塔里木油田克深区块致密砂岩气藏的储层改造技术

冯 虎 徐志强

（中国矿业大学（北京）化学与环境工程学院，北京 100083）

塔里木油田克深区块致密砂岩气藏的储层改造技术

冯 虎 徐志强

（中国矿业大学（北京）化学与环境工程学院，北京 100083）

塔里木油田克深区块超深井温度高、压力高、射孔段长，利用常规压裂手段很难达到储层改造的目的。本研究通过对目标井的地质分析和储层评价，针对该井压裂改造的难点，提出了相应的改造思路并进行现场施工。研究采用以冻胶压裂为主，滑溜水体积压裂为辅的混合压裂方式；采用分簇射孔和纤维暂堵转向工艺进行分级施工，并根据监测裂缝发育情况实时调整压裂施工方案。现场施工成功实现了超深高温高压井的分层压裂改造，将目标井产量从1.5×104m3/d增加到21×104m3/d，对该区块同类型井的储层改造具有很好的指导意义。

致密砂岩气藏；超深井；纤维转向压裂；裂缝监测；冻胶；滑溜水

塔里木盆地库车坳陷克深区块白垩系巴什基奇克组的砂岩储层是塔里木油田近两年产能建设的重点攻关对象，部分井段天然裂缝发育，基质孔隙度4.3%~11.8%，渗透率0.04~1.1 mD，为低孔低渗裂缝型致密砂岩气藏，使储层压裂改造面临诸多挑战：（1）储层埋藏深，地层压力系数高，使该地区施工压力极高（加砂阶段可达100 MPa以上），施工排量增加受限，甚至出现井口压力超过设备限压无法进行施工的情况；（2）地层温度高，对压裂液的耐温性能和酸处理液的缓蚀性能都有较高要求；（3）天然裂缝发育在造缝初期易形成多裂缝，裂缝延伸过程中也会加大液体滤失，从而出现脱砂现象，进一步导致砂堵；（4）目的层是典型低孔低渗致密砂岩储层，泥质含量低，弹性模量高，很难形成较宽的人工裂缝，同时提高了砂堵风险；（5）储层跨度大，中间没有明显的高应力泥岩隔挡层，缝高不易预测，井下分层工具选择难度大，高温高压易导致工具失效。

针对以上问题调研了国外类似储层加砂压裂的成功做法，其中有几种情况值得借鉴：火山岩储层压裂［1］，北美Barnett和Woodford区块的页岩气压裂［2］，北美Bakken区块的页岩油压裂，沙特高温高压井压裂施工。这些井的储层特点是基质渗透率极低，依靠沟通天然裂缝保证产量。在借鉴国外类似储层的施工经验基础上，结合本区块邻井加砂压裂施工情况，制定了对库车区块超深井的压裂改造方案［3-4］。

1 目标井情况

本次施工目标井是塔里木盆地库车坳陷克拉苏构造带克深区块克深1号~克深2号构造上的一口开发井Kes2-1井，完钻井深6 800 m，完钻层位为白垩系巴什基奇克组二段。本井改造目的层为井段6 636~6 785 m，跨度达149 m；采用Ø139.7 mm尾管悬挂的固井方式，尾管下入深度为6 091~6 800 m，目的层以上6 526~6 556 m的膏岩层段固井质量比较差，未有效封固， 6 556~6 631 m之间固井质量优良；本井电测井底温度162 ℃/6 800 m，地层压力系数1.8，预测井底压力122.4 MPa/6 800 m；本井测井解释气层65.0 m/18层，孔隙度6.8~11.8%，平均孔隙度9.34%，含油饱和度56.0~80.0%，平均含油饱和度73.02%；差气层48.5 m/24层，孔隙度4.3%~5.6%，平均孔隙度5.06%，含油饱和度46.0%~73.0%，平均含油饱和度63.0%。

邻井同层位地层流体的相态分析结果显示相包络线面积小，临界压力低，临界温度低，地层温度远离相包络线右侧，地面分离条件点处于两相区外，表现为典型干气气藏的相态特征。

2 压裂改造方案

2.1 改造思路

本井改造目的层为低渗致密砂岩储层，天然裂缝为主要导流通道。为达到最佳改造效果，方案设计中以充分改造储层和最大限度沟通天然裂缝为原则，借鉴在页岩气应用的SRV体积压裂的概念进行设计，通过沟通天然裂缝形成的缝网提高产能。由于目的层闭合压力较高，采用加重压裂液体系作为压裂液，尽量提高施工排量。泵送方式先采用滑溜水加砂，尝试构造裂缝网络，后期连续泵送冻胶液提高加砂浓度。通过优化射孔位置，针对低地应力位置分级分簇射孔，增加缝网的机会。为充分改造储层，采用纤维暂堵转向工艺进行分级施工［5-7］。

