、大排量、低砂比的壓裂施工。

4.3 壓裂試氣效果分析

該井采用微地震裂縫監測技術對壓裂裂縫擴展進行監測，監測解釋結果（見圖2）顯示，馬五5 層裂縫延伸長度和改造體積符合設計要求。

A 井壓后第四天見氣，目前井口壓力8.5 MPa，日產氣3.4 萬m3/d，試氣曲線見圖3。體積加砂壓裂技術在A 井取得較好的試驗效果，試氣過程中產氣量穩定，符合預期產量。說明該井儲層改造效果良好，地層資源得到有效動用。

5 結論與認識

經過調研國內外體積壓裂在碳酸鹽巖儲層的成功應用，論證了體積加砂壓裂技術在大牛地氣田下古生界的可行性。A 井壓裂采用大規模、大排量、大砂量的水力壓裂施工工藝措施得當。根據微地震數據顯示，水力壓裂后形成了復雜縫網，滿足大規模體積改造的特征。該井壓后獲得較高產量預示該地區具有良好的勘探開發潛力，對以后大牛地氣田下古生界碳酸鹽巖儲層的進一步開發具有指導意義。