體積壓裂技術(shù)在蘇里格氣田水平井開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用――以蘇53區(qū)塊為重點(diǎn)

1、石油與天然氣化工3 8 2CHEMICALENGINEERINGOFOII。&.GAS2 0 13體積壓裂技術(shù)在蘇里格氣田水平井開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用油氣田化學(xué)以蘇5 3區(qū)塊為例葉成林1王國(guó)勇1（1 .中國(guó)石油長(zhǎng)城鉆探蘇里格氣田項(xiàng)目部）摘要體積壓裂技術(shù)是非常規(guī)氣藏后期改造的關(guān)鍵技術(shù)之一。蘇里格氣田屬于致 密砂巖氣藏，為了實(shí)現(xiàn)水平井高效開(kāi)發(fā)，提高氣藏最終采收率，以蘇5 3區(qū)塊為例，以 體積壓裂適用的基本地質(zhì)條件為依據(jù).對(duì)蘇里格地區(qū)水平井體積壓裂適用性進(jìn)行分 析。同時(shí)，借用數(shù)值模擬方法，對(duì)水平井采用不同壓裂改造方式進(jìn)行模擬對(duì)比。結(jié) 果表明：蘇里格氣田儲(chǔ)層具有微裂縫較發(fā)育、滲透率低、石英含量高等地質(zhì)特

2、 征，滿足體積壓裂改造的基本儲(chǔ)層條件；通過(guò)模擬結(jié)果對(duì)比，蘇里格氣田水平井 實(shí)施體積壓裂效果明顯優(yōu)于常規(guī)壓裂。另外，利用裂縫監(jiān)測(cè)技術(shù)、FAST和TO PAZE軟件等對(duì)2 0 12年實(shí)施的5 口體積壓裂水平井進(jìn)行了效果分析，認(rèn)為： 體積壓裂水平井平均單井加砂量、液量、裂縫條數(shù)等參數(shù)明顯優(yōu)于常規(guī)壓裂水平 井；體積壓裂水平井初期平均日產(chǎn)氣約為12X44m3,平均無(wú)阻流量、動(dòng)儲(chǔ)量分別為77.9 X1O m3/d、1.75 X1 08m3，均為動(dòng)態(tài)I類(lèi)井。 關(guān)鍵詞體積壓裂采收率水平井蘇里格氣田非常規(guī)氣藏 中圖分類(lèi)號(hào)：TE 3 5 7.1 + 3文獻(xiàn)標(biāo)志碼：ADOIj.issn.1 0 0 73426.20

3、13.04.0Applicationofstimulatedre lumetohorizontalwellsinSuli dAcasestudyinSu53blockYeChenglin,WangGuoyong(ProjectDepartmentofSulid,GWDC,Panjin124010,LiaoninAbstract:In:10.3969/12servoirvogegasfieleGasFielg,China)recentyears,thestimulatedreservoirvolume becomesSuligegasfieldiskeyrano rmachn1 ogo runo

4、nalgasrer viorInordertightsandstonegasrealizehigheff ectdeopmentforrizontalwellandimproveultmaterecor yofthegasreservoir,basedbasicgeologic lume,theapplialconditionsforstimulatedres ervoicabilityofstimulatedreservoirvolum ewasanalyzedforhorizontalwellinSu53b lockofSuligegasfield.Meanwhile,differentf

5、racturin gtransformationwaysusedinhorizontalw ellswerecon trastedd.Therewe ncharacte wpermeabibynumeric retworesu r isticsof 1 ity,micralsimulat lts:first thereserv ofractureionmetho ly,themai oirwerelo ,highquarcontentandSOon,whicharemainreservoirconditionsforstimulatedreservoirvolume.Secondly,ther

6、esult ofnumericalsim ulationshowsthattheef fectofstimulatedreservoirvolumewasbe tterthannormalfracture.Inaddition,th ispaperanalyzedthestimulatedreservoi rvolumeeffectoffivehorizontal2 0 12wellsinbyfracturemonitoringtechnique,name lyFASTsoftwareandTOPAZEsoftware.The基金項(xiàng)目：國(guó)家重大專(zhuān)項(xiàng) 大型油氣田及煤層氣開(kāi)發(fā)”(2011ZX 0

