高東偉

(中石化重慶涪陵頁巖氣勘探開發(fā)有限公司，重慶 408014)

頁巖氣水平井分段分簇優(yōu)化是壓裂設(shè)計的前提，為進一步提高頁巖氣水平井分段壓裂的有效性，需要對頁巖氣水平井綜合分段分簇方法進行優(yōu)化[1]。水平井分簇射孔間距是頁巖氣藏體積壓裂設(shè)計的關(guān)鍵參數(shù)，簇間距大小對頁巖氣藏壓裂改造具有重要的影響。過小的簇間距設(shè)計將導(dǎo)致分簇主裂縫之間的改造區(qū)重疊，降低壓裂改造效率；過大的簇間距設(shè)計則會在主裂縫之間產(chǎn)生未改造區(qū)，影響儲層的動用程度[2]。合理的頁巖氣水平井壓裂簇間距優(yōu)化設(shè)計具有重要理論價值和礦場實際意義，能有效改善水平井分段射孔布簇的盲目性[3～5]。筆者提出了一種基于焦石壩區(qū)塊地質(zhì)和工程特征的“細(xì)分段密分簇”壓裂優(yōu)化設(shè)計方法，并進行了現(xiàn)場試驗，取得了較好的壓裂實施效果。

1 地質(zhì)概況

焦頁A井是針對上奧陶統(tǒng)五峰組-下志留統(tǒng)龍馬溪組下部頁巖氣層部署的一口頁巖氣開發(fā)水平井，采用分段壓裂的方式進行開發(fā)[6～8]。該井位于焦石壩區(qū)塊平橋斷背斜東翼，且水平段平行于平橋東1號斷層，頁巖儲層泊松比低、彈性模量高、脆性指數(shù)高、可壓性好，有利于實施體積壓裂改造[9,10]。該區(qū)處于構(gòu)造變形區(qū)，地應(yīng)力宏觀上表現(xiàn)為弱擠壓性質(zhì)，水平段曲率呈斑點狀強曲率分布，微裂縫極為發(fā)育，可能會導(dǎo)致施工過程中裂縫延伸困難、壓力抬升、砂比受限[11]。因此，需要針對該區(qū)塊井進行分段壓裂設(shè)計優(yōu)化，達(dá)到提高單井產(chǎn)能的目標(biāo)。

2 試驗思路

圖1 不同工藝改造體積模擬對比

圖2 不同壓裂井施工曲線對比圖

焦頁A井埋深較大、三向應(yīng)力較高、構(gòu)造變形強，強曲率帶來了改造不充分的難題。在平橋區(qū)塊已壓裂井分析的基礎(chǔ)上，通過射孔方式、泵注程序、壓裂材料等優(yōu)化壓裂改造主體工藝，以促使主裂縫延伸，增加裂縫改造復(fù)雜程度，降低施工難度，增加有效改造體積。因此，優(yōu)選焦頁A井進行“細(xì)分段密分簇”壓裂設(shè)計工藝試驗。

2.1 壓裂設(shè)計模擬

以焦頁A井地質(zhì)條件為基礎(chǔ)，在Meyer軟件中開展壓裂設(shè)計模擬。采用“細(xì)分段密分簇”新工藝和常規(guī)工藝對比，其中常規(guī)段簇劃分標(biāo)準(zhǔn)選取段間距40m，簇間距25m;新工藝段簇劃分標(biāo)準(zhǔn)選取段間距35m，簇間距15m。在其他條件相同的情況下，新工藝的壓裂改造體積較常規(guī)工藝提高了62%(見圖1)。

2.2 壓裂參數(shù)優(yōu)化

焦頁A井采用“細(xì)分段密分簇”設(shè)計，水平段長1626m，平均垂深3802.74m，段間距38～47m，簇間距15～21m。采用孔徑為16mm 的大孔徑射孔彈，控排降壓，集中進液，促進裂縫延伸。

為配合新的設(shè)計思路，進一步優(yōu)化壓裂材料：①壓裂前期采用高黏膠液封堵微裂縫，促進裂縫均勻起裂延伸；中黏減阻水，促進裂縫向縫長方向充分延伸，保障較大改造體積[12];②中后期采用低黏減阻水，提高裂縫復(fù)雜程度;③分階段提升排量、補充凈壓力;④間隔加入粉陶段塞，控制壓力上漲，促進裂縫延伸;⑤優(yōu)選高導(dǎo)流能力的覆膜陶粒支撐劑。

3 現(xiàn)場試驗效果評價及認(rèn)識

3.1 施工井概況

焦頁A井位于平橋斷背斜構(gòu)造東斜坡[13]，構(gòu)造位置與焦頁B井和焦頁C井相同，3口井穿行層位基本一致，且應(yīng)力場相近，井區(qū)曲率特征相似。目前，焦頁A井壓裂設(shè)計20段，61簇，平均段間距42.4m，平均簇間距17.8m；焦頁B井壓裂設(shè)計19段，47簇，平均段間距42m，平均簇間距22.5m；焦頁C井16段，49簇，平均段間距43m，平均簇間距22m。焦頁A井的段數(shù)和簇數(shù)明顯高于焦頁B井、焦頁C井，相對較小的簇間距設(shè)計應(yīng)盡可能滿足各射孔簇位置能夠同時起裂，以溝通更多的天然裂縫，增加壓裂改造體積。

