高 健

中國石油集團長城鉆探工程有限公司

0 引言

頁巖氣是以甲烷為主要成分、賦存于富有機質頁巖中的非常規(guī)天然氣[1-3]。四川盆地頁巖氣可采資源量達4.4×1012m3，是中國頁巖氣資源最豐富的區(qū)域[4-5]。盆地南部威遠地區(qū)志留系龍馬溪組屬深水陸棚相沉積[6-7]，龍馬溪組龍一11小層富有機質頁巖是當前頁巖氣勘探開發(fā)主力層系[8-10]。

頁巖氣開發(fā)效果很大程度上依賴鉆完井和壓裂改造等工程技術水平的進步。目前頁巖氣水平井水平段長度可超1 800 m，水平井靶體鉆遇率大幅提升，可達95%，壓裂施工規(guī)模逐漸增大，加砂強度大于2.0 t/m[11-12]。而威遠區(qū)塊開發(fā)初期頁巖氣井水平段長度1 500 m，水平井靶體鉆遇率平均為50%，加砂強度小于1.5 t/m，從而導致儲量動用程度低，開發(fā)效果差，因此這類區(qū)域具備剩余氣開發(fā)潛力。

國內外很早就開始注重對早期頁巖氣水平井鉆完井效果不太理想區(qū)域進行資源挖潛。例如美國2013年在Permian盆地采用多層水平井開采Bone Spring及Wolfcamp等層系的頁巖氣，由于儲層厚度超過600 m且內部存在砂巖夾層，上下開發(fā)層段不會因壓裂產生縱向干擾，多層段開發(fā)取得顯著效果[13-14]。2016年國內針對礁石壩區(qū)塊產建初期水平井靶體鉆遇率低、壓裂施工規(guī)模小的開發(fā)區(qū)域，開展了針對五峰組—龍馬溪組頁巖氣層下部“甜點段”的加密井網立體開發(fā)試驗，充分地動用了儲量[15]，提高了區(qū)域產量。目前國內外頁巖氣立體開發(fā)未對開發(fā)層位剩余氣進行定量表征，且存在新加密井壓裂時干擾相鄰已投產老井的現(xiàn)象。本文通過開展針對性研究，解決了上述問題，實現(xiàn)了不同小層剩余儲量精細定量描述，有效預防了新井壓裂過程中對老井的干擾。

威202A平臺為早期投產平臺，上半支3口井在優(yōu)質頁巖段龍一11小層鉆遇率僅25%，且壓裂施工規(guī)模小，平均單井加砂強度僅1.14 t/m，平均單井測試產量僅4.11×104m3/d，開發(fā)效果差，上半支區(qū)域儲量動用程度低。本次基于運用優(yōu)勢層位動用潛力和可采儲量開發(fā)潛力分析技術，明確上半支3口井區(qū)域主力層位龍一11小層剩余氣富集，潛力大；開展了不同層位“W”形加密井網立體開發(fā)研究與探索，在龍一11小層部署了3口加密井；通過加強地質導向，并有針對性地開展了長段多簇和暫堵轉向等優(yōu)化措施，保證了鉆井和儲層改造效果，達到了預期的效果。該平臺為威遠區(qū)塊首次開展不同層位井間加密試驗平臺，取得的成果為其他地區(qū)頁巖氣立體井網開發(fā)模式提供了借鑒，具有重要意義。

1 井區(qū)及平臺概況

威202井區(qū)構造位于威遠構造南翼，開發(fā)層系為五峰組—龍馬溪組龍一1亞段，劃分為五峰組和龍一11—4共5個小層，厚度介于35～52 m，埋深介于 2 750～ 3 300 m，TOC含量介于 2.55% ～5.42%，孔隙度介于4.8%～6.9%，含氣量介于3.7～8.2 m3/t，脆性礦物含量介于54.3%～82.5%，地層壓力系數(shù)介于1.10～1.85，氣藏保存條件好。研究表明，龍一11小層TOC、孔隙度、含氣量、脆性礦物含量等頁巖儲層關鍵參數(shù)最優(yōu)，龍一13小層次之，龍一12小層、龍一14小層和五峰組儲層品質相對較差（表1） 。統(tǒng)計區(qū)內投產井證實龍一11小層鉆遇率與單井測試產量呈正相關[16]（圖1）, 表明氣井產量與頁巖儲層品質密切相關[17-18]，進一步證實龍一11小層為該區(qū)域主力產氣層位。

