曹廷寬

（中國石化西南油氣分公司勘探開發(fā)研究院，四川成都 610041）

水平井結(jié)合水力壓裂是開發(fā)非常規(guī)天然氣資源的主要技術(shù)手段，可大幅度提高單井的控制儲量及生產(chǎn)能力，較直井增產(chǎn)優(yōu)勢明顯[1-3]。但在致密砂巖儲層中，影響水平井開發(fā)效果及經(jīng)濟效益的因素眾多，主要包括構(gòu)造斷裂、砂體發(fā)育、儲層物性、非均質(zhì)性、含氣性等地質(zhì)因素。受地質(zhì)條件決定，水平井部署位置、方位、長度、完井方式及增產(chǎn)改造措施等工程因素均需要開展針對性的優(yōu)化研究[4-8]。對于水平井方位的優(yōu)化，從國內(nèi)外研究現(xiàn)狀來看，一般認為需滿足如下要求：首先，合理的水平井方位需與優(yōu)質(zhì)儲層展布方向一致，以溝通優(yōu)質(zhì)儲層、增大對儲量的控制和動用[9-10]；其次，水平井方位需盡可能滿足后期增產(chǎn)改造的要求，降低破裂壓力，利于裂縫延伸[11-12]；此外，水平井方位還需有利于井軌跡的控制及保持井筒穩(wěn)固[13-15]等。

川西東坡侏羅系沙溪廟組氣藏屬于窄河道致密砂巖氣藏，與常規(guī)砂體疊置的連片氣藏相比，該類氣藏以單條河道為主要儲層[16-17]，所以水平井段的鉆井方位至關(guān)重要。一方面，狹窄河道寬度有限，邊部與河道中心儲層發(fā)育差異大，水平井方位對于鉆遇優(yōu)質(zhì)儲層段的長度和能否成功建產(chǎn)具有決定性意義；另一方面，河道砂體狹窄導(dǎo)致可供選擇的水平井部署方位十分有限，與區(qū)域地應(yīng)力匹配性差，導(dǎo)致水力壓裂不能形成與水平井段正交的人工裂縫，不利于儲量的動用及水平井產(chǎn)量的提高[16]。

本文針對川西東坡沙溪廟組氣藏，在明確此類窄河道氣藏地質(zhì)特征及生產(chǎn)動態(tài)的基礎(chǔ)上，建立并劃分主力河道類型，篩選典型河道，開展建模與數(shù)值模擬研究；重點評價河道砂體展布及人工裂縫夾角對水平井開發(fā)效果的影響，確定適應(yīng)于該區(qū)的水平井部署方位優(yōu)化方法和原則，為后續(xù)水平井部署提供依據(jù)，有利于進一步提高水平井的開發(fā)效果。

1 氣藏地質(zhì)特征

1.1 沉積特征

川西東坡沙溪廟組氣藏位于四川盆地川西坳陷中段東部斜坡與川中古隆起的過渡帶上，勘探面積0.24×104km2，由 4個構(gòu)造帶組成，區(qū)內(nèi)斷裂較為發(fā)育。氣藏主要目的層系為侏羅系沙溪廟組，縱向上可分為 3個氣藏、12套砂層組。從沉積特征來看，區(qū)內(nèi)沙溪廟組沉積為辮狀河三角洲沉積體系，砂體總體呈 NE-SW 向展布，河道以三角洲前緣水下分流河道為主，縱向上多為不同規(guī)模、不同期次河道以及堤岸砂等縱向疊置沉積（圖 1）。河道砂體厚度多為 8～30 m，總體偏薄，并且受沉積環(huán)境與水動力條件的影響，厚度差異大（圖2）。