7、5 0 5 8)。作者簡(jiǎn)介：葉成林(1 9 8 2 )，男。安徽阜陽(yáng)人。2 0 0 9年畢業(yè)于長(zhǎng)江 大學(xué)(江漢石油學(xué)院)石油地質(zhì)學(xué)專(zhuān)業(yè)，碩士學(xué)位，中級(jí)職稱(chēng)。目前在中國(guó)石油長(zhǎng) 城鉆探蘇里格氣田項(xiàng)目部主要從事天然氣開(kāi)發(fā)與管理工作。第42卷第4期葉成林等體積壓裂技術(shù)在蘇里格氣田水平井開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用 一一以蘇5 3區(qū)塊為例3 8 3sultshowedthatfractureparametersof stimulatedreservoirvolumewerebettert hannormalfrac ture.Allhorizontalwell swerefirstclasswells,whoseave

8、ragedai lyproductionwas12 X104m3/dintheearlyd ays;theaveragecapacityofopen flowwas 77.9 X1 04m3/d°andaveragedynamicreservewas 1.7 5 X1 0 8 m3.Keywords:stimulatedreservoirvolum e,recoveryfactor,horizontalwell,Suligegasfield,unconventionalgasreservior體積壓裂”指在水力壓裂過(guò)程中，使天然裂縫不斷擴(kuò)張和脆性巖石產(chǎn)生剪切滑 移，形成天然裂縫與人工

9、裂縫相互交錯(cuò)的裂縫網(wǎng)絡(luò)，從而增加改造體積，提高產(chǎn)量 及采收率1。近年來(lái)，美國(guó)在致密頁(yè)巖氣藏的成功開(kāi)發(fā)，引發(fā)了我國(guó)科技工作者的廣泛興趣，體積壓裂技術(shù)也逐漸成為國(guó)內(nèi)非常規(guī)氣藏高效開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵技術(shù) 之一 4。蘇里格氣田是國(guó)內(nèi)最大氣田之一，屬于致密砂巖氣藏5，其中蘇 5 3區(qū)塊水平井整體開(kāi)發(fā)取得了顯著成效。為了進(jìn)一步提高水平井開(kāi)發(fā)效果，在大 規(guī)模引進(jìn)體積壓裂技術(shù)之前，對(duì)蘇里格氣田體積壓裂適用性進(jìn)行研究，并對(duì)2 0 1 2年開(kāi)展的水平井體積壓裂試驗(yàn)進(jìn)行了效果分析。有效動(dòng)用下限，最大限度提高儲(chǔ)層動(dòng)用率和采收率1。2蘇里格氣田體積壓裂適用性2.1儲(chǔ)層條件2.1 .1天然裂縫發(fā)育情況天然裂縫狀況及能否產(chǎn)生復(fù)雜縫

10、網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)體積改造的前提條件。在體積改造 中，天然裂縫系統(tǒng)會(huì)更容易先于基巖開(kāi)啟，原生和次生裂縫的存在能夠增加復(fù)雜裂 縫的可能性，從而極大地增大改造體積10 1。通過(guò)對(duì)蘇5 3區(qū)塊巖心觀察可以 得出，本區(qū)膠結(jié)致密的砂巖儲(chǔ)層中宏觀構(gòu)造裂縫不發(fā)育，局部井段砂巖儲(chǔ)層中不同 程度地發(fā)育微構(gòu)造裂縫，縫間被鈣質(zhì)、硅質(zhì)或?yàn)r青質(zhì)所充填。通過(guò)薄片分析認(rèn)為，1體積壓裂作用機(jī)理通過(guò)壓裂的方式對(duì)儲(chǔ)層實(shí)施改造，在形成一條或者多條主裂縫的同時(shí)，通過(guò)分 段多簇射孔、高排量、大液量、低黏液體以及轉(zhuǎn)向材料及技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)天然 裂縫、巖石層理的溝通，以及在主裂縫的側(cè)向強(qiáng)制形成次生裂縫，并在次生裂縫上 繼續(xù)分枝形成二級(jí)次生裂縫，余

