馬英哲 衛(wèi)國(guó)鋒 方 圓

（ 1 中油國(guó)際（伊拉克）哈法亞公司；2 中國(guó)石油西南油氣田公司川中油氣礦；3 中國(guó)石油西南油氣田公司氣田開發(fā)管理部 ）

0 引言

Sadi油藏是伊拉克哈勒法耶油田第二大油藏，因常規(guī)酸壓無(wú)法有效開發(fā)，該油藏一直處于幾乎未動(dòng)用狀態(tài)，但考慮到其巨大的儲(chǔ)量規(guī)模，該油藏的規(guī)模有效動(dòng)用將直接影響整個(gè)油田的開發(fā)效益，尋找可靠技術(shù)對(duì)該油藏進(jìn)行規(guī)模開發(fā)勢(shì)在必行。借鑒國(guó)內(nèi)外成功經(jīng)驗(yàn)，水平井多段水力壓裂技術(shù)是開發(fā)此類油氣藏的有效手段[1-4]，為此，研究部署了伊拉克首口多段水力壓裂水平井S5H1井。在該井的部署過(guò)程中，形成了地質(zhì)甜點(diǎn)和工程甜點(diǎn)“雙甜點(diǎn)”評(píng)價(jià)技術(shù)。地質(zhì)甜點(diǎn)是指含油飽和度較高、物性較好的區(qū)域；工程甜點(diǎn)是指有利于低成本、高效率壓裂施工的區(qū)域?！半p甜點(diǎn)”評(píng)價(jià)技術(shù)的運(yùn)用解決了選好位置布好井的問(wèn)題，為S5H1井的成功奠定了基礎(chǔ)。本文總結(jié)了Sadi油藏地質(zhì)特征、地質(zhì)甜點(diǎn)和工程甜點(diǎn)的評(píng)價(jià)方法，以及S5H1井的井位部署和實(shí)施效果，以期為研究區(qū)后續(xù)水平井部署及中東地區(qū)類似的致密油藏[5-6]開發(fā)提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。

1 Sadi油藏地質(zhì)概況

Sadi組屬于上白堊統(tǒng)，頂部埋深約2600m，分為Sadi A和Sadi B兩段，其中Sadi B段細(xì)分為Sadi B1、Sadi B2、Sadi B3三個(gè)亞段（圖1）。Sadi構(gòu)造為NW—SE至NWW—SEE走向的長(zhǎng)軸背斜，Sadi B段構(gòu)造長(zhǎng)軸和短軸長(zhǎng)度分別約為31km、11.5km，背斜構(gòu)造形態(tài)較完整，地層傾角平緩，西南翼較東北翼略陡。

圖1 研究區(qū)Sadi組地層綜合柱狀圖Fig.1 Comprehensive stratigraphic column of Sadi Formation in the study area

Sadi油藏自上而下依次發(fā)育外緩坡、中緩坡及內(nèi)緩坡沉積。Sadi組B1亞段和B2亞段分別為外緩坡和中—外緩坡沉積環(huán)境，主要巖性為泥粒/粒泥灰?guī)r和有孔蟲石灰?guī)r，具有較多的生物擾動(dòng)現(xiàn)象，含浮游/底棲有孔蟲化石及叢藻跡化石；Sadi組B3亞段為內(nèi)緩坡沉積，含軟體動(dòng)物、棘皮動(dòng)物及其他動(dòng)物的碎屑。

Sadi組 B1、B2和B3亞段平均孔隙度分別為17.5%、19.3%、13.6%，平均滲透率分別為0.13mD、0.29mD、5.11mD，屬中等孔隙度、特低—超低滲透率[7-11]的碳酸鹽巖油藏。

2 甜點(diǎn)評(píng)價(jià)

針對(duì)Sadi油藏中等孔隙度、特低—超低滲透率的物性特點(diǎn)，按國(guó)內(nèi)外開發(fā)致密油藏的經(jīng)驗(yàn)，必須利用水平井多段水力壓裂技術(shù)實(shí)現(xiàn)體積壓裂才能實(shí)現(xiàn)此類油藏的有效開發(fā)，而其中提高產(chǎn)能的關(guān)鍵之一就是甜點(diǎn)的識(shí)別與綜合評(píng)價(jià)[12-16]。針對(duì)Sadi油藏沉積特點(diǎn)，本文通過(guò)開展巖石分類對(duì)油藏甜點(diǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，并根據(jù)油藏各小層物性的差異，將Sadi B段分為B3亞段和B1—B2亞段兩組分別開展甜點(diǎn)評(píng)價(jià)工作。

