李 國(guó) 鋒

(中國(guó)石化華北分公司， 鄭州 450006)

中石化華北分公司大牛地氣田位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡北部，面積2 003 km2，上古生界砂巖氣藏埋深2 500～2 900 m，水平井開(kāi)發(fā)目的層主要為太2、山1及盒1氣層，是一個(gè)典型的低壓、低孔、低含氣飽和度的致密氣藏。前期華北分公司在盒1氣層采用水平井多級(jí)分段壓裂工藝獲得較好的改造效果，為了進(jìn)一步提高盒1氣層的儲(chǔ)量動(dòng)用程度，加快天然氣利用水平井組進(jìn)行開(kāi)發(fā)的步伐，評(píng)價(jià)水平井組開(kāi)發(fā)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)可行性，開(kāi)展了水平井組工程工藝試驗(yàn)。大牛地氣田DP43井組是中石化第一個(gè)實(shí)施的水平井井組。

開(kāi)展叢式水平井組壓裂裂縫監(jiān)測(cè)的目的主要是：(1)驗(yàn)證米字型井網(wǎng)叢式井組的裂縫形態(tài)；(2)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)壓裂過(guò)程，確定裂縫實(shí)際幾何學(xué)特征，同步優(yōu)化調(diào)整施工參數(shù)。

1 裂縫監(jiān)測(cè)方案優(yōu)選

DP43H叢式水平井組全部完鉆后，統(tǒng)一進(jìn)行壓裂施工，確定采用多級(jí)管外封隔器分段壓裂工藝，確定壓裂順序?yàn)椋?H井 → 1H井 → 4H井、6H井 → 3H井、5H井。

結(jié)合DP43叢式水平井組井場(chǎng)情況，對(duì)國(guó)內(nèi)外常用的5種裂縫監(jiān)測(cè)方法展開(kāi)優(yōu)化研究(表1)，根據(jù)監(jiān)測(cè)對(duì)象的裂縫縫長(zhǎng)及方位，優(yōu)選出適合于叢式水平井組壓裂的裂縫監(jiān)測(cè)工藝。

表1 裂縫監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)能力對(duì)比表

1.1 井下測(cè)斜儀法

根據(jù)水力裂縫引起的地層巖石形變而反演裂縫的信息。井下測(cè)斜儀距離裂縫比地面測(cè)斜儀近,因此井下測(cè)斜儀對(duì)裂縫幾何尺寸更敏感,測(cè)得的變形可用于確定裂縫隨時(shí)間變化的高度、長(zhǎng)度和寬度。

要求：(1)觀察井：井距300～500 m，最大斜度不能超過(guò)15°；(2)儀器放置深度：與壓裂目的層段相同；(3)放置數(shù)量與長(zhǎng)度：下井測(cè)斜儀儀器之間的連接長(zhǎng)度要能包容壓裂目的層的厚度，測(cè)斜儀底部距井底不能小于9 m，DP43井組井下儀器串長(zhǎng)度30～35 m。

出監(jiān)測(cè)結(jié)果時(shí)間：5～10 d。

優(yōu)點(diǎn)：與裂縫發(fā)育部位距離近，對(duì)裂縫的高度、長(zhǎng)度及寬度變化敏感，測(cè)量準(zhǔn)確。

缺點(diǎn)：(1)監(jiān)測(cè)井與被監(jiān)測(cè)裂縫的相對(duì)位置對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果影響大；(2)需打6口監(jiān)測(cè)井，成本較高。

該方法因監(jiān)測(cè)需打6口監(jiān)測(cè)井，費(fèi)用高，且需5～10 d才出監(jiān)測(cè)結(jié)果，因此排除此方法。

1.2 大地電位法

在被測(cè)壓裂井周圍(100～150 m)環(huán)形布置多組測(cè)點(diǎn),采用高精度的電位(梯度)觀測(cè)系統(tǒng),通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)注入到目的層的高電離能量的工作液所引起的地面電場(chǎng)形態(tài)的變化，并通過(guò)數(shù)據(jù)處理，解釋推斷裂縫延伸的方位和長(zhǎng)度。

出監(jiān)測(cè)結(jié)果時(shí)間：2 d。

優(yōu)點(diǎn)：(1)地面進(jìn)行，與壓裂過(guò)程同步；(2)測(cè)試時(shí)間短，成本低；(3)測(cè)試資料易于解釋,見(jiàn)效快。