圖1 水平段龍一11小層鉆遇率與測試產量關系圖

表1 威遠區(qū)塊評價井儲層參數(shù)統(tǒng)計表

威202A平臺位于威202井區(qū)東北部，平臺上下半支各3口井，其中1、2、3號井為上半支井，其余為下半支井（表2）。井間距400 m，水平段長度介于1 240～1 600 m，其中1、3、6號井水平靶體軌跡位于龍一13小層和龍一14小層內，2號井水平靶體軌跡位于龍一12小層和龍一13小層，4、5號井水平靶體軌跡位于龍一1小層。上半支1、2、3號井龍一111小層鉆遇率分別為23.6%、29.7%、20.3%，優(yōu)質儲層段鉆遇率低。由于當時壓裂施工規(guī)模較小，平均單井加砂強度1.14 t/m，改造效果較差，導致各井測試產量差異大，測試產量介于 3.40×104～ 28.77×104m3/d，其中上半支3口井平均測試產量僅4.11×104m3/d，下半支水平靶體軌跡位于龍一11小層的2口井平均測試產量高達 24.39×104m3/d。截至2018年9月，平臺累計產氣2.58×108m3，其中上半支累計產氣0.65×108m3，下半支累計產氣 2.13×108m3，可見上半支3口井在龍一11小層鉆遇率低，壓裂未改造龍一11小層儲層，生產效果較差，EUR（最終可采儲量）及采收率低（表 2），分別為 0.32×108m3、0.47×108m3、0.38×108m3、5.5%、8.4%、7.7%，均低于下半支3口井，可見該平臺上半支區(qū)域具有進一步挖潛的空間。

表2 威202A平臺氣井軌跡及生產參數(shù)統(tǒng)計表

2 立體開發(fā)潛力分析

2.1 優(yōu)勢層位動用潛力分析

優(yōu)勢層位動用潛力分析技術就是聯(lián)合使用微地震與數(shù)值模擬技術對平臺各井各小層儲量動用情況進行綜合評價，定性掌握各井各小層潛力情況。該平臺上半支壓裂過程中，在下半支6號井進行了井下微地震監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)上半支氣井東翼的人工裂縫網絡延伸較短，西翼人工裂縫網絡延伸較長，東翼人工裂縫網絡平均縫長約163 m，西翼人工裂縫網絡平均縫長約226 m，監(jiān)測顯示平均縫高29.75 m （表3）。

微地震事件點是所監(jiān)測位置處的巖石破裂活動綜合響應，實際的壓裂支撐縫長與縫高要遠小于微地震監(jiān)測值。前人基于大物模實驗、示蹤劑等研究，認為威遠地區(qū)頁巖儲層壓裂改造支撐縫高為10～20 m，且裂縫更易向上延伸，遠離射孔位置向上裂縫導流能力迅速減小[19-21]。本平臺壓裂監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，微地震事件點主要集中在龍一12小層和龍一13小層，證實裂縫更易向上延伸（表3），1、2、3號井壓裂改造形成的人工裂縫網絡沒有觸及到龍一11小層。

表3 威202A平臺上半支3口井微地震監(jiān)測數(shù)據(jù)表

數(shù)值模擬研究表明上半支未動用龍一11小層儲量。在威202A平臺地質研究基礎上，建立井組氣藏數(shù)值模擬模型，面積 2 850 m×1 700 m，氣層厚度41 m，縱向上分為29個層，物性參數(shù)采用井區(qū)實際數(shù)據(jù)，人工裂縫采用模擬得到的支撐縫長，采用定產氣量擬合壓力，模擬的壓力變化趨勢與實際相符合，擬合誤差小于5 %（圖2）。模擬地層壓力結果顯示，上半支3口井地層壓力波動范圍主要集中在龍一13小層和龍一14小層下部，而區(qū)域主力層位龍一11小層儲量沒有得到有效動用（圖3）。

