基于影响致密砂岩气藏增产效果主要因素分析——以XC上沙溪庙致密砂岩气藏为例

柏冬岭

（中石化西南油气分公司工程技术研究院，四川德阳618000）

基于影响致密砂岩气藏增产效果主要因素分析
——以XC上沙溪庙致密砂岩气藏为例

柏冬岭*

（中石化西南油气分公司工程技术研究院，四川德阳618000）

川西致密砂岩气藏具有非均质性强、自然产能低、投产产量低、开采难度大的特点。根据川西致密砂岩气藏的工程地质特征，对影响气藏高效开发的因素进行了分析：分析了致密砂岩储层特征的影响；钻井、完井技术的影响；水锁对低渗储层的危害。提出了低渗储层的增产改造技术以及应用该技术取得的成果。

致密砂岩；天然气；地层损害；裂缝；钻井；完井；分析

我国非常规致密储层天然气分布十分广泛，潜量巨大。据估算，低渗透和特低渗透储层中的天然气资源量约占我国总资源量的50%。四川盆地西部坳陷致密气资源量巨大，实现了较好的社会效益和经济效益。但是川西致密砂岩气藏具有非均质性强、自然产能低、投产产量低、开采难度大的特点[1]，许多制约川西致密砂岩气藏矛盾日益突出，工程地质条件的高度复杂性决定了川西致密气的勘探开发历程不会一帆风顺，如钻、完井对储层的伤害、井筒积液等等。笔者根据川西致密砂岩气藏的工程地质特征[2-3]，着重分析制约致密砂岩气藏高效开发的几个因素。

1 气藏基本地质特征

1.1 构造及沉积特征

川西XC气田位于彭州—德阳向斜和梓潼向斜之间的川西坳陷的一个大型北东东向的隆起带西段，为孝泉背斜向东延伸的一个平缓鼻状构造。总体上呈西高东低、南陡北缓的不对称分布格局。沙溪庙组为滨浅湖与三角洲交替的砂泥互层沉积。地层厚度700～780m。有利储层沉积微相为三角洲平原分流河道砂坝，三角洲前缘河口砂坝。上沙溪庙组（Js2）气藏从上到下由4个砂层组5～6个砂体构成。

1.2 储集层特征

1.2.1 岩石学特征

XC气藏储层岩石类型以灰色、浅灰绿色中—细粒长石岩屑、岩屑长石砂岩为主，碎屑以石英为主，长石、岩屑次之。杂基为伊利石和绿泥石。胶结物以方解石为主，泥质次之，偶见硅质、白云石。胶结类型J2s12、J2s22以孔隙式为主；J2s32、J2s42以接触—孔隙式为主，分选中等—好，磨圆度以次棱角状为主。

1.2.2 储层物性

含气砂体表现为致密砂岩。上沙溪庙组4套砂体基质最大孔隙度17.07%，最小孔隙度1.08%，平均值为9.69%，各井的主峰位于8%～1%之间。4套砂体基质最大渗透率0.98×10-3μm2，最小渗透率0.01×10-3μm2，平均值为0.161×10-3μm2（地面条件）；有效渗透率为0.067×10-3μm2。按致密砂岩气藏储层分类[2]总体上为中—低孔隙度、致密储层类型。

1.2.3 储层非均质性及敏感性

储层层间的非均质性较强。4套砂体在平面上均呈毯状或宽带状展布，砂体延伸长度均大于2000m，属连续性较好的一级砂体。平面上渗透率非均质程度较弱；层内渗透率非均质性属中等—强。储层总体上对流速不敏感；属强酸敏、强水敏、中等碱敏；储层临界盐度为0.6%～0.7%。

1.3 流体性质与分布

沙溪庙组气藏产出流体以天然气为主，同时还产少量凝析油和地层水。天然气甲烷含量90.61%～98.01%，平均含量94.52%，乙烷含量0.99%～5.79%，低重烃平均含量2.45%，二氧化碳平均含量0.22%，氮气平均含量0.958%，相对密度0.561～0.619，属品质优良的干气。地层水总矿化度在17485.3～30000mg/L之间，水型为CaCl2型，为长期高度封闭状态下的水化学特征，表明气藏的封存条件较好。从各单井生产历史来看，绝大部分井月产水量不足1m3，对气藏主体部位生产尚未造成明显的影响，但在边部及构造低部位对气井产量影响明显。