2.2 压裂材料选择

根据体积压裂设计的要求和储层特点，本井采用前置滑溜水为辅、冻胶为主的混合压裂方式。根据北美页岩气储层改造的经验，滑溜水携带低浓度砂对储层伤害较低，且易沟通天然裂缝产生复杂裂缝网络。考虑到本井改造目的层为致密砂岩储层，用冻胶携带高浓度砂保证足够的裂缝导流能力。为降低井口施工压力，使用塔里木油田常用的加重剂将两种液体密度加重到1.3 g/mL。

考虑极限状态，支撑剂承受地层压力将达到130~150 MPa，所以选择粉陶和30/50目高强陶粒（美国卡博公司HSP系列）作为本井支撑剂。在前置液中使用粉陶以降低近井筒多裂缝的滤失和弯曲摩阻，以30/50目陶粒作为主支撑剂。

2.3 分级与射孔

对整个压裂目的层段进行分级的依据是：通过对每个储层的压裂进行模拟，获得裂缝从不同层起裂时可以达到的裂缝高度，如果邻近地层可以在相似的静压力情况开启，这些层就可以作为同一个裂缝组，进而作为一级进行压裂设计。

分级模拟中主要考虑纵向上的地应力，同时综合考虑渗透率、泥质含量、含气饱和度、孔隙度、天然裂缝密度，软件模拟分级结果如图1所示，该井可分为两级。井筒内没有具体的分层工具，依赖储层的应力差进行分层，实际施工中的裂缝分层可能会存在一定的差异，实际的泵注程序将根据裂缝监测结果进行相应调整。根据分级结果进行射孔设计，为达到裂缝网络的目的，以分簇的方式射孔。为减少液体滤失并且最大可能沟通天然裂缝，射孔位置确定在地应力低、附近有裂缝发育的位置。根据模拟结果，整个目的层（6 597~6 797 m）具体射孔情况为：6 636~6 638 m、6 675~6 678 m、6 689~6 691 m、6 728~6 730 m、6 747~6 750 m、6 763~6 765 m、6 783~6 785 m，总共7个射孔段，孔密度为20 孔/m。

2.4 转向设计

图1 Kes2-1井分级结果

本井采用油管注入方式，压裂管柱采用Ø114.3 mm油管与单封隔器（THT）组合。每一级施工分为两个阶段，第一阶段为滑溜水低砂比造缝，第二阶段为冻胶高砂比携砂。第一级压裂的后半部分泵入含少量纤维转向剂的胍胶压裂液，并逐步提高砂比；在第一级压裂加砂完成后，开始增加纤维转向剂的比例，待将纤维转向剂顶替到射孔位置后，降低排量并铺置纤维转向剂；第一级压裂的最后阶段是停泵等待裂缝闭合；闭合后重新启泵，对裂缝开启情况进行实时监测，如果监测到的裂缝破裂点集中在第一级，说明暂堵失败，需增大纤维转向剂浓度并重复转向步骤，如果监测到的裂缝破裂点集中在第二级，说明暂堵成功，可以开始第二级压裂过程。两级压裂设计总共泵入滑溜水347 m3，冻胶833 m3，滑溜水阶段施工排量8 m3/min，冻胶阶段施工排量4.5 m3/ min，设计最高砂浓度为360 kg/m3。

3 现场施工分析

3.1 测试压裂施工

从滑溜水测试压裂施工曲线（图2）中可以看出，在排量1.4 m3/min时，井口压力达到破裂压力121 MPa，随着滑溜水的泵入，施工压力逐渐下降；在排量提升到4 m3/min以上时，井口压力又上升到110 MPa以上；施工最高排量4.8 m3/min，瞬时停泵压力61 MPa。由于滑溜水施工压力较高，最大排量无法达到设计排量7 m3/min的要求，现场决定主压裂的滑溜水阶段不加砂。

图2 滑溜水施工曲线

3.2 主压裂施工

通过测试压裂施工，发现施工排量无法达到设计要求，加砂难度大，因此将主压裂施工排量由设计的7 m3/min调整为5 m3/min，最大砂浓度由设计的500 kg/m3调整为360 kg/m3，实际主压裂施工基本按照设计的两级完成（图3）。第一级施工排量最大5.07 m3/min，冻胶携砂阶段排量为4.8 m3/min，最大施工压力105.2 MPa，泵入液量421 m3，最高砂浓度300 kg/m3， 加入砂量36.59 t；第二级施工排量最大4.77 m3/min，冻胶携砂阶段排量为4.2 m3/min，最大施工压力109 MPa，泵入液量266 m3， 最高砂浓度360 kg/m3，加入砂量27.79 t。两级压裂现场泵入总液量687 m3，总砂量64.38 t。

图3 主压裂施工曲线

为实现分层压裂，进行了两次转向施工，停泵一小时待裂缝闭合后重新启泵。在裂缝监测结果中可以看到少量事件点出现在靠近上部射孔段的部位，确定液体流向第二级层段，顺利进入了第二级施工。两次转向过程的详细分析见图4。