圖2 威202A平臺1井生產歷史擬合圖

圖3 威202A平臺上半支區(qū)域地層壓力模擬圖

2.2 可采儲量開發(fā)潛力分析

可采儲量開發(fā)潛力分析技術是利用生產動態(tài)數(shù)據(jù)及數(shù)值模擬方法，分層描述氣井剩余可采儲量，以定量評價開發(fā)潛力，為優(yōu)化井位部署提供依據(jù)。據(jù)威202井區(qū)儲量申報結果，威202A平臺儲量豐度為7.25×108m3/km2，地質儲量 32.25×108m3，儲量規(guī)模較大。然而平臺氣井生產數(shù)據(jù)顯示，上半支生產效果較差，階段累計產量僅為下半支的31%，EUR僅為下半支的37%，平均單井最終采收率僅7.21%，遠低于同平臺5、6號井（表2）。

基于儲層反演、測井解釋以及巖心實驗數(shù)據(jù)分析等技術手段，評估各小層儲量分布，并在建立精細地質模型的基礎上，采用數(shù)值模擬手段描述平臺剩余氣分布，計算各小層儲量動用程度，評價剩余氣開發(fā)潛力。研究結果表明平臺縱向上各小層儲量動用程度差異較大，其中上半支3口井主要動用龍一13小層儲量，且動用程度僅16.87 %，龍一11小層儲量動用程度僅1.35%；下半支4、5號井主要動用龍一11小層和龍一12小層儲量，動用程度分別為74.05%、54.17%，6號井主要動用龍一13小層?？梢姡习胫?口井主要動用龍一13小層和龍一14小層，而區(qū)域主力層位龍一11小層儲量未得到有效動用，上半支3 口井剩余儲量分別為 1.44×108m3、1.64×108m3和1.49×108m3，具備較好的資源基礎（表4），將上半支龍一11小層作為立體開發(fā)目的層進行井位部署。

表4 威202A平臺各井不同層位儲量動用程度統(tǒng)計表

3 立體開發(fā)實踐及效果

3.1 立體開發(fā)井位部署

分析可知威遠區(qū)塊龍一11小層儲層及含氣性品質最優(yōu)，屬區(qū)域開發(fā)主力層位。威202A平臺上半支區(qū)域主力層位龍一11小層儲量動用程度僅1.35%，通過立體開發(fā)潛力技術分析認為該小層具備部署立體開發(fā)井的潛力，因此以龍一11小層為目的層部署3口加密水平井，平面上加密井7、8、9號井處于1、2、3號井之間，與已實施的上半支3口井組成不同層位“W”形立體開發(fā)井網（圖4）。

圖4 威202A平臺立體部井方案示意圖

3.2 立體開發(fā)井實鉆軌跡

現(xiàn)場實施中通過優(yōu)化鉆井施工參數(shù)，迭代更新地質導向模型，完善旋轉導向軌跡調整方案，充分發(fā)揮地質工程一體化優(yōu)勢，3口立體開發(fā)加密井實鉆水平段長度分別為 1 505 m、1 550 m 和 1 550 m，目標靶體龍一11小層鉆遇率分別為89.4%、89.7%和91.4%，平均90.2%（表5）。加密井實鉆軌跡鉆遇率較理想，與原3口老井縱向上組成了“W”形井網，達到了立體開發(fā)井網對加密井水平段軌跡的要求，為提高開發(fā)效果奠定了基礎。

表5 威202A平臺3口新增井各小層鉆遇率統(tǒng)計表

3.3 壓裂設計與實施

如何保障壓裂改造效果是立體開發(fā)成功的關鍵，盡管目前在威遠地區(qū)已經形成了一套成熟的頁巖氣體積壓裂工藝及施工配套技術，但本次壓裂施工仍然面臨嚴峻的挑戰(zhàn)，主要表現(xiàn)在兩個方面：①新部署井與老井之間井距較小，部分壓裂段與鄰井鉆遇相同層位，存在壓竄鄰井的風險；②老井生產時間較長，地層存在“壓降漏斗”，壓裂裂縫易受誘導，形成復雜縫網難度大，影響壓裂改造效果。

針對以上壓裂難點，通過模擬研究，提出了應對措施，優(yōu)化了壓裂設計方案。針對難點①，采取合理控制壓裂規(guī)模，進行差異化壓裂方案設計，并采用長段多簇措施射孔，當新老井鉆遇相同層位時，單段長介于80～90 m，段內6簇射孔，控制縫長延伸；當與鄰井鉆遇層位不同的壓裂段時，采用單段長60～70 m，段內3簇射孔，各壓裂段設計液量 1 600 ～ 1 800 m3，設計砂量 90 ～ 110 t。實施過程中嚴格執(zhí)行設計，避免了壓竄的發(fā)生。