2.1 巖石分類

目前尚無(wú)統(tǒng)一的碳酸鹽巖儲(chǔ)層巖石分類方法，國(guó)內(nèi)外常見的碳酸鹽巖巖石類型劃分方法可根據(jù)分類依據(jù)，歸屬到地質(zhì)成因、巖石物理、生產(chǎn)動(dòng)態(tài)三大類。地質(zhì)成因分類有結(jié)構(gòu)成因分類和孔隙類型分類； 巖石物理分類有毛細(xì)管壓力曲線相關(guān)分類(孔喉半徑分類、J函數(shù)分類）、地層流動(dòng)帶指數(shù)（FZI）/儲(chǔ)層品質(zhì)指數(shù)（RQI）分類、測(cè)井資料分類(核磁共振測(cè)井分類、常規(guī)測(cè)井分類)、截止值分類等方法[17-19]。本文以Sadi組B3亞段為例，采用地質(zhì)成因相和巖石物理相相結(jié)合的方法開展巖石分類研究。

地質(zhì)成因相是基于沉積相和成巖作用開展的巖石成因分類。通過(guò)開展系統(tǒng)的沉積相和成巖作用研究，將Sadi組B3亞段分為4類地質(zhì)成因相：1類對(duì)應(yīng)灘+強(qiáng)溶蝕；2類對(duì)應(yīng)灘+弱—中等溶蝕、灘翼+強(qiáng)溶蝕及部分礁灘+強(qiáng)溶蝕；3類對(duì)應(yīng)灘翼+弱—中等強(qiáng)度溶蝕；4類對(duì)應(yīng)潟湖/沼澤+弱溶蝕。

巖石物理相分類是一種基于壓汞曲線特征來(lái)表達(dá)孔喉特征的巖石物理屬性分類方法。根據(jù)巖心壓汞曲線特征，Sadi組B3亞段被分為PG1、PG2和PG3共3類巖石物理相（圖2）。每種巖石物理相均有其特有的壓汞曲線特征，反映其內(nèi)部的孔喉結(jié)構(gòu)；每種巖石物理相也有著不同的孔滲分布區(qū)域（圖3）。

圖2 Sadi組B3亞段巖石物理相劃分圖Fig.2 Petrophysical facies division of B3 sub member of Sadi Formation 1lbf/in2=6894.757Pa

圖3 Sadi組B3亞段巖石物理相類型孔滲分布圖Fig.3 Porosity-Permeability distribution of various petrophysical facies of B3 sub member of Sadi Formation

綜合地質(zhì)成因相和巖石物理相研究，將Sadi組B3亞段劃分為3種巖石類型（圖4）：RT1類由地質(zhì)成因相1類、2類和巖石物理相1類（PG1）組成，物性最好；RT2類由地質(zhì)成因相3類和巖石物理相2類（PG2）組成，物性中等；RT3類由地質(zhì)成因相4類和巖石物理相3類（PG3）組成，物性較差。

圖4 Sadi組B3亞段巖石類型劃分圖Fig.4 Rock type division of B3 sub member of Sadi Formation

2.2 地質(zhì)甜點(diǎn)展布刻畫

Sadi油藏地質(zhì)甜點(diǎn)劃分主要基于巖石分類研究成果，將巖石類型1類（RT1）劃分為地質(zhì)甜點(diǎn)區(qū)域。在完成所有鉆遇井的甜點(diǎn)識(shí)別工作后，在地震反演約束下，建立地質(zhì)模型，對(duì)每個(gè)小層的甜點(diǎn)展布進(jìn)行描述（圖5）。

圖5 單層地質(zhì)甜點(diǎn)展布描述流程圖Fig.5 Flow chart for description of geological sweet spot distribution of single layer

