何 接，楊文博

（西安石油大學(xué)，陜西西安 710065）

巴肯致密油地質(zhì)特征及體積壓裂技術(shù)研究

何 接，楊文博

（西安石油大學(xué)，陜西西安 710065）

近年來，非常規(guī)油氣資源開發(fā)已成為石油行業(yè)勘探開發(fā)的新趨勢，而致密油無疑是非常規(guī)資源開發(fā)中的亮點。首先，鑒于致密油的定義有廣義和狹義之分，通過調(diào)研相關(guān)文獻(xiàn)，確定出致密油的主流概念；其次，以致密油開發(fā)較為成功的地區(qū)-北美致密油主要作業(yè)區(qū)Bakken（巴肯）為研究對象，對Bakken組的地質(zhì)特征，所采取的體積壓裂技術(shù)以及取得的開發(fā)效果進(jìn)行具體分析，以期對我國致密油資源的開發(fā)提供借鑒和參考。

致密油；Bakken；地質(zhì)特征；體積壓裂技術(shù)

1 致密油概念

致密油（tight oil）是一種非常規(guī)油氣資源，早期是指含油的致密砂巖，其定義有廣義和狹義之分（見表1）。目前，主要從儲層特點以及成藏特點來定義，即致密油是指以吸附或游離狀態(tài)賦存于富含有機(jī)質(zhì)且滲透率極低的暗色灰?guī)r、泥質(zhì)粉砂巖和砂巖夾層系統(tǒng)中自生自儲、連續(xù)分布的石油聚集[1]。

2 北美地區(qū)巴肯致密油地質(zhì)特征

威林斯頓盆地位于北美北達(dá)科他州中西部、南達(dá)科他州西北部、蒙大拿州東部、薩斯喀徹溫省的南部及加拿大馬尼托巴省南部，總面積約為35×104km2[2]。在盆地的中心區(qū)域，地層較少發(fā)生構(gòu)造活動，未出現(xiàn)強烈的變形。

巴肯頁巖層可分為上，中，下3段，在儲層物性特征方面，上段和下段均為半深海黑色富含有機(jī)質(zhì)的頁巖，TOC含量分別為12.1%和11.5%，含有大量的Ⅱ型干酪根，鏡質(zhì)體反射率為0.6%～0.9%，生烴強度大，有機(jī)質(zhì)成熟度屬于熱催化生油氣階段，均屬于優(yōu)質(zhì)烴源巖；中段是一套淺海相灰色貧有機(jī)質(zhì)砂泥巖，主要為灰褐色極細(xì)-細(xì)粒礫巖、白云質(zhì)砂巖及粉砂巖；在油氣生成的過程中，由上下段頁巖生成的油氣經(jīng)短距離的運移到中段就會形成致密油，而滯留在上下段烴源巖中的油氣就稱之為頁巖油，致密油和頁巖油的源儲配置關(guān)系圖（見圖1）。

圖1 致密油源儲配置關(guān)系圖

巴肯組頁巖層是一套海相碎屑巖沉積，厚度最大為26 m。在儲層物性參數(shù)方面，巴肯組上下段的孔隙度分別為3%～9%和2.5%～5.0%；中段的孔隙度為5%～10%，滲透率范圍為0.01 mD～0.10 mD，喉道半徑為 0.01 μm～0.10 μm[3，4]。孔隙類型包括晶間孔、粒間孔、微孔以及局部發(fā)育水平裂縫和垂直裂縫[5]；因此，在開發(fā)前期，常使用微地震實時監(jiān)測的手段，準(zhǔn)確判斷儲層中微裂縫存在的部位及方位，可以為開發(fā)過程中井網(wǎng)部署以及儲層壓裂改造的過程提供參考，使得油田得到高效開發(fā)。