針對難點②，上半支3口已投井提前60天關井，以恢復老井井底壓力，同時壓裂過程中監(jiān)測相鄰井壓力，借助微地震監(jiān)測數(shù)據(jù)，適時采取暫堵轉向等技術手段調整壓裂施工參數(shù)，提高加砂強度，提升裂縫復雜程度，保障壓裂改造效果。

在加密井壓裂過程中，鄰井壓力監(jiān)測顯示，前序壓裂段壓裂時發(fā)生了鄰井壓力不同程度上漲的現(xiàn)象，漲幅介于2～5 MPa，據(jù)此對后續(xù)施工參數(shù)進行了調整，有效控制了此類現(xiàn)象的繼續(xù)發(fā)生。針對采用暫堵轉向壓裂段，暫堵升壓介于0.7～3.4 MPa，暫堵后施工壓力上漲介于0.5～4.5 MPa，壓力上升較明顯（圖5），微地震監(jiān)測顯示暫堵前后簇間、井筒兩側事件點發(fā)生轉移，裂縫擴展均衡（圖6）。這表明通過采取單段多簇射孔、控制施工規(guī)模、適時暫堵轉向等針對性措施有效控制了縫網長延伸，避免了老井被壓竄，同時提高了裂縫復雜程度。

圖5 暫堵轉向前后施工壓力對比圖

圖6 暫堵前后微地震監(jiān)測事件圖

3.4 實施效果

現(xiàn)場微地震監(jiān)測3口加密井平均壓裂裂縫網絡長約 190 m，縫高約 25 m（表 6）。壓裂模擬結果表明：平均支撐半縫長約140 m，支撐縫高約15 m（表7）。數(shù)值模擬結果也表明3口加密井對龍一11小層儲層改造效果良好（圖7），證實龍一11小層儲量得到了有效動用，并且對早期投產井未造成明顯干擾。可見三種技術手段都證明立體開發(fā)試驗主要改造了龍一11小層儲層，且沒有觸及早期老井改造區(qū)域，立體開發(fā)有效，提高整體采收率的試驗目的。

表6 威202A平臺加密井微地震監(jiān)測數(shù)據(jù)表

表7 威202A平臺加密井壓裂裂縫模擬參數(shù)表

圖7 威202A平臺新部署井地層壓力模擬圖

同時，實際生產數(shù)據(jù)也證實儲層改造效果理想，3口加密井測試產量分別為 8.22×104m3/d、9.01×104m3/d和 13.98×104m3/d，EUR分 別 為 0.64×108m3、0.66×108m3和0.79×108m3。對比老井測試產量和EUR都得到了大幅度提升，立體開發(fā)試驗達到了預期的效果。

4 結論

1）采用優(yōu)勢層位動用潛力分析及可采儲量開發(fā)潛力分析技術研究表明，平臺內各井對各小層儲量動用程度差異較大，上半支原3口井對主力產層龍一11小層儲量動用程度僅1.35%，未動用儲量較豐富，剩余氣富集，潛力大，具備進一步挖潛空間。

2）在平臺上半支區(qū)域，以龍一11小層為目的層加密部署3口水平井，與已實施原3口老井組成不同層位“W”形立體開發(fā)井網；通過優(yōu)化鉆井參數(shù)，加強地質導向跟蹤，加密井水平段在龍一11小層鉆遇率平均達90.2%，為提高開發(fā)效果奠定了基礎。

3）針對易壓竄、地層壓降漏斗等儲層改造難點，提出采用合理控制壓裂規(guī)模，簇間差異化設計，長段多簇射孔，和壓前鄰井提前關井恢復壓力及壓中適時暫堵轉向等技術提升裂縫復雜程度，保障壓裂效果。

4）微地震監(jiān)測、壓裂模擬及數(shù)值模擬研究表明加密井有效動用了龍一11小層儲量，測試產量分別為 8.22×104m3/d、9.01×104m3/d 和 13.98×104m3/d，EUR分別為 0.64×108m3、0.66×108m3和 0.79×108m3，較原3口老井大幅度提升。本次層間加密立體開發(fā)模式的研究和探索，為以后頁巖氣藏提高儲量動用程度提供優(yōu)異借鑒。