图4 两次纤维转向过程

3.3 实时监测

通过现场实时监测，绘制出监测到的裂缝破裂点分布如图5所示。第一级施工的破裂点覆盖区域（蓝色部分）长229 m，高50 m，宽63 m；第二级施工的破裂点覆盖区域（红色部分）长244 m，高44 m，宽54 m。两级施工产生裂缝总高度100 m左右，覆盖了2/3的射孔段。

图5 微地震裂缝监测结果

从整体来看，两级的微地震信号有小部分是重合的，第二级压裂的事件点（红色）大部分是在新的层段产生。由此表明转向成功，实现了在新区域产生裂缝的目的。目标储层发生的事件点非常多，横向展布情况较好，显示混合压裂液体系最大限度的沟通了天然裂缝，实现了对目标储层的体积改造。

3.4 压裂效果

目标井压裂前折算日产气量1.5×104m3/d，压裂后折算日产气量21×104m3/d。分析认为以冻胶压裂为主、前置滑溜水体积压裂为辅的混合压裂液体系以及纤维转向分段压裂的储层改造技术在库车区块切实有效。

4 结论与建议

（1）目标层为超深超高温高压致密砂岩储层，施工排量受限，滑溜水阶段不宜加砂。

（2）实时裂缝监测显示，第二级压裂事件点大部分在新的层段产生，说明纤维转向技术可以实现液体转向，并且裂缝破裂点横向展布较好，最大限度沟通了天然裂缝，实现体积压裂。

（3）目标井采用的纤维转向压裂技术保证了高温高压超深井中分层压裂的成功，大幅度增加了目的层的产量，达到了储层改造的目的，为该区块其它油气井的压裂改造积累了宝贵经验。

（4）塔里木油田克深区块气井深度达6 000 m以上，属高压气井，压裂改造后易获得高产工业油气流，因此井内管柱和地面设备要能满足压裂改造后的高产需要。

［1］WEIJERS L,GRIFFIN LG,SUGIYAMA H,et al.The first successful fracture treatment campaign conducted in Japan： Stimulation challenges in a deep,naturally fractured volcanic rock［C］.SPE Annual Technical Conference and Exhibition,2002.

［2］FISHER M K,HEINZE J R,HARRIS C D,et al.Optimizing horizontal completion techniques in the Barnett Shale using microseismic fracture mapping［C］.SPE Annual Technical Conference and Exhibition,2004.

［3］REMREO J,FERAUD J P.Stability of proppant pack reinforced with fiber for proppant flowback control［R］.SPE 31093,1996.

［4］陈作，田助红，曾斌，等.超深、致密砂岩气藏压裂优化技术［J］.天然气工业，2001，21（6）：63-65.

［5］连胜江，周福建，杨贤友，等.用于水平井的可降解纤维暂堵裂缝转向压裂技术实验研究［C］.第十一届中国油田化学品开发应用研讨会论文集，2010.

［6］王贤君，尚立涛，张明慧，等.可降解纤维压裂技术研究与现场试验［J］.大庆石油地质与开发，2013，32（2）：141-144.

［7］邹鸿江，袁学芳，张承武，等.高温高压裂缝性储层分层加砂压裂技术及应用［J］.钻采工艺，2013，36（3）：55-58.

（修改稿收到日期 2014-08-20）

〔编辑 李春燕〕

Reservoir reconstruction technology for tight sandstone gas pool in Keshen Block of Tarim Oilfield

FENG Hu,XU Zhiqiang
（College of Chemical and Environmental Engineering,China University of Mining and Technology,Beijing100083,China）

The ultra-deep wells in Keshen Block of Tarim Oilfield have high temperature,high pressure and long perforated sections,so it is very hard for normal fracturing to achieve reservoir reconstruction.Through geologic analysis and reservoir evaluation for target well and in line with the difficulties in fracturing of the target well,a modification idea was presented and implemented on site.It was decided that mixed fracturing method was used with gel fluid fracturing as the main approach and slickwater volumetric fracturing as the auxiliary.Staged fracturing was carried out by cluster perforation and fiber plugging diversion technology,and the fracturing plan was duly adjusted by monitoring the fracture development.Field job successfully realized zonal fracturing in ultra-deep and HTHP wells,and increased the target production from 1.5×104m3/d to 21×104m3/d,providing a favorable guiding significance for reservoir reconstruction in similar wells in this block.

tight sandstone gas reservoir;ultra-deep well;fiber-diversion fracturing;fracture monitoring;gel;slickwater

冯虎，徐志强.塔里木油田克深区块致密砂岩气藏的储层改造技术［J］.石油钻采工艺，2014，36（5）：93-96.

TE357.1

：B

1000–7393（2014） 05–0093– 04

10.13639/j.odpt.2014.05.022

国家科技重大专项“大型油气田及煤层气开发”（编号：2011ZX05015）。

冯虎，1976生。2006年博士毕业于中国石油大学（北京）油气田开发工程专业，现为中国矿业大学（北京）环境科学与工程流动站博士后，主要从事储层压裂改造设计、研究及现场服务工作。电话：13810963632。E-mail：fenghu@163.com。