圖2為3口試驗井壓裂施工曲線，可以看出排量不變，提高砂比，壓力平穩(wěn)上升。表明焦頁A井壓裂施工裂縫延伸較好，開啟了較多的天然裂縫。

3.2 試驗分析

3.2.1 裂縫面積以及縫寬

單段內(nèi)多簇射孔的選擇關(guān)系到壓裂裂縫延伸形態(tài)、裂縫改造復(fù)雜度，進而影響整個裂縫覆蓋區(qū)內(nèi)的壓裂改造體積。為了研究多簇射孔裂縫擴展體積，選取焦頁A井壓裂設(shè)計4簇為主，焦頁B井2簇為主，焦頁C井3簇為主，分析多簇裂縫擴展的面積以及縫寬。

采用頁巖氣水平井壓后評價與決策平臺軟件，模擬了不同射孔簇數(shù)下壓裂裂縫的擴展面積以及縫寬,結(jié)果見圖3。從圖3可以看出，不同簇裂縫擴展面積和擴展縫寬有明顯差異，射孔4簇為主的焦頁A井裂縫擴展面積和擴展縫寬明顯大于射孔2簇的焦頁B井以及射孔3簇的焦頁C井。

圖3 不同簇數(shù)下井的測試產(chǎn)量與裂縫面積以及平均縫寬對比圖 圖4 正常延伸占比與測試產(chǎn)量曲線

裂縫面積和平均縫寬與測試產(chǎn)量呈現(xiàn)正相關(guān)性，其中焦頁A井的裂縫面積以及平均縫寬最大，說明其改造區(qū)域較大，“細(xì)分段密分簇”的壓裂設(shè)計對于增大裂縫改造區(qū)域有促進作用[14,15]。

3.2.2 裂縫延伸

水平井壓裂施工過程中，施工曲線可以認(rèn)為是壓裂液流動、裂縫擴展、支撐劑運移和儲層特征的綜合反映，因此通過研究施工曲線，可以了解裂縫的動態(tài)變化情況。主要采用壓力導(dǎo)數(shù)分析方法，即采用凈壓力與時間的雙對數(shù)曲線(Nolte-Smith 曲線)對施工狀況進行綜合判斷[16]。 雙對數(shù)曲線斜率在0.17～0.25(正常延伸)，說明裂縫正常擴展，縫長延伸>縫高延伸。統(tǒng)計焦頁A井、焦頁B井、焦頁C井的Nolte-Smith 曲線，其斜率在0.17～0.25正常延伸所占比例與測試產(chǎn)量關(guān)系如圖4所示。焦頁A井正常延伸所占比例比鄰井高，說明“細(xì)分段密分簇”的壓裂設(shè)計對裂縫延伸有一定促進作用；另外，正常延伸所占比例與產(chǎn)氣量呈正比關(guān)系，說明壓裂過程中正常延伸的裂縫越多，產(chǎn)氣量也越高。

3.2.3 縫網(wǎng)復(fù)雜度

壓裂G函數(shù)曲線特征普遍表現(xiàn)出天然裂縫和多裂縫發(fā)育特征。參考文獻(xiàn)[17]將G函數(shù)分為4類，如表1所示。

表1 G函數(shù)4類波動類型

統(tǒng)計3口試驗井G函數(shù)曲線，如表2所示。焦頁A井G函數(shù)Ⅰ、Ⅱ類占比超過50%，波動頻率高且幅度大，說明“細(xì)分段密分簇”的壓裂設(shè)計形成了較復(fù)雜的裂縫網(wǎng)絡(luò)。焦頁B井、焦頁C井的Ⅰ、Ⅱ類G函數(shù)占比相近，但以3簇為主的焦頁C井測試產(chǎn)量要明顯好于2簇為主的焦頁B井，進一步說明細(xì)分段密分簇的壓裂設(shè)計有利于形成復(fù)雜程度高的裂縫網(wǎng)絡(luò)，進而對測試產(chǎn)量有一定的提升作用。

表2 試驗井G函數(shù)類型統(tǒng)計及測試產(chǎn)量

4 結(jié)論

1)針對涪陵焦石壩部分區(qū)塊頁巖儲層埋深大、三向壓力高、構(gòu)造變形強等特點，通過氣藏數(shù)值模擬和壓裂設(shè)計模擬，提出了“細(xì)分段密分簇+大孔徑射孔”的段簇劃分設(shè)計方法。

2)基于細(xì)分段、密切割的段簇劃分方法，配套“高黏膠液中黏減阻水”+“覆膜陶粒支撐劑”的工藝措施，形成新的壓裂改造工藝，并在焦頁A井上成功應(yīng)用，與鄰井相比，取得明顯改善效果。

3)“細(xì)分段密分簇”壓裂設(shè)計能夠有效增加裂縫面積、壓后平均縫寬以及縫網(wǎng)復(fù)雜度，同時促進裂縫的正常延伸。