摘 要：大牛地氣田下古生界奧陶系風(fēng)化殼氣藏經(jīng)過幾年的評(píng)價(jià)和先導(dǎo)試驗(yàn)，采用復(fù)合加砂體積酸壓工藝取得了較好的效果，但仍面臨高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)難的問題。參考國(guó)內(nèi)外非常規(guī)氣藏體積改造的設(shè)計(jì)理念，對(duì)風(fēng)化殼儲(chǔ)層體積縫網(wǎng)形成的可行性進(jìn)行了分析，從儲(chǔ)層脆性，天然裂縫發(fā)育條件，水平兩向主應(yīng)力差異三個(gè)角度分析了體積改造的優(yōu)勢(shì)和局限性。數(shù)值模擬研究表明，體積裂縫的形成可大幅提高單井產(chǎn)量和累計(jì)產(chǎn)量，但較大的水平應(yīng)力差大大限制了復(fù)雜裂縫的形成，為了降低該影響，可采用縫內(nèi)暫堵+段間暫堵，配套低粘度滑溜水與加砂酸壓工藝，盡可能的激活天然裂縫這一有利因素，增大改造體積和裂縫導(dǎo)流能力。文中介紹了兩種截然不同的的暫堵體積壓裂設(shè)計(jì)思路，并基于壓后曲線對(duì)暫堵效果進(jìn)行了分析，為鄂爾多斯盆地奧陶系風(fēng)化殼儲(chǔ)層獲得更好的增產(chǎn)效果提供技術(shù)儲(chǔ)備。

關(guān)鍵詞：縫內(nèi)暫堵;段內(nèi)暫堵;體積酸壓;致密碳酸鹽巖;鄂爾多斯盆地

0 引言

中國(guó)非常規(guī)天然氣儲(chǔ)量豐富，主要集中在鄂爾多斯盆地、塔里木盆地與四川盆地。隨著美國(guó)非常規(guī)天然氣勘探開發(fā)取得重大突破，國(guó)內(nèi)借鑒其技術(shù)思路與改造手段也取得了較好的效果。中石化華北油氣分公司已對(duì)致密碳酸鹽巖油氣藏進(jìn)行了體積酸壓先導(dǎo)試驗(yàn)，用大排量、大液量的復(fù)合加砂工藝創(chuàng)建具有一定導(dǎo)流能力的復(fù)雜酸蝕裂縫網(wǎng)絡(luò)，部分井體積酸壓改造效果明顯。本文以大牛地氣田下古生界奧陶系風(fēng)化殼氣藏為研究對(duì)象，運(yùn)用力學(xué)實(shí)驗(yàn)、掃描電鏡、數(shù)值模擬等手段，對(duì)縫網(wǎng)形成的可行性進(jìn)行了分析。利用縫內(nèi)暫堵的手段，提高縫內(nèi)凈壓力，促使更多的天然裂縫開啟、改造，達(dá)到增大改造體積的目的。采用了暫堵體積酸壓與純水力體積壓裂兩種技術(shù)路線，完成2口水平井的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，為鄂爾多斯盆地奧陶系風(fēng)化殼儲(chǔ)層獲得更好的增產(chǎn)效果提供技術(shù)儲(chǔ)備和優(yōu)化依據(jù)。

1 暫堵體積酸壓（壓裂）增產(chǎn)機(jī)理研究

1.1 暫堵酸壓增產(chǎn)原理

段間暫堵是在段內(nèi)多簇射孔完井或裸眼完井條件下，通過對(duì)裂縫縫口的暫堵，實(shí)現(xiàn)單段內(nèi)多條裂縫的形成與延伸?？p內(nèi)暫堵原理則通過暫堵裂縫端部或中部，限制裂縫延伸提高縫內(nèi)凈壓力，促進(jìn)裂縫轉(zhuǎn)向形成復(fù)雜縫，從而提高改造體積。

1.2 大物模實(shí)驗(yàn)結(jié)果

段間暫堵實(shí)驗(yàn)：均質(zhì)水泥巖心，先泵入壓裂液，再泵入顆粒+纖維的壓裂液，裸眼井段長(zhǎng)2cm。封堵縫口后，裂縫方向發(fā)生了偏轉(zhuǎn)。

縫內(nèi)暫堵實(shí)驗(yàn)：天然露頭巖心，先泵入壓裂液，再泵入混有纖維0.7%（1mm）的壓裂液，裸眼井段長(zhǎng)5cm。加入纖維暫堵后，改造到的天然裂縫大幅增加。由大物模實(shí)驗(yàn)可知，增加暫堵后會(huì)改變裂縫走向，縫內(nèi)暫堵可增加裂縫復(fù)雜程度。