缺點(diǎn)：(1)要求壓裂液和地層水礦化度差別大；(2)對(duì)液體性能要求較高；靜態(tài)監(jiān)測(cè)不可能大量注入液體，而且很難找到與所有裂縫連通的注入孔，在靜態(tài)原生裂縫監(jiān)測(cè)中，電位法沒(méi)有用武之地；(3)精度低；(4)不能監(jiān)測(cè)所有壓裂段(需移動(dòng)接收站)。

該方法不能監(jiān)測(cè)所有壓裂段，且監(jiān)測(cè)精度較低，因此排除此方法。

1.3 井下微地震法

壓裂施工時(shí)，在鄰井下入一組檢波器，對(duì)壓裂過(guò)程中裂縫張開(kāi)形成的微地震事件進(jìn)行接收，然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理來(lái)確定微地震的震源在空間的分布，用震源分布圖解釋水力壓裂的縫高、縫長(zhǎng)和方位。

出監(jiān)測(cè)結(jié)果時(shí)間：可即時(shí)出結(jié)果。

優(yōu)點(diǎn)：(1)測(cè)量速度快，精確度高；(2)微地震事件位置能夠?qū)崟r(shí)確定;(3)確定裂縫的長(zhǎng)度、高度和方位；(4)具有噪音過(guò)濾能力。

缺點(diǎn)：(1)施工成本較高；(2)需要具備監(jiān)測(cè)井的條件；(3)若信號(hào)出現(xiàn)相互擾動(dòng),難以判斷一些微地震點(diǎn)的歸屬。

需求：(1)需監(jiān)測(cè)井 — 套管固井，空井筒，1 200 m內(nèi)；(2)需12級(jí)檢波器，儀器下到目的層上部300～350 m；(3)需震源井 — 套管固井，空井筒，4 km內(nèi)，壓前方位校正。

根據(jù)初步方案，對(duì)2H、4H、6H井壓裂時(shí)，選取大41井為監(jiān)測(cè)井，此時(shí)監(jiān)測(cè)井距監(jiān)測(cè)點(diǎn)DP43-6H井A靶點(diǎn)最遠(yuǎn)距離1 010 m，滿足監(jiān)測(cè)要求；對(duì)1H、5H井壓裂時(shí)，選取DP43-3H直井段做監(jiān)測(cè)井，此時(shí)監(jiān)測(cè)井距監(jiān)測(cè)點(diǎn)DP43-5H井B靶點(diǎn)最遠(yuǎn)距離1 329 m，距監(jiān)測(cè)點(diǎn)DP43-1H井B靶點(diǎn)最遠(yuǎn)距離1 368 m，超出了監(jiān)測(cè)距離1 200 m的要求；3H井作為監(jiān)測(cè)井完成對(duì)1H、5H井的監(jiān)測(cè)后，無(wú)法再利用其他井進(jìn)行壓裂施工裂縫監(jiān)測(cè)。

該方法可利用大41井做監(jiān)測(cè)井，利用DP43-3H井做震源井對(duì)大41井進(jìn)行方位校正，然后對(duì)2H、4H、6H井壓裂施工進(jìn)行裂縫監(jiān)測(cè)。

1.4 地面微地震法

在地面壓裂井周圍環(huán)狀布置一組檢波器對(duì)壓裂過(guò)程中裂縫張開(kāi)形成的微地震事件進(jìn)行接收，通過(guò)對(duì)信號(hào)的處理，進(jìn)行微地震震源定位，由微地震震源的空間分布描寫(xiě)人工裂縫的輪廓，描述裂縫的長(zhǎng)度、方位、產(chǎn)狀及參考性高度。

該方法存在水力壓裂誘發(fā)微地震信號(hào)能量太弱，地面檢波器接收不到微破裂有效信號(hào)。

地面檢波器接收的信號(hào)中，看不到微破裂有效信號(hào)的初至；地面監(jiān)測(cè)不能實(shí)時(shí)傳輸、處理和解釋數(shù)據(jù)，現(xiàn)場(chǎng)不能及時(shí)提供監(jiān)測(cè)結(jié)果等。采取的對(duì)策是將地面檢波器埋置地下1～3 m,以削弱地面背景噪聲；采用星形排列，上千個(gè)檢波器組合可觀測(cè)到有效信號(hào)的初至；采用分時(shí)解釋的快速算法，在接收到數(shù)據(jù)6 h內(nèi)出結(jié)果，達(dá)到準(zhǔn)實(shí)時(shí)要求。

將星形排列、淺鉆稀疏臺(tái)網(wǎng)及地表稀疏臺(tái)網(wǎng)3種布設(shè)方案相結(jié)合，對(duì)叢式水平井組6口井進(jìn)行裂縫監(jiān)測(cè)。