3 巴肯致密油體積壓裂工藝分析

體積壓裂（stimulate reservoir volume，簡稱 SRV）是指在常規(guī)水力壓裂所形成的主裂縫上形成多條分支裂縫，產(chǎn)生的分支縫可以溝通儲層的天然裂縫，能夠增大井筒與儲集層的有效接觸面積，提高壓裂工藝的增產(chǎn)效果。模擬單一裂縫與體積壓裂所形成復(fù)雜裂縫生產(chǎn)時的壓力分布（見圖2），可以看出，在體積壓裂中，復(fù)雜裂縫系統(tǒng)的產(chǎn)生使得壓力波及范圍較大，有效緩解了單一裂縫直井在開發(fā)后期由于開采時間過長導(dǎo)致的近井低壓問題。主要包括水平井多井同步壓裂技術(shù)，水平井分段德州“兩步跳”壓裂技術(shù)以及水平井多井“錯位”同步壓裂技術(shù)（見圖3）。

3.1 水平井多井同步壓裂技術(shù)

水平井多井同步壓裂是指在平行的2口以上水平井同時進(jìn)行壓裂改造，利用產(chǎn)生較大的地層壓力，在儲層中可以創(chuàng)造較復(fù)雜的裂縫系統(tǒng)，擴(kuò)大井筒與儲層的有效接觸面積。同步壓裂施工的示意圖（見圖4），δx為最大水平主應(yīng)力，①～④為壓裂施工順序。多井同步壓裂利用應(yīng)力干擾形成的復(fù)雜縫網(wǎng)較常規(guī)壓裂相比，現(xiàn)場試驗效果更好。但是，同步壓裂技術(shù)存在其局限性，首先，兩口井的干擾作用只有在裂縫尖端產(chǎn)生，儲層改造程度較小，增產(chǎn)措施不明顯；其次，擴(kuò)大壓裂裂縫的長度可以改善應(yīng)力干擾所帶來的增產(chǎn)效果，然而這種改善措施會間接導(dǎo)致壓裂井之間的竄流，對油田的生產(chǎn)產(chǎn)生消極作用，因此，在施工時，必須優(yōu)化壓裂裂縫的長度。

3.2 水平井分段德州“兩步跳”壓裂技術(shù)

在“兩步跳”多段壓裂作業(yè)時，首先從最遠(yuǎn)處進(jìn)行壓裂，接著向井方向移動，重復(fù)壓裂，隨后在前兩次壓裂段中間進(jìn)行第三次壓裂，使兩段裂縫形成一定干擾，這樣可以充分利用巖石的應(yīng)力場，形成應(yīng)力松弛縫，容易溝通各個壓裂段之間的頁巖儲層，增大了體積壓裂改造效率，提高了單井產(chǎn)量[6]。壓裂施工的示意圖（見圖5），①～⑤依次為壓裂施工順序。在現(xiàn)場施工時，“兩步跳”壓裂技術(shù)要求較為嚴(yán)格，需要使用特殊的井下作業(yè)工具，如果操作不當(dāng)，還會造成井筒壁面的地應(yīng)力發(fā)生反轉(zhuǎn)，產(chǎn)生縱向裂縫，從而導(dǎo)致油井砂堵甚至井壁坍塌。

圖2 單一裂縫與復(fù)雜裂縫壓力分布圖

圖3 近井壓力開發(fā)動態(tài)圖

圖4 同步壓裂示意圖

圖5 德州“兩步跳”壓裂示意圖

3.3 水平井多井“錯位”同步壓裂技術(shù)

由于多井同步壓裂以及德州“兩步跳”壓裂技術(shù)在現(xiàn)場都有其局限性，因此，可以將兩種壓裂技術(shù)巧妙結(jié)合，提出了“錯位”同步壓裂技術(shù)。“錯位”壓裂技術(shù)結(jié)合了前兩種壓裂技術(shù)的優(yōu)點，其作業(yè)過程與多井同步壓裂技術(shù)類似，依次從最遠(yuǎn)處向井根方向進(jìn)行壓裂（見圖6），唯一不同的是，A井和B井的井位正好錯開，因此，B井①處裂縫尖端附近的壓裂效果就會受A井①和②應(yīng)力共同干擾的作用；同時，“錯位”同步壓裂中間主裂縫寬度和長度受應(yīng)力干擾影響較小，降低了應(yīng)力反轉(zhuǎn)的概率以及砂堵的風(fēng)險，從而形成較為復(fù)雜的縫網(wǎng)系統(tǒng)，依次類推，B井壓裂作業(yè)位置都會受A井兩處壓裂效果的作用，從而改善了同步壓裂以及“兩步跳”壓裂的不足，在現(xiàn)場操作時，無需特殊的井下作業(yè)工具，降低了施工過程的難度。