1.3 復(fù)雜縫網(wǎng)數(shù)值模擬結(jié)果

根據(jù)風(fēng)化殼馬五5儲(chǔ)層數(shù)據(jù)，采用CMG軟件建立含天然裂縫的雙孔/雙滲碳酸鹽儲(chǔ)層壓裂模型。模型正中間第三層布置一口生產(chǎn)井，在整個(gè)水平段全部射孔模擬裸眼完井。

方案1為常規(guī)的主縫分段壓裂，方案2增加了2級(jí)裂縫，方案3增加了2級(jí)和3級(jí)裂縫，模擬結(jié)果表明，增加復(fù)雜性的裂縫系統(tǒng)，改善滲流明顯，能夠使累計(jì)產(chǎn)量提高2-3倍。

2 縫網(wǎng)形成的可行性分析

頁巖儲(chǔ)層體積壓裂改造的經(jīng)驗(yàn)表明，巖石脆性特征、天然裂縫發(fā)育狀況、地層水平主應(yīng)力差等儲(chǔ)層地質(zhì)條件決定著體積改造能否形成復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)。僅用巖石脆性來表征儲(chǔ)層的可壓裂性并不完全準(zhǔn)確，為了克服這一缺陷，Altindag等提出用巖石的斷裂韌性與巖石脆性指數(shù)一起來評(píng)價(jià)儲(chǔ)層的可壓裂性，且應(yīng)用效果較好。因此，筆者采用巖石礦物脆性、力學(xué)脆性、應(yīng)力應(yīng)變曲線綜合分析評(píng)價(jià)儲(chǔ)層的可壓裂性，同時(shí)，從儲(chǔ)層天然裂縫發(fā)育狀況、地層水平主應(yīng)力差2個(gè)方面分別來分析致密碳酸鹽巖氣藏實(shí)施體積酸壓的可行性。

2.1 風(fēng)化殼儲(chǔ)層脆性及可壓性

2.1.1 礦物脆性指數(shù)

最初在評(píng)價(jià)頁巖脆性時(shí)只將石英看做是脆性礦物，但經(jīng)長(zhǎng)期觀察白云石含量增加會(huì)導(dǎo)致頁巖脆性提高，方解石也具有相似規(guī)律。根據(jù)全巖定量分析結(jié)果所示，大牛地奧陶系風(fēng)化殼儲(chǔ)層以白云石和方解石為主，粘土含量較低，從礦物成分的角度看具有良好的脆性。

2.1.2 力學(xué)脆性指數(shù)

單純通過礦物含量評(píng)價(jià)脆性指數(shù)并不可靠，Rickman等人介紹過巖石物理性質(zhì)在改造設(shè)計(jì)優(yōu)化中的應(yīng)用，提出了用楊氏模量和泊松比來計(jì)算巖石脆性指數(shù)的方法，楊氏模量越高、泊松比越低，巖石的脆性越強(qiáng)，在壓裂過程中越容易形成復(fù)雜的裂縫，并認(rèn)為脆性指數(shù)B>40時(shí)，巖石是脆性的;脆性指數(shù)B>60時(shí)，巖石脆性很強(qiáng)。本文采用該方法進(jìn)行計(jì)算，大部分風(fēng)化殼儲(chǔ)層的脆性指數(shù)范圍在0.4-0.5間，屬于多縫到縫網(wǎng)的過度區(qū)域，力學(xué)脆性指數(shù)較好。

2.2 水平兩向應(yīng)力差異

馬五5段水平應(yīng)力差19.6MPa，應(yīng)力差異系數(shù)0.37，應(yīng)力差異系數(shù)與應(yīng)力差的絕對(duì)值均比較大。通過裂縫監(jiān)測(cè)得到的裂縫形態(tài)趨于單一，僅形成了極少量的分支縫，裂縫并未發(fā)生較大的轉(zhuǎn)向。相比barnet頁巖復(fù)雜程度相差較遠(yuǎn)，不利于形成復(fù)雜縫網(wǎng)。

為克服這一不利因素，采用縫內(nèi)暫堵工藝，在裂縫長(zhǎng)度達(dá)到優(yōu)化要求后，封堵裂縫端部，限制裂縫延伸，從而提高縫內(nèi)凈壓力，開啟天然裂縫。