2.3 地質(zhì)甜點(diǎn)分級(jí)及儲(chǔ)量評(píng)估

在每個(gè)小層地質(zhì)甜點(diǎn)展布的基礎(chǔ)上，將每小層地質(zhì)甜點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行疊加，按各小層地質(zhì)甜點(diǎn)發(fā)育厚度的不同，將Sadi油藏在平面上分為4級(jí)地質(zhì)甜點(diǎn)區(qū)域（圖6）。Ⅰ級(jí)地質(zhì)甜點(diǎn)區(qū)域：Sadi組B1—B2亞段地質(zhì)甜點(diǎn)厚度大于25m且B3亞段地質(zhì)甜點(diǎn)厚度大于5m；Ⅱ級(jí)地質(zhì)甜點(diǎn)區(qū)域：Sadi組B1—B2亞段地質(zhì)甜點(diǎn)厚度介于0～25m且B3亞段地質(zhì)甜點(diǎn)厚度大于5m，或B1—B2亞段地質(zhì)甜點(diǎn)厚度大于25m且B3亞段地質(zhì)甜點(diǎn)厚度介于0～5m；Ⅲ級(jí)地質(zhì)甜點(diǎn)區(qū)域：Sadi組B1—B2亞段地質(zhì)甜點(diǎn)厚度介于10～25m且B3亞段地質(zhì)甜點(diǎn)厚度介于0～5m；Ⅳ級(jí)地質(zhì)甜點(diǎn)區(qū)域：Sadi組B1—B2亞段地質(zhì)甜點(diǎn)厚度介于0～10m且B3亞段地質(zhì)甜點(diǎn)厚度介于0～5m。按甜點(diǎn)區(qū)域計(jì)算地質(zhì)儲(chǔ)量（表1），以便后續(xù)合理部署開發(fā)井網(wǎng)、規(guī)劃上產(chǎn)節(jié)奏。

圖6 Sadi油藏4級(jí)地質(zhì)甜點(diǎn)平面展布圖Fig. 6 Distribution of four grades of geological sweet spots of Sadi oil reservoir

表1 Sadi油藏4級(jí)地質(zhì)甜點(diǎn)地質(zhì)儲(chǔ)量分布表Table 1 Reserve summary of four grades of geological sweet spots of Sadi oil reservoir

2.4 工程甜點(diǎn)評(píng)價(jià)

地質(zhì)甜點(diǎn)的評(píng)價(jià)只反映油藏的物性特征，地質(zhì)甜點(diǎn)區(qū)域儲(chǔ)層物性好、含油飽和度高。而針對(duì)低滲油藏，尤其對(duì)需要開展水力壓裂進(jìn)行儲(chǔ)層改造的難動(dòng)用油藏，若只考慮地質(zhì)甜點(diǎn)，在壓裂施工時(shí)，無(wú)法對(duì)壓裂的難易程度提供指導(dǎo)，所以除地質(zhì)甜點(diǎn)外，還需開展工程甜點(diǎn)研究來(lái)表征地層可壓裂性。

結(jié)合Sadi油藏儲(chǔ)層巖石特征，考慮脆性指數(shù)、楊氏模量、泊松比、最小水平主應(yīng)力及斷裂韌度等巖石地質(zhì)力學(xué)參數(shù)，建立了研究區(qū)可壓裂性綜合指數(shù)，即工程甜點(diǎn)評(píng)價(jià)指數(shù)，用以評(píng)價(jià)儲(chǔ)層壓裂改造的難易程度。

脆性指數(shù)：儲(chǔ)層的塑性及脆性特性對(duì)裂縫開啟有較大影響，塑性越高即脆性越低，儲(chǔ)層在壓裂施工時(shí)開裂越困難；反之，開裂越容易，即可壓裂性越高[20]。該指標(biāo)屬于正向指標(biāo)。

楊氏模量：是表征巖石剛性的物理量，楊氏模量越大，表明巖石剛性越強(qiáng)，開展壓裂施工時(shí)起裂時(shí)間越早、裂縫擴(kuò)展速度也會(huì)更快，最終形成的裂縫長(zhǎng)度更長(zhǎng)且更易保持[21-22]。該指標(biāo)屬于正向指標(biāo)。

泊松比：是表征巖石脆性特征的物理量，泊松比是巖石受到應(yīng)力時(shí)，在彈性范圍內(nèi)巖石的側(cè)向應(yīng)變與軸向應(yīng)變的比值。泊松比越低，巖石的脆性越強(qiáng)，開展壓裂施工時(shí)起裂越容易[21-22]。該指標(biāo)屬于反向指標(biāo)。