11、此類(lèi)推。讓主裂縫與多級(jí)次生裂縫交織形成裂縫網(wǎng) 絡(luò)系統(tǒng)，將可以進(jìn)行滲流的有效儲(chǔ)集體 打碎”，使裂縫壁面與儲(chǔ)層基質(zhì)的接觸面積 最大，使得油氣從任意方向的基質(zhì)向裂縫的滲流距離最短，極大地提高儲(chǔ)層整體滲 透率，實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)層在長(zhǎng)、寬、高三維方向的全面改造（圖1）9。該技術(shù)不僅 可以大幅度提高單井產(chǎn)量，還能夠降低儲(chǔ)層蘇里格地區(qū)目的層微裂縫發(fā)育，主要以顆粒間網(wǎng)狀縫、顯微構(gòu)造裂縫和晶間縫3種形式存在（圖2）。捌闡函盈墟丞匾舷蠢黼.暑昌氣爨穢奠一瓠I厶糾熏；譬警淞/之一曩】BHF 1，5 104mU1 = 1 日裂縫平均寬受/Uni2羊品編號(hào)：11JR樣J宋度：32佯品編號(hào)：1 15 1076 6.98取樣深度：

12、3 2 8 4.29裂縫平巖片面mm砉日面面縫率/ '面縫率/%長(zhǎng)度(mill ? 11111)(】23均寬度/n菇度/(111111O111111)3712.jU0.2812.5U0.4j灰白色臺(tái)氣舍礫粗砂巖、樣品較致密，鑄體務(wù)件下見(jiàn)少量有效裂縫,灰白色含氣含礫粗砂巖，樣品較致密，鑄體務(wù)件下見(jiàn)少量有效裂縫。圖2蘇5 32井巖心顯微裂縫特征Fig.2MicroscopicfracturefeatureofcoreinSu532we12.1.2儲(chǔ)層滲透率Cipo11a等人的研究表明，儲(chǔ)層滲透率大小對(duì)體圖1體積改造理念下的裂縫起裂與擴(kuò)展示意圖Fracturebreakdownand積改造技

13、術(shù)有效性有關(guān)鍵作用，當(dāng)志 <1X10-3肚m2,裂縫網(wǎng)絡(luò)對(duì)產(chǎn)能 極限貢獻(xiàn)率在10%左右；當(dāng)k<1 X10Fig.1propagationofstimulatedreservoirvolumeum2，裂縫網(wǎng)絡(luò)對(duì)產(chǎn)能極限貢獻(xiàn)在40%石油與天然氣化工CHEMICALENGINEERINGOFOIL&.GAS左右；當(dāng)是<1 X10_7ffm2，裂縫網(wǎng)絡(luò)對(duì)產(chǎn)能極限貢獻(xiàn)2.1.4巖 石力學(xué)特性在8 0%左右。這說(shuō)明，儲(chǔ)層滲透率越低，次生裂地應(yīng)力分布特征對(duì)水平 井壓裂具有一定的影縫網(wǎng)絡(luò)在產(chǎn)能貢獻(xiàn)中的作用越明顯，體積改造效果響。根據(jù)巖 石的力學(xué)特點(diǎn)，人工裂縫總是沿著阻力越好。蘇里格氣