圖1 沙溪廟組氣藏砂體連井剖面分析

圖2 沙溪廟組氣藏主力河道砂體厚度分布

1.2 物性特征

實驗分析表明，區(qū)內(nèi)儲層巖性主要為中細粒巖屑長石砂巖和長石巖屑砂巖，其次為巖屑砂巖、巖屑石英砂巖、長石砂巖。巖石具有排驅(qū)壓力高、分選差、微觀非均質(zhì)性強的特點。根據(jù)巖心孔滲分析，沙溪廟組氣藏儲層孔隙度0.90%～15.33%，平均孔隙度 8.66%；基質(zhì)巖樣氣測滲透率 0.01×10-3～1.75×10-3μm2，平均滲透率 0.21×10-3μm2。結(jié)合壓力恢復(fù)試井解釋結(jié)果，河道主體區(qū)域儲層有效滲透率多小于 0.10×10-3μm2，表明川西東坡沙溪廟組氣藏儲層整體上為中低孔特低滲致密儲層。

1.3 氣藏類型

川西東坡沙溪廟組氣藏各個主力河道具有不同的地質(zhì)構(gòu)造特征，但總體上各河道儲層物性差、儲量規(guī)模較小，開采規(guī)模有限。受構(gòu)造、斷裂、巖性等控制，河道中氣水分布復(fù)雜，無明顯的邊底水。從流體性質(zhì)來看，產(chǎn)出流體以天然氣和地層水為主，部分氣井還產(chǎn)少量凝析油，但整體上對生產(chǎn)影響較小。沙溪廟組具有正常的地溫梯度，壓力梯度呈高壓異常，壓力系數(shù)為 1.74～1.91，表明地層能量充足。綜合圈閉、儲層特征、氣水分布、驅(qū)動類型等因素分析，認為川西東坡沙溪廟組氣藏為受構(gòu)造-巖性控制的孔隙型高壓彈性氣驅(qū)致密砂巖氣藏。

2 河道類型劃分

受局部構(gòu)造、沉積特征、儲層物性等綜合影響，區(qū)內(nèi)河道類型多樣，不同河道地質(zhì)條件、儲層物性差異較大，造成各河道中氣井生產(chǎn)動態(tài)特征差異明顯。整體上，砂體越厚、河道越寬、物性越好、含水越低、增產(chǎn)改造規(guī)模越大，則氣井產(chǎn)能、初期產(chǎn)量越高，動態(tài)控制儲量越大；相應(yīng)的氣井往往擁有更長的穩(wěn)產(chǎn)期及更高的累計產(chǎn)量。綜合沉積、河道參數(shù)、測井響應(yīng)及儲層巖性、物性等特征，建立相應(yīng)的窄河道類型劃分標(biāo)準(zhǔn)（表1）。

3類典型河道中水平井在動態(tài)特征上具有明顯差異，具體參數(shù)見表2。

從地質(zhì)特征來看，A類河道以I類儲層為主，主要屬于水下分流河道沉積，沉積環(huán)境水體能量充足，河道砂體寬，沉積厚度穩(wěn)定，平面上復(fù)合連片較好，在自然伽馬（GR）曲線上表現(xiàn)為較為平滑的箱形曲線。該類河道儲層巖石以中粒石英砂巖為主，孔隙結(jié)構(gòu)以粒間孔-溶蝕孔為主，孔隙分布均勻，連通性較好，儲層物性較好。相應(yīng)的，A類河道中水平井具有測試產(chǎn)能高、動態(tài)控制儲量大、基本不產(chǎn)水等特征，并且氣井均具有一定的穩(wěn)產(chǎn)能力，開發(fā)效果好。

與A類河道相比，B類河道也以I類儲層為主，但河道砂體較薄，受沉積環(huán)境影響，GR曲線齒狀特征較為明顯，表明非均質(zhì)性稍強。從薄片分析來看，該類河道儲層巖性以中粒巖屑長石砂巖為主，孔隙結(jié)構(gòu)以粒間溶孔為主，連通性較差，導(dǎo)致儲層物性較A類河道略差。B類河道水平井動態(tài)控制儲量偏小，但氣井生產(chǎn)穩(wěn)定，具有一定的穩(wěn)產(chǎn)期和較高累計產(chǎn)量，開發(fā)效果較好。

表1 沙溪廟組氣藏窄河道類型劃分標(biāo)準(zhǔn)

