致密氣藏壓裂效果影響因素分析

牟 媚，鄒 劍，張 璐，高 尚，蘭夕堂，安恒序，高 雙

(1.中國海洋石油有限公司天津分公司，天津 300459；2.中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司，天津 300459)

隨著我國對清潔能源需求的不斷增大[1-2]，天然氣的需求也逐步增大。致密氣儲層作為天然氣的重要組成[3]，也得到越來越多的動用。致密氣儲層的開發中，水力壓裂是一項決定著能否實現高效開發的重要儲層改造技術[4-5]。水力壓裂是一項較為復雜的儲層改造技術，多項參數均對壓裂改造效果有直接影響[6-8]，而目前針對水力壓裂效果的分析多為從理論的角度對效果進行分析，未能很好的結合礦場實際。因此，本文以中海油鄂爾多斯盆地L區塊致密氣藏為剖析對象，歸納分析該區塊自2013年以來統計到的200余層段壓裂參數及改造生產數據，以得到致密氣藏壓裂效果影響因素，最終為致密氣藏水力壓裂改造提供一定的理論指導。

1 研究區概況

1.1 研究區地質概況

1)儲層縱橫向分布特征

研究區上古生界地層整體上發育齊全，自下而上發育的儲層有：石炭系上統本溪組、二疊系下統太原組和山西組、二疊系中統下石盒子組和上石盒子組、二疊系上統石千峰組。研究區主要開發層位為千3段本溪組，共計15層，包括千3、千4、千5、盒7、盒8、山2、太原組、本溪組等8套主力氣層，埋深在1300～2200 m 之間。氣藏縱向上交錯疊合發育，平均有效砂體厚度一般為2.8～8.6 m，且產層跨距較大。

2)儲層物性特征

研究區以致密儲層為主，屬低孔、低滲-特低滲儲層，對研究區1200采集到的多個樣品數據進行統計，對統計結果分析可知，研究區巖心分析孔隙度主要分布在2%～10%之間，滲透率主要分布在0.01～1 mD 之間。

3)巖石學特征

研究區巖石組分與沉積環境密切相關，整體上表現為由淺到深石英含量變高，長石整體含量降低。巖性由石千峰組的巖屑長石砂巖變換為石盒子組的長石巖屑砂巖，再到太原、本溪組的巖屑石英、石英砂巖。在膠結物方面，主要為硅質和黏土礦物。

4)含氣飽和度

研究區含氣飽和度以40%～60%為主，60%～80%次之，整體上具有較好的含氣性。

1.2 研究區壓裂改造概況

1)壓裂改造設計思路

研究區壓裂改造中基本上是根據儲層厚度確定壓裂規模，針對層厚較大的儲層，增加壓裂規模，增大裂縫有效波及面積；而對于厚度較小的儲層，以增加裂縫的有效縫長為主，控制裂縫縱向延伸。

2)壓裂液及支撐劑

經統計分析可知，研究區大多數壓裂層位選取的是胍膠壓裂液體系，其中99.3%的層位使用胍膠壓裂液(93.4%的層位使用胍膠濃度為0.3%)。

研究區目的層延伸壓力梯度在0.017～0.023 MPa/m 之間，地層閉合壓力在35～45 MPa 以內，考慮流壓 10 MPa，支撐劑實際承壓25～35 MPa。研究區一般使用20/40目陶粒，前置液階段加入40/70目陶粒，打磨近井地帶。

3)工藝參數

在施工參數方面，5 m 以下薄層加砂強度5.0～8.0 m3/m，5 m 以上厚層為3.0～5.0 m3/m，平均砂比20～25%，施工排量為2.5～4.0 m3/min，單翼縫長150～270 m。

2 壓裂工藝參數及改造效果分析

由于直井和水平井在結構和滲流特征上具有本質的不同，因此本文分別按照直井和水平井進行了分類匯總和分析。

2.1 壓裂參數統計表

截至目前，共統計到研究區實施了61口井209層的壓裂，其中統計到直井共壓裂53口井，共158層；水平井共壓裂8口井，共51段。具體統計結果如表1所示。

表1 研究區壓裂參數統計表

由表1可知：

1)直井的液量、加砂量、裂縫半長等設計參數，處于一個較大的區間范圍。進一步對數據進行分析，其原因是隨著儲層條件越來越差需要更大改造規模，且壓裂技術在近些年得到了快速發展，因此施工規模逐步加大。水平井分段壓裂為本研究區近年開展的新技術，整體上施工參數較為平穩，且施工成功率高。

2)直井和水平井進行對比，可知水平井的加砂完成率更高。這是由于水平井往往為壓后投產，而很多直井是在生產后擴射并進行壓裂，導致井筒情況復雜、施工難度大。

3)與直井相對比，水平井施工段數多、改造規模大，其初期產能和累計產量均大于直井。

2.2 地質因素對產能影響

為進一步分析地質因素與產能的關系，本文對研究區單井產能系數、儲能系數兩個角度進行統計分析，與單井初始產能進行對比，得到產能系數、儲能系數與單井初始產能的關系，如圖1所示。

a.產能系數與初始產能關系 b.儲能系數與初始產能關系

從圖1可知：產能系數與單井初始產能沒有明顯的對應關系，而儲能系數與單井初始產能有明顯的正相關關系。經分析，這是由于在單井初期生產時，氣藏的改造帶為主要的供氣區域，此時儲層能量較為充足，因此厚度和滲透率對單井的產能情況有直接的影響。

2.3 施工參數對壓裂工藝的影響

由前文可知，研究區整體上施工均采用胍膠壓裂液體系，支撐劑使用20/40目陶粒。因此在壓裂施工參數方面，本文對施工排量和施工規模兩個方面對壓裂效果進行分析。

圖2為不同施工排量下對加砂完成率的影響。由圖2看出，施工排量的大小對加砂完成率沒有直接的影響，說明研究區整體上工藝方案設計良好、礦場適用性好。

圖2 不同施工排量下與加砂完成率關系

分別對施工排量、加砂量進行統計，并分析這兩個因素對單井日產能的影響，結果如圖3所示。

圖3 不同施工排量下單井日產能

圖4 不同加砂量下單井日產能

從不同施工排量及對應的單井日產能數據可知，本研究區整體施工排量多數處于3～4 m3/min 之間，較為平穩。從產能數據來看，不同施工排量對單井日產能無直接的影響。

從不同加砂量及其對應的單井日產能數據來看，除分段壓裂水平井之外，本研究區整體上單井日產能在1.5×104m3以內，且施工規模與單井日產能之間無明顯的關系。從數據上來看，加砂量大的儲層反而產氣量低，經分析此類加砂量大的單井的物性較差，壓裂往往更大，但由于儲層條件的限制未能達到更高的產能。

3 結論

1)研究區水平井多采用壓后投產，加砂完成率更高，而很多直井是在生產后擴射、壓裂，導致井筒情況復雜、施工難度大，最終影響施工的完成度。

2)與直井相對比，水平井施工段數多、改造規模大，其初期產能和累計產量均更大。

3)從單井產能與地質因素的關系來看，產能系數與單井初始產能沒有明顯的對應關系，而儲能系數與單井初始產能有明顯的正相關關系。