圖6 “錯位”同步壓裂示意圖

4 對我國致密油開發(fā)的思考和建議

我國致密油資源潛力巨大，累計地質(zhì)資源量達(dá)90億噸。為了實現(xiàn)我國致密油的工業(yè)性開采，降低我國石油的對外依存度，還需加大科研投入，加強國內(nèi)自主研發(fā)與國際合作交流相結(jié)合，探索形成適合我國陸相致密油地質(zhì)環(huán)境的壓裂技術(shù)。

5 結(jié)論與認(rèn)識

致密油定義有廣義和狹義之分，目前主要從成藏特點和儲層特點來描述致密油；致密油資源的體積壓裂技術(shù)包括水平井多井同步壓裂技術(shù),水平井分段德州“兩步跳”壓裂技術(shù)以及較前沿的水平井多井“錯位”同步壓裂技術(shù)；針對我國致密油資源開采，應(yīng)結(jié)合儲集層類型、源儲關(guān)系、甜點主控因素的認(rèn)識，探索形成適合我國致密油藏的壓裂技術(shù)尤為重要。

［1］何接，黃貴花，唐康，等.巴肯致密油地質(zhì)特征及開發(fā)技術(shù)研究［J］.石油化工應(yīng)用，2017，36（8）：82-84.

［2］張威，劉新，張玉瑋.世界致密油及勘探開發(fā)現(xiàn)狀［J］.石油科技論壇，2013，32（1）：41－44.

［3］Smith M G，Bustin R M.Production and preservation of organic matter during deposition of the Bakken Formation（Late Devonian and Early Mississippian）［J］.Paleogeography，Paleoclimatology，Paleoecology，1998，（142）：185－200.

［4］Steve H，Luis B，Solange A，et al.From source to trap，A review of the Bakken Petroleum system，upper Devonian Mississip pian，Southeastern Saskatchewan ［J］.Saskatchewan Geological Survey，2007，（1）：1－6.

［5］張君峰，畢海濱，許浩，等.國外致密油勘探開發(fā)新進(jìn)展及借鑒意義［J］.石油學(xué)報，2015，36（2）：127－137.

［6］林森虎，鄒才能，袁選俊，等.美國致密油開發(fā)現(xiàn)狀及啟示［J］.巖性油氣藏，2011，23（4）：25－30.

［7］Lucas W B，Larkin S D，Lattibeaudiere M G.Improving production in the Eagle Ford Shale with fracture modeling，increased conductivity and optimized stage and cluster spacing along the horizontal wellbore［C］.SPE-138425，2010：1－23.

Tight oil geological characteristics and stimulate reservoir volume research in Bakken

HE Jie，YANG Wenbo
（Xi'an Shiyou University，Xi'an Shanxi 710065，China）

Recently,non-conventional oil has been become a new trend in oil exploration,and there is no doubt that tight oil is a debut.Firstly,the mainstream concept of tight oil is described by researching a large number of relevant literatures both at home and abroad because of its broad and narrow concept.Secondly,some areas of tight oil developed more successful are taken as the research example-Bakken.Analyzing geological characteristics of oil reserves in Bakken,fracturing technique and development effect of tight oil is to provide some references about tight oil development and production for our country.

tight oil；Bakken；geological characteristics；stimulate reservoir volume

TE132.1

A

1673-5285（2017）12-0084-04

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.12.021

2017－11-05

西安石油大學(xué)研究生創(chuàng)新與實踐能力培養(yǎng)項目資助，項目編號：YCS16212037。

何接，碩士，研究方向為油藏工程與數(shù)值模擬，郵箱：1256601143@qq.com。