表2 沙溪廟組氣藏3類河道中水平井動態(tài)參數(shù)統(tǒng)計

C類河道以II類儲層為主，由于沉積環(huán)境水體動蕩，但水動力較弱，垂向上呈多期次沉積疊置，泥質(zhì)夾層發(fā)育，GR曲線呈齒狀箱形或漏斗形。由于 C類河道儲層更致密，滲流能力差，并且河道含水較高，氣井普遍產(chǎn)水，影響水平井的產(chǎn)能和穩(wěn)產(chǎn)期，開發(fā)效果較差。

3 水平井部署方位優(yōu)化

水平井在川西東坡沙溪廟組氣藏開發(fā)中取得了較好的效果，較直井優(yōu)勢明顯。在窄河道中，水平井部署方位是影響水平段儲層鉆遇率的重要因素，并且對壓裂產(chǎn)生的水力裂縫走向及閉合程度也有重要影響。因此，針對上述主力窄河道類型，本文主要通過開展河道砂體展布及人工裂縫方位對水平井生產(chǎn)的影響研究，對水平井部署方位進行優(yōu)化。

由于解析方法難以有效表征區(qū)內(nèi)河道形態(tài)及儲層非均質(zhì)性，本文主要采用數(shù)值模擬方法進行分析。首先，根據(jù) 3類典型河道地質(zhì)特征，建立平面為10 m×10 m、縱向為1層的精細數(shù)值模型；再根據(jù)靜態(tài)和動態(tài)資料對水平井生產(chǎn)歷史進行擬合，提高河道數(shù)值模型參數(shù)場的可靠性；然后，根據(jù)實際水平井的鉆完井參數(shù)建立模擬井模型，設(shè)定不同水平井位置及人工裂縫方位，評價不同條件下水平井生產(chǎn)動態(tài)。

3.1 河道砂體展布的影響

針對3類典型河道，設(shè)定水平井段與河道中心軸線夾角分別為0°，15°，30°，45°（圖3），分析不同水平井方位對儲量動用程度及累計產(chǎn)量的影響。其中，3類典型河道中水平井與河道砂體呈不同夾角條件下預(yù)測的動態(tài)控制儲量及達到廢棄產(chǎn)量（0.13×104m3/d）時的氣井累計產(chǎn)量結(jié)果見圖4、圖5。

川西東坡沙溪廟組氣藏河道砂體構(gòu)型以低彎度穩(wěn)定型為主，河道中部砂體最為發(fā)育，儲量豐度高。因此，水平井沿河道中部部署（夾角 0°～15°），水平井動態(tài)控制儲量最高，氣井累計產(chǎn)量也最大。隨著夾角的增大，水平井所能控制的河道中部相對發(fā)育儲層減小，泄氣面積內(nèi)河道邊部的低豐度儲層增加，導(dǎo)致控制儲量縮小，加之泄氣面積內(nèi)儲層滲流能力也變差，最終導(dǎo)致氣井累計產(chǎn)量降低。

A類河道中水平段與河道夾角從 0°增大至45°，動態(tài)控制儲量由 1.61×108m3減少到 0.92×108m3，相應(yīng)的氣井累計產(chǎn)量由 1.28×108m3降至0.65×108m3，分別下降42.49%，49.21%。B、C類河道中，水平段與河道夾角由0°增大至45°，水平井控制儲量分別降低 35.44%，37.74%，而累計產(chǎn)量分別減小 40.66%，35.44%。整體上水平井是否沿河道砂體延伸方向部署對水平井生產(chǎn)動態(tài)影響非常明顯。

圖3 窄河道水平井不同部署方位示意分析

3.2 人工裂縫方位的影響

現(xiàn)有研究表明，增產(chǎn)改造形成的人工裂縫一般會沿著區(qū)域最大主應(yīng)力方向延伸。當(dāng)水平井段與區(qū)域最大主應(yīng)力方向垂直時，壓裂可形成與水平井筒正交的水力裂縫，這類水力裂縫對于生產(chǎn)最為有利。若水平井段與最大主應(yīng)力方向斜交，則會形成與井筒傾斜的水力裂縫，影響氣井對儲量的控制和動用程度。根據(jù)所建立的河道數(shù)值模型，設(shè)定人工裂縫與水平井筒呈不同夾角的數(shù)值模型（圖 6），分析人工裂縫方向?qū)毫阉骄a(chǎn)的影響。