2.3 天然裂縫發(fā)育情況

綜合來看，發(fā)育天然裂縫是大牛地奧陶系風(fēng)化殼儲(chǔ)層實(shí)施體積酸壓的核心因素。馬五5儲(chǔ)層較厚，同時(shí)天然裂縫較發(fā)育，最適合進(jìn)行暫堵體積酸壓;馬五1+2層因儲(chǔ)層較薄適應(yīng)性一般，但仍然可以利用其發(fā)育的天然裂縫增加裂縫的復(fù)雜性。

3 體積改造設(shè)計(jì)思路

針對(duì)大牛地儲(chǔ)層地質(zhì)特征，提出了以“復(fù)雜縫、深穿透、高導(dǎo)流”為主體的擴(kuò)大酸壓改造體積的增產(chǎn)思路。利用縫內(nèi)暫堵工藝提高縫內(nèi)凈壓力，段間暫堵在機(jī)械封隔的基礎(chǔ)上進(jìn)一步縮短段間距;利用低粘滑溜水提高穿透力;提高加酸排量增加非均勻刻蝕，組合粒徑支撐劑提高導(dǎo)流能力，交替注入提高酸液效率，各項(xiàng)技術(shù)組合以增加改造體積為目的。

DPF-2X3井與DPF-2X5井的改造思路都是以增加改造體積為目的，但采取了兩種極端的實(shí)現(xiàn)手段，前者選擇了用酸改造天然裂縫，同時(shí)采用縫內(nèi)暫堵工藝，后者則基本沿用頁巖氣的設(shè)計(jì)工藝，完全依靠滑溜水與小粒徑支撐劑改善天然裂縫的導(dǎo)流能力，同時(shí)采用了縫內(nèi)暫堵+段間暫堵的復(fù)合工藝。

3.1 縫內(nèi)暫堵體積酸壓設(shè)計(jì)思路（以DPF-2X3為例）

3.1.1 整體設(shè)計(jì)思路

①采用了主縫--交替注酸改造支縫--交聯(lián)液加砂的三階段泵注程序，前置液造縫降溫降低酸巖反應(yīng)速率，增加主裂縫縫長(zhǎng);酸蝕階段縫內(nèi)暫堵--縫內(nèi)轉(zhuǎn)向提高酸液效率和裂縫復(fù)雜性;②采用可鉆橋塞分段工藝，大排量大液量進(jìn)行施工，施工參數(shù)--提高凈壓力，根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果選取較優(yōu)的施工參數(shù);③對(duì)酸壓溶蝕段進(jìn)行多段塞（脈沖）式低濃度加砂支撐裂縫。

3.1.2 針對(duì)性設(shè)計(jì)優(yōu)化

①針對(duì)難破裂的灰色含灰云巖及灰色灰云巖段：采用前置酸預(yù)處理降低近井筒破裂壓力;針對(duì)高泥質(zhì)含量段裂縫較窄的現(xiàn)象采用多級(jí)段塞打磨裂縫壁面，同時(shí)前置液造縫形成一定長(zhǎng)度的裂縫，再利用酸液及暫堵劑暫堵工藝形成復(fù)雜裂縫;②針對(duì)灰色灰云巖及灰色含灰云巖儲(chǔ)層段：采用多級(jí)注入工藝提高有效裂縫長(zhǎng)度，再利用支撐劑充填裂縫提高裂縫導(dǎo)流能力;③針對(duì)灰色白云巖儲(chǔ)層段：增加砂比。

3.2 復(fù)合暫堵體積壓裂設(shè)計(jì)思路（以DPF-2X5為例）

3.2.1 整體設(shè)計(jì)思路

①設(shè)計(jì)采用體積縫網(wǎng)壓裂理念充分改造儲(chǔ)層：膠液造主縫--滑溜水溝通支縫--加砂的三階段泵注程序;②選擇可鉆橋塞+多簇射孔工藝，根據(jù)應(yīng)力分布優(yōu)選多簇（8段16簇）射孔段，采用大排量施工;③在前置液階段采用高粘低傷害壓裂液（全懸浮壓裂液）造主縫、低粘液體（滑溜水）造支縫，攜砂液階段采用組合粒徑支撐劑有效充填不同尺度裂縫。最終形成“魚骨”狀高導(dǎo)流裂縫網(wǎng)絡(luò)體系，最大程度提高壓裂改造體積。

3.2.2 “一段一策”針對(duì)性設(shè)計(jì)優(yōu)化

①針對(duì)全烴顯示高的層段采用縫內(nèi)暫堵（暫堵劑）+縫口暫堵（暫堵球）工藝;②對(duì)顯示相對(duì)較差的層段采用縫內(nèi)暫堵工藝促使裂縫轉(zhuǎn)向。