需求：星形排列需使用具有垂直分量的單分量檢波器(4 km內(nèi))600個(gè)；淺鉆稀疏臺(tái)網(wǎng)使用三分量數(shù)字檢波器50個(gè)；地表稀疏臺(tái)網(wǎng)使用三分量數(shù)字檢波器30套。

優(yōu)點(diǎn)：(1)施工簡(jiǎn)單,不影響生產(chǎn)；(2)成本比井下監(jiān)測(cè)低。

缺點(diǎn)：(1)與井下監(jiān)測(cè)相比, 所得到的資料微震事件少，信噪比低，反演可靠性差，信號(hào)較弱，需特殊處理；(2)不能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

1.5 地面測(cè)斜儀法

在地面壓裂井周圍布置一組測(cè)斜儀來(lái)測(cè)量地面由于壓裂引起巖石變形而導(dǎo)致的地層傾斜形變，經(jīng)過(guò)地球物理反演確定造成大地變形場(chǎng)的壓裂裂縫參數(shù)。運(yùn)用直接證據(jù)反演壓裂裂縫長(zhǎng)度、高度、方位及產(chǎn)狀。

需求：(1)需地面鉆孔。根據(jù)措施層位和施工規(guī)模，需在相應(yīng)范圍內(nèi)地面鉆取一定數(shù)量的孔以安置測(cè)斜儀；布孔數(shù)量：1H、3H、5H井射孔位置周圍635～1 905 m的半徑范圍內(nèi)均勻布孔54個(gè)；孔眼直徑220 mm；孔眼深度10～12 m；(2)需測(cè)斜儀。需將測(cè)斜儀按一定的規(guī)范和要求安置于地面監(jiān)測(cè)井內(nèi)；(3)需時(shí)間。鉆孔底部需要固井候凝(75 mm PVC管)；施工前期準(zhǔn)備時(shí)間較長(zhǎng)，正式施工前準(zhǔn)備時(shí)間不少于20 d。

優(yōu)點(diǎn)：(1)數(shù)據(jù)來(lái)自地層的“直接”形變，實(shí)際而真實(shí)；(2)屬于遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量中直接測(cè)量方法，測(cè)量結(jié)果全面可靠；(3)可識(shí)別復(fù)雜裂縫。

缺點(diǎn)：施工準(zhǔn)備時(shí)間較長(zhǎng)，輔助工作量大。

綜合以上5種監(jiān)測(cè)方法，結(jié)合井組實(shí)際井況，最終優(yōu)選井組壓裂裂縫監(jiān)測(cè)方案為：地面微地震法+井下微地震法+地面測(cè)斜儀法，其中地面微地震法監(jiān)測(cè)6口井，井下微地震法監(jiān)測(cè)2H、4H和6H井，地面測(cè)斜儀法監(jiān)測(cè)1H、3H和5H井。

2 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施

2012年5月20日至6月1日，對(duì)井組6口井進(jìn)行了壓裂改造，裂縫監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2和圖6。

表2 裂縫監(jiān)測(cè)結(jié)果

圖1 地面微地震法、井下微地震法、地面測(cè)斜儀法監(jiān)測(cè)的裂縫分布圖

3 結(jié) 論

(1)裂縫監(jiān)測(cè)結(jié)果驗(yàn)證了叢式水平井組米字型井網(wǎng)壓裂裂縫形態(tài)，形成了交叉裂縫。

(2)裂縫監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工設(shè)計(jì)優(yōu)化調(diào)整提供了數(shù)據(jù)。2H、1H井的監(jiān)測(cè)結(jié)果，為4H、6H井同步壓裂施工參數(shù)調(diào)整提供依據(jù)；4H、6H井的監(jiān)測(cè)結(jié)果，為3H、5H井同步壓裂施工參數(shù)調(diào)整提供依據(jù)。

(3)各裂縫監(jiān)測(cè)解釋結(jié)果存在差異，需開(kāi)展進(jìn)一步的研究，為今后水平井組壓裂設(shè)計(jì)優(yōu)化提供技術(shù)支撐。

[1] 陳守雨,杜林麟,賈碧霞,等.多井同步體積壓裂技術(shù)研究[J].石油鉆采工藝,2011,33(6)：59-65.

[2] 雷群,胥云,蔣廷學(xué),等.用于提高低 — 特低滲透油氣藏改造效果的縫網(wǎng)壓裂技術(shù)[J].石油學(xué)報(bào)，2009, 30(2):237-241．

[3] 靳寶軍,邢景寶,鄭鋒輝,等.壓裂液降低水鎖傷害在大牛地氣田的應(yīng)用[J].鉆采工藝，2012,36(2):56-61.