14、田屬于致密砂巖氣藏，儲(chǔ)層 滲透率最小的方向延伸和擴(kuò)展，即裂縫面總是垂直最小主低于0 .1 X10m2。2.1.3儲(chǔ)層石英含量?jī)?chǔ)層巖性的脆性特征是實(shí)現(xiàn)體積改造的物質(zhì)基礎(chǔ)。大量研究及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明： 富含石英或者碳酸鹽巖等脆性礦物的儲(chǔ)層有利于產(chǎn)生復(fù)雜縫網(wǎng)，黏土礦物含量高的 塑性地層不易形成復(fù)雜縫網(wǎng)12I。據(jù)薄片鑒定資料統(tǒng)計(jì)，蘇5 3區(qū)塊儲(chǔ)層主要巖石類(lèi)型為巖屑石英砂巖，少量石 英砂巖（圖3）。砂巖主要成分為石英，其次為其他各類(lèi)巖屑（表1）。石長(zhǎng)石F7 5 5 0 2 5巖屑R英質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)8 0%以上，巖石具有較高的脆性，圖3蘇里格砂巖成分分類(lèi) 三角圖在破裂壓力作用下更易形成裂縫，使得天然裂縫與F i

15、g.3Triangulardiagramofsandstonecomponentsclassificatio nin水力裂縫得到有效的溝通，從而形成大的 改造體積。Suligegasfield表1取心井巖石薄片資料統(tǒng)計(jì)表TablelRockslicedataofcoringwells應(yīng)力軸面13 1。蘇5 3區(qū)塊水平井開(kāi)發(fā)設(shè)汁時(shí)，充分2.2體積壓裂常規(guī)壓裂一未壓裂效果對(duì)比考慮地應(yīng)力對(duì)后期壓裂改造的影響，水平井水平段利用數(shù)值模擬方法對(duì)蘇里格 地區(qū)體積壓裂水平方位與地層最大主應(yīng)力方向保持垂直，遵循力學(xué)特井的裂縫條 數(shù)、裂縫半長(zhǎng)、導(dǎo)流能力和裂縫間距等參征，提高改造效果。數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，根據(jù)合理裂縫參數(shù)值

16、，模擬出實(shí)施體積根據(jù)斷裂力學(xué)理論，水力 裂縫總是從物性好、斷壓裂、常規(guī)壓裂和未壓裂水平井產(chǎn)能。并從儲(chǔ)量動(dòng)裂韌性 低、閉合應(yīng)力低、破裂壓力低、抗張強(qiáng)度低、楊用率、采收率、穩(wěn)產(chǎn)期和采氣速度 角度評(píng)價(jià)了體積壓式模量高、低泊松比的層段優(yōu)先起裂1:室內(nèi)巖心裂水平井開(kāi)發(fā)致密氣藏的適應(yīng)性、可行性。測(cè)試表明，蘇里格氣田目的層石盒子組的盒8段及從蘇5 3- 7 8 - 3 1 H水平井產(chǎn)能對(duì)比曲線可以看山西組的山1段砂巖具有楊氏模量高，低泊松比的出，對(duì) 于同一口水平井實(shí)施體積壓裂單井日產(chǎn)氣量特征，有利于儲(chǔ)層實(shí)施體積壓裂改造（表 2）。和最終累產(chǎn)氣量明顯要優(yōu)于常規(guī)壓裂。同時(shí)模擬結(jié)表2蘇里格氣田巖石力學(xué)參 數(shù)表果總

17、體顯示，體積壓裂比常規(guī)壓裂的平均單井儲(chǔ)量Table2RockmechanicsparametersofSuligegas field動(dòng)用率提高了 2.29%，采收率提高了 2.22%，穩(wěn)產(chǎn)性怒麓懈淞比。黑°El o數(shù)t期增加了 0.73年，縮短了開(kāi)發(fā)年限，提高了采氣速度，前10年的采氣速 度增加了 0.6%。綜合來(lái)看，盒8段砂巖體積壓裂對(duì)水平井規(guī)模開(kāi)發(fā)這類(lèi)致密氣 藏具有技術(shù)山1段砂巖和經(jīng)濟(jì)上的可行性、適應(yīng)性（圖4、圖5和表3）。第4 2卷第4期葉成林等體積壓裂技術(shù)在蘇里格氣田水平井開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用以蘇5 3區(qū)塊為仍0'卜讎t|atd圖4蘇5 3 7 8 3 1 H未壓裂一常規(guī)壓裂