最小水平主應(yīng)力：最小水平主應(yīng)力越小，巖層破裂壓力越小，起裂越容易，水平兩向應(yīng)力差越大，壓裂后壓裂裂縫傾向于單向發(fā)育、裂縫延伸遠(yuǎn)[23]。目標(biāo)油藏屬于孔隙型碳酸鹽巖油藏，壓裂后形成網(wǎng)狀縫網(wǎng)的可能性較低，因此還需考慮壓出長(zhǎng)縫的可能性，提高泄油能力，需要最小水平主應(yīng)力越小越好。該指標(biāo)屬于反向指標(biāo)。

斷裂韌度：斷裂韌度是一項(xiàng)表征儲(chǔ)層改造難易程度的重要指標(biāo)，反映了壓裂過(guò)程中，裂縫形成后維持裂縫向前延伸的能力，該值越小，裂縫延伸越遠(yuǎn)，儲(chǔ)層改造體積越大[24]。該指標(biāo)屬于反向指標(biāo)。

根據(jù)巖石地質(zhì)力學(xué)參數(shù)與可壓裂性的相關(guān)性及其在實(shí)際儲(chǔ)層中的分布特征，將工程甜點(diǎn)評(píng)價(jià)參數(shù)分為A、B、C、D、E 5個(gè)等級(jí)，其中A等級(jí)定為工程甜點(diǎn)，從B等級(jí)開始過(guò)渡到非甜點(diǎn)，C、D、E等級(jí)認(rèn)為是非甜點(diǎn)，具體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 工程甜點(diǎn)評(píng)價(jià)指數(shù)分級(jí)表Table 2 Classification index for engineering sweet spots

續(xù)表

2.5 復(fù)合甜點(diǎn)

將地質(zhì)甜點(diǎn)和工程甜點(diǎn)疊加，篩選出物性好、含油飽和度高、可壓裂性高的有利區(qū)域，作為復(fù)合甜點(diǎn)區(qū)域，優(yōu)先在復(fù)合甜點(diǎn)區(qū)域內(nèi)部署水平井，確保單井產(chǎn)能。

3 井位選取及軌跡優(yōu)化

S5H1井是哈勒法耶油田第一口，也是伊拉克第一口多段水力壓裂水平井，并無(wú)成功經(jīng)驗(yàn)可以借鑒。為確保試驗(yàn)井的成功，在復(fù)合甜點(diǎn)區(qū)域，選取周邊分布有7口鉆遇井控制的優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層厚度大、連續(xù)性好、可壓裂性高、地質(zhì)認(rèn)識(shí)明確的最有利區(qū)域部署了S5H1井。

基于成像測(cè)井資料，明確現(xiàn)今最大水平主應(yīng)力方位為NE 5°～15°，水平井方位角設(shè)計(jì)為垂直于現(xiàn)今最大水平主應(yīng)力方向以確保壓裂效果。為確保壓裂工具的順利下入并防止與周邊老井發(fā)生干擾，井眼軌跡設(shè)計(jì)為二維軌跡，降低鉆井施工及封隔器下入難度，設(shè)計(jì)水平段與周邊已鉆老井軌跡的距離在150m以上，在不影響裂縫延伸的同時(shí)確保周邊鄰井井筒安全。

4 壓裂方案設(shè)計(jì)

從國(guó)內(nèi)外一些致密碳酸鹽巖油氣藏的成功經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，酸液體系壓裂液在高溫地層受酸巖反應(yīng)速率及濾失特性等因素的影響，可能造成酸液有效作用距離短、酸液濾失嚴(yán)重、高導(dǎo)流縫難以保持等問(wèn)題；而水力加砂壓裂一般采用非反應(yīng)性流體作為工作液，可以較好地克服以上問(wèn)題，對(duì)支撐劑分布也相對(duì)容易控制，可提供遠(yuǎn)大于酸蝕裂縫長(zhǎng)度的支撐裂縫來(lái)獲得好的改造效果[25-29]，為此S5H1井采用了水力體積壓裂工藝進(jìn)行儲(chǔ)層改造。