4 縫內(nèi)暫堵與段間暫堵效果評(píng)估

4.1 縫內(nèi)暫堵效果

DPF-2X3井酸液之間采用了纖維+暫堵劑復(fù)合暫堵轉(zhuǎn)向工藝，施工中采用人工方式在混砂車上添加暫堵材料。當(dāng)暫堵材料達(dá)到地層并進(jìn)入裂縫后，是施工壓裂急劇上升，暫堵壓力達(dá)到20MPa以上，暫堵后出現(xiàn)壓力突降的現(xiàn)象，判斷可能為縫高失控，或?yàn)閴洪_新縫，后期的延伸壓力改變明顯，但從濾失特征的變化來看，壓降斜率僅有微弱的變化，復(fù)雜程度提高有限。由于施工限壓，暫堵后造成施工困難，降低了后續(xù)暫堵劑加注速度，封堵壓力在4-8MPa左右，暫堵后延伸壓力明顯出現(xiàn)下降，認(rèn)為天然裂縫得到了一定的開啟。

4.2 段間暫堵效果

DPF-2X5井采用了暫堵球進(jìn)行段間暫堵，暫堵顆粒進(jìn)行縫內(nèi)暫堵。段間暫堵效果較差，暫堵后壓力上升不明顯，暫堵效果較差，未能起到增加復(fù)雜裂縫的作用。

5 結(jié)論

①大牛地奧陶系風(fēng)化殼儲(chǔ)層巖石脆性較好，但水平兩向主應(yīng)力差異系數(shù)和應(yīng)力差絕對(duì)值都極大的限制了復(fù)雜裂縫的形成，因馬五5和馬五1+2儲(chǔ)層發(fā)育天然裂縫，對(duì)儲(chǔ)層的滲透率改善較明顯，通過暫堵酸壓提高縫內(nèi)凈壓力，讓更多天然裂縫開啟并加以改造是形成體積縫網(wǎng)的關(guān)鍵因素，該工藝選井時(shí)一定要選擇天然裂縫發(fā)育的區(qū)域和壓裂段;②通過儲(chǔ)層厚度和天然裂縫發(fā)育程度來看，大牛地風(fēng)化殼儲(chǔ)層馬五5段更為適合暫堵體積壓裂，馬五1+2儲(chǔ)層也可利用暫堵提高裂縫復(fù)雜程度，但縫高延伸過大會(huì)導(dǎo)致無效改造體積較大;③暫堵顆粒+暫堵纖維的組合式暫堵效果最好，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)暫堵壓力能夠達(dá)到20MPa以上，而用暫堵球進(jìn)行段間暫堵的效果較差;④地質(zhì)顯示較差，風(fēng)化殼剝蝕嚴(yán)重是造成DPF-2X3、DPF-2X5低效的原因之一，另外回插管柱封隔器的壓力限制導(dǎo)致了暫堵后，凈壓力無法得到大幅度的提升，裂縫復(fù)雜程度未達(dá)到理想狀態(tài)，完井方式需進(jìn)一步優(yōu)化。

參考文獻(xiàn)：

[1]王南，裴玲，雷丹鳳，等.中國(guó)非常規(guī)天然氣資源分布及開發(fā)現(xiàn)狀[J].油氣地質(zhì)與采收率，2015，22（1）：26-31.

[2]Bruner K R，Smosna R.A comparative study of the MississippianBarnett Shale，F(xiàn)ort Worth Basin，and Devonian Marcellus Shale[R].Appalachian Basin：Technical Report DOE/NETL- 2011/1478，National Energy Technology Laboratory（NETL）for TheUnited States Department of Energy，2011.

[3]Altindag R.Assessment of some brittleness indexes in rock-drilling efficiency[J].Rock Mechanics and Rock Engineering，2010，43（3）：361-370.

[4]Jin X，Shah S N，Roegiers J C，et al.An integrated petrophysicsand geomechanics approach for fracability evaluation in shale reservoirs[J].SPEJ，2015，20（3）：518-526.

[5]Rickman R，Mullen M J，Petre J E，et al.A practical use of shale petrophysics for stimulation design optimization：All shale plays are not clones of the Barnett Shale[C].SPE Annual Technical Conference and Exhibition，21-24 September 2008，Denver，USA.

作者簡(jiǎn)介：

李嘉瑞（1987- ），男，陜西渭南人，碩士研究生，助理研究員，現(xiàn)從事儲(chǔ)層改造及測(cè)試技術(shù)研究工作。