18、一體積壓裂日產(chǎn)氣量對(duì)比曲線Fig.4圖5蘇5 3 - 7 8 3 1 H未壓裂一常規(guī)壓裂一體積壓裂累產(chǎn)氣量對(duì)比曲線Fig.5Correlationcurveofcumulativegaspro ductlonlndlfferentfracturlngwaysofSu 53.7831HwellCorrelationcurveofdailygasproductionind沂 emntfracturingwaysofSu53 78 31Hw ell表3體積壓裂.常規(guī)壓裂.未壓裂效果模擬表Table3Effectsimulationofstimulatedreserv oirvolume,conven

19、tionalfractureandnor malwells3實(shí)施效果評(píng)價(jià)3.1縫監(jiān)測(cè)分析。監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，兩1:3井分別形成動(dòng)態(tài)裂縫16條、18條， 平均裂縫長(zhǎng)度3 0 6.5 m，均明顯優(yōu)于常規(guī)壓裂裂縫參數(shù)指標(biāo)。同時(shí)，主裂縫的 側(cè)向形成次生裂縫，與微構(gòu)造天然裂縫相互溝通，基本達(dá)到了多裂縫、儲(chǔ)層三維方 向全面改造的效果（圖7）。壓裂效果2 0 12年，蘇5 3區(qū)塊實(shí)施常規(guī)壓裂水平井3 0口，體積壓裂試驗(yàn)水平井5 口，水平段長(zhǎng)度均為12 0 0m。統(tǒng)計(jì)表明，體積壓裂水平井平均單井入地000m3、700液量和單井加砂量分別超過(guò)6m3,遠(yuǎn)高于常規(guī)壓裂單井平均值（圖6）。其中壓裂效果最好的一口井人地液量

20、72 2 8 m3 .加砂 7 7 0 m3o6 0 0 4 0 0X鈾2 0 0O圖7蘇里格氣田某水平井壓裂裂縫三維形態(tài)展布圖Fig.7平均單并液量/mj平均單異加砂量/mjThreedimensiongraphoffracturingfr actureofahorizontalwellinSuligegasfi eld圖6蘇5 3區(qū)塊2 0 12年壓裂效果對(duì)比柱狀圖Fig.6Histogramoffracturingeffectoffract uredhorizontalwellsinSu53Blockin2012實(shí)施體積壓裂的5 口井均于2 0 12年完成投產(chǎn)3.2生產(chǎn)效果為了進(jìn)一步驗(yàn)證

21、體積壓裂改造效果，更直觀了解體積壓裂裂縫展布形態(tài)，利用 微破裂向量掃描四維影像裂縫監(jiān)測(cè)技術(shù)，選擇了兩口試驗(yàn)井實(shí)施了裂平均單井日產(chǎn)氣量約為12X10 4m3，平均井El壓力2 2MPa左右，均為動(dòng)態(tài)I類(lèi)井。其中蘇5 3 7 8 2 7 H井初期配產(chǎn)20 X1 0 4 m3/do3 8 6石油與天然氣化工CHEMICAloENGINEERING()F Oil，& GAS2 0 133.2. 1產(chǎn)能評(píng)價(jià)水平氣井的產(chǎn)能是氣藏工程中的重要參數(shù)。目前蘇里格氣田氣井產(chǎn)能多采用長(zhǎng) 慶油田推導(dǎo)出的一3.2.2動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量評(píng)價(jià)根據(jù)5 口體積壓裂水平井生產(chǎn)數(shù)據(jù)和靜態(tài)資料，主要借用FAST和TOPA ZE軟件，運(yùn)