為落實(shí)Sadi油藏主體開發(fā)工藝技術(shù)，按照“地質(zhì)工程一體化”的思路，以“追求產(chǎn)能和經(jīng)濟(jì)效益最大化”為目標(biāo)進(jìn)行逆向設(shè)計(jì)。在Sadi油藏現(xiàn)有地質(zhì)模型和動(dòng)態(tài)模型基礎(chǔ)上，采用局部網(wǎng)格加密（LGR）+嵌入式離散裂縫模型（EDFM）[30-32]，建立多段水力壓裂水平井產(chǎn)能評(píng)價(jià)模型，對(duì)不同水平段長(zhǎng)度、不同壓裂段數(shù)開展了多情景組合的產(chǎn)能模擬（圖7）。

圖7 不同水平段長(zhǎng)度、壓裂段數(shù)的產(chǎn)量預(yù)測(cè)圖Fig.7 Production simulation of scenarios with different horizontal section length and fracturing stages

從模擬結(jié)果來(lái)看，水平段越長(zhǎng)，壓裂段數(shù)越多，穩(wěn)產(chǎn)時(shí)間和累計(jì)產(chǎn)油量越高。考慮到S5H1井是哈勒法耶油田實(shí)施的第一口多段水力壓裂水平井，具備先導(dǎo)試驗(yàn)性質(zhì)，所以在保證合理產(chǎn)量的基礎(chǔ)上，優(yōu)先考慮工程的可行性，確保先導(dǎo)試驗(yàn)的成功。根據(jù)工藝難度、投入產(chǎn)出比等因素，決定按水平段長(zhǎng)度為800m，壓裂段數(shù)為6段或8段做前期準(zhǔn)備，實(shí)際壓裂段數(shù)待完鉆后根據(jù)實(shí)際井況再做決定。

5 實(shí)施效果

S5H1井實(shí)際鉆遇甜點(diǎn)共573m，平均孔隙度為20%（圖8），結(jié)合測(cè)井解釋評(píng)價(jià)和現(xiàn)場(chǎng)通井情況，決定開展8段壓裂并順利完成施工，施工參數(shù)與設(shè)計(jì)參數(shù)基本吻合（表3），達(dá)到設(shè)計(jì)要求，施工效果良好。該井于2019年12月9日順利投產(chǎn)，初始日產(chǎn)油量為2000bbl，井口壓力為1000lbf/in2，生產(chǎn)表現(xiàn)良好，截至2021年7月底，累計(jì)產(chǎn)油59.8×104bbl，井口壓力下降至550lbf/in2，日產(chǎn)油降至900bbl，月遞減2.5%（圖9），成功實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)。

圖8 S5H1井實(shí)際鉆遇地層孔隙度剖面Fig.8 Porosity profile of formation penetrated by Well S5H1

表3 S5H1井壓裂實(shí)際施工參數(shù)與設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)比表Table 3 Comparison of fracturing parameters between the actual engineering and design of Well S5H1

6 結(jié)論及認(rèn)識(shí)

（1）利用多段水力壓裂技術(shù)部署的S5H1井，通過(guò)一年多的穩(wěn)定生產(chǎn)，驗(yàn)證該井成功實(shí)現(xiàn)了預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)，論證了動(dòng)用特低—超低滲透率Sadi油藏的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)可行性。

（2）建立了一套適合中東地區(qū)低滲石灰?guī)r儲(chǔ)層的巖石分類方法和地質(zhì)甜點(diǎn)表征技術(shù)，通過(guò)地質(zhì)成因相和巖石物理相研究指導(dǎo)哈勒法耶油田Sadi油藏地質(zhì)甜點(diǎn)區(qū)的有效劃分，為釋放哈勒法耶油田低滲油藏產(chǎn)能打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

（3）建立了儲(chǔ)層改造工程甜點(diǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)，優(yōu)選脆性指數(shù)、泊松比、楊氏模量、最小水平主應(yīng)力及斷裂韌度5項(xiàng)可壓裂性指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)工程甜點(diǎn)，用以評(píng)價(jià)儲(chǔ)層壓裂改造的難易程度，彌補(bǔ)了單純利用地質(zhì)甜點(diǎn)指導(dǎo)井位部署的局限性。