不同裂縫夾角對壓裂水平井動態(tài)控制儲量影響的預(yù)測結(jié)果如圖7所示。整體上，裂縫夾角對壓裂水平井動態(tài)控制儲量的影響要小于水平井方位的影響。但裂縫夾角對氣井穩(wěn)產(chǎn)能力影響較為顯著（圖8）：裂縫與井筒夾角越小，縫間干擾發(fā)生時間越早，氣井穩(wěn)產(chǎn)能力越差。對于A類河道，應(yīng)保證裂縫與井筒夾角大于45°，而對于B、C類河道，裂縫與井筒夾角應(yīng)大于60°，以保障氣井穩(wěn)產(chǎn)能力較高。

圖4 3類河道中不同水平井方位對動態(tài)控制儲量的影響

圖5 3類河道中不同水平井方位對累計產(chǎn)氣量的影響

圖6 窄河道不同人工裂縫夾角示意分析

圖7 3類河道中不同裂縫夾角對動態(tài)控制儲量的影響

圖8 3類河道中不同裂縫夾角對穩(wěn)產(chǎn)期累計產(chǎn)量的影響

3.3 水平段方位優(yōu)化策略

綜上所述，對于川西東坡地區(qū)的窄河道致密砂巖氣藏，應(yīng)首先保證水平井沿河道砂體中心部署，以增大單井動態(tài)控制儲量及最終的累計產(chǎn)量。當(dāng)滿足上述部署條件后，還應(yīng)考慮地應(yīng)力方位的限制，盡可能增大人工裂縫與井筒的夾角，以提高氣井穩(wěn)產(chǎn)能力。

根據(jù)巖心實驗、成像測井、應(yīng)力場模擬及微地震監(jiān)測等多技術(shù)手段和相應(yīng)資料，對川西東坡沙溪廟組氣藏主力河道延伸方位及區(qū)域地應(yīng)力方位統(tǒng)計結(jié)果如圖9所示。區(qū)內(nèi)現(xiàn)今最大主應(yīng)力場方向主要為 NE76°～NE125°，優(yōu)勢方位接近 NE120°；而東坡沙溪廟組氣藏主力河道主要分布在 NE20°～NE60°，該方向的河道與最大主應(yīng)力方向基本垂直；少數(shù)河道呈近EW向發(fā)育，接近于最大主應(yīng)力方向。

對于 NE向河道，河道延伸方向大致與區(qū)域最大主應(yīng)力方向垂直或呈較大角度。這類河道中水平井沿河道軸線方向部署，既可保證較高的儲層鉆遇率，又有利于后期增產(chǎn)改造形成正交人工裂縫，而且便于鉆井過程中井軌跡的控制。對于近EW向的河道，水平井部署方位可沿河道軸線方向逆時針旋轉(zhuǎn) 15°左右部署，在保證水平井有效儲層鉆遇率的同時，盡可能地增大裂縫與井筒的夾角，避免過早發(fā)生裂縫干擾，影響氣井穩(wěn)產(chǎn)能力。

圖9 沙溪廟組最大主應(yīng)力方位與河道延伸方向統(tǒng)計

4 結(jié)論

（1）川西東坡沙溪廟組氣藏為典型的窄河道致密砂巖氣藏，河道砂體延伸方向及人工裂縫方位是影響水平井部署方位的主要因素。在典型窄河道中，保持水平井段與河道軸線小于 15°夾角鉆進，可增大單井動態(tài)控制儲量、提高累計產(chǎn)量；而保證人工裂縫與水平井筒夾角大于 60°，則氣井穩(wěn)產(chǎn)能力會更高。

（2）綜合川西東坡沙溪廟組氣藏地應(yīng)力與河道砂體方向分析，對于NE向河道，水平井可沿河道軸線方向部署；而近EW向河道，水平井部署方位可沿河道軸線方向逆時針旋轉(zhuǎn) 15°，從而提高水平井段儲層鉆遇率，并增大裂縫與井筒的夾角，避免過早發(fā)生裂縫干擾，從而影響氣井穩(wěn)產(chǎn)能力。