22、用ARPS遞減規(guī)律法、Elasingamc典型曲線法、流動(dòng)物 質(zhì)平(a 0.9 2 1 4 0 1 )點(diǎn)法經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。公式如下j 一：乒忑荸望：！竺！望。Table4衡FME法、A G方法和NPI方法分別對(duì)5 口單井動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量進(jìn)行預(yù)測(cè)，并 按氣井廢棄地層壓力2.2MPa，廢棄產(chǎn)量l000m3/d計(jì)算出了單井的可采儲(chǔ)式中：q（九）F為無(wú)阻流量，1 0jm3/d;q。為日產(chǎn)量，10 4量。由計(jì)算結(jié)果可以看出，由于每種計(jì)算方法適用條件不同，計(jì)算的結(jié)果有一定的偏差，綜合考慮，5 口井最終平均動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量約為1 .7 5 X1 0 8 m3，平均 單井可采儲(chǔ)量1 .5 6 X1 0 8 m3。其中蘇53 7

23、 8 2 7 H井可采儲(chǔ)量超過(guò)2.5 X108m3，是5 口試驗(yàn)井中生產(chǎn)效果最好的1 口（表4）。mo;Po f為地層中部流動(dòng)壓力，MPa ;戶口為地層中部靜止壓力，MPa。根據(jù)上述產(chǎn)能計(jì)算公式，5 口體積壓裂水平井平均無(wú)阻流量為7 7.9X101mo/d .蘇53 7 8 2 7 H產(chǎn)能最高，無(wú)阻流量超過(guò)了150X10m3/d（表4）。表4蘇5 3區(qū)塊體積壓裂水平井產(chǎn)能計(jì)算統(tǒng)計(jì)表Statisticsforhorizontalwellproduct ivitybystimulatedreservoirvolumeinSu5 3block結(jié)論(1) 根據(jù)體積壓裂技術(shù)適用的基本地質(zhì)條件，E3黃籍中

24、從頁(yè)巖氣展望烴源巖氣 一一以四JI盆地下二疊統(tǒng)為例J 天然氣工業(yè)，2012.32 (11):4 9.4 李憲文，樊鳳玲趙文，等轉(zhuǎn)向壓裂工藝在長(zhǎng)慶油田的適應(yīng)性分析J 油氣地質(zhì)與采收率，2010，17 (5):102104.5 葉成林，王國(guó)勇，何凱，等蘇里格氣田儲(chǔ)層宏觀非均質(zhì)性一一以蘇5 3區(qū)塊石盒子組8段、山西組1段為例J.石油與天然氣地質(zhì)，2011，32 (2):2362 4一1.6 閻存章，李鷺光.王炳芳.等.北美地區(qū)頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)新進(jìn)展M.北京：石油工業(yè)出版社，2 0 0 9.對(duì)蘇里格地區(qū)水平井體積壓裂適用性分析認(rèn)為，蘇里格地區(qū)儲(chǔ)層具有微裂縫較 發(fā)育、滲透率低等地質(zhì)特征。滿足體積壓裂改造的

25、基本儲(chǔ)層條件。(2) 通過(guò)數(shù)值模擬結(jié)果對(duì)比認(rèn)為，蘇里格氣田水平井實(shí)施體積壓裂具有增加 單井動(dòng)用儲(chǔ)量、提高單井產(chǎn)量、縮短生產(chǎn)年限等優(yōu)勢(shì)，其效果明顯優(yōu)于常規(guī)壓裂和 未進(jìn)行壓裂水平井。(3) 2012年對(duì)蘇53區(qū)塊共實(shí)施了5 口體積壓裂試驗(yàn)水平井，分別從壓 裂效果和生產(chǎn)效果對(duì)體積壓裂井進(jìn)行實(shí)施效果分析。分析表明，體積壓裂井壓裂參 數(shù)總體優(yōu)于2 0 12年實(shí)施的常規(guī)壓裂水平井，并且具有生產(chǎn)效果較好、產(chǎn)能高的 特點(diǎn)。參考文獻(xiàn)1陳作，薛承瑾，蔣延學(xué)頁(yè)巖氣井體積壓裂技術(shù)在我國(guó)的應(yīng)用建議J 天然氣工業(yè)，2010.30 (10):303 2.7 雷群，胥云蔣延學(xué)，等用于提高低一特低滲透油氣藏改造效果的縫網(wǎng)壓裂技術(shù)EJ3 .石油學(xué)報(bào)，2009,30 (2):2