1.4 气藏压力温度系统

沙溪庙气藏原始地层压力41～45MPa，地压系数1.71～2.05，为异常高压气藏；原始地层温度60.7℃～71℃，地温梯度为1.82℃～2.39℃/100m，属低地温系统。

1.5 气藏类型及驱动类型

结合气藏的静、动态特征可以确定XC气田上沙溪庙组气藏属于受构造—岩性圈闭控制的致密孔隙型异常高压定容封闭的弹性气驱干气气藏。

2 影响因素分析

2.1 储层特征的影响

对于致密砂岩而言控制流体产出的主要因素是裂缝，控制稳产的因素是基质孔隙，二者的搭配关系决定了储层的好与差。基质孔隙喉道和显微裂缝是储层渗流的基础，微细裂缝和显微裂缝是联系基质孔隙和宏观裂缝的桥梁，是改善储层渗流能力的关键。只有当裂缝与基质孔喉合理搭配，渗流能力达到一致，才能形成高产、稳产。低渗储层主要依靠微裂缝导流，因此有较强的应力敏感性，其微观表现即裂缝在围岩应力变化下有闭合的趋势。这种应力敏感性的渗透率降低有些可以恢复，有些不可以恢复。对那些不可以恢复的应力敏感性伤害要格外小心。

低渗储层基质的孔喉特征一般特点是低渗透率、低孔隙度、强亲水、大的比表面积，孔喉结构特征差异大、束缚水饱和度高。这些特征造成了低渗储层的易伤害特点。大部分低渗储层的地质研究认为，低渗透的主要原因是空隙中充填了沉积物、自生矿物。这些矿物在某种情况下会使低渗储层的渗透率大幅度降低[4]。

2.2 钻、完井技术的影响

低渗储层基质渗透率很低，近井壁流动主要靠微缝供应，而一般微缝的密度并不很大，分布的随机性很强。往往井眼打开后若能与裂缝沟通，则井就有可观产量；若不能与裂缝沟通，则产量很低甚至无产。钻井过程中已将钻遇的裂缝全部暴露，若完井过程中能够始终保持已钻遇的裂缝无伤害地完全暴露(如裸眼完井、砾石充填完井等），则井的产能可保证不受损失。而传统的固井、射孔完井，将已暴露的裂缝又用套管和水泥封隔，再射孔打开，不但在注水泥固井过程中对裂缝和基质造成了一定伤害；更重要的是射孔再次打开产层，射孔与裂缝二次连通的可能性极小，从而造成井的产能的大幅度降低，甚至无产。据A.K.M.JAMALUDDⅡN等人研究总结[5]：在钻井、完井阶段，造成井底附近地层破坏的主要机理有以下几个因素：①粘土膨胀引起的孔隙喉道的收缩，抗絮凝作用造成的不可压缩流体或粘土的运移；②水堵使得油气相相对渗透率减小；③钻井用的固体和泥浆物质造成的堵塞；④地下钻井或完井液的泄漏。

目前川西XC气田通常采用的完井方法是固井射孔、衬管、裸眼完井3种方法。经该区上千口井的实践总结，形成了一套行之有效的科学完井方法：①凡钻井遇到砂层与裂缝配合好，可用裸眼完井，前提条件是储层不易坍塌；②气层厚且夹泥岩的则用衬管完井，如XC气田新851井、CH127井和CH137井等井，都是衬管完井，也是川西地区产气量最高，累计采气最多的一批气井；③钻井中未遇上裂缝的产层，压裂技术已成熟的层位，适合固井射孔完井。

2.3 水锁对低渗储层的危害

低渗透、特低渗透油藏普遍存在着水锁损害，而且渗透率越低，水锁伤害越严重，水锁它会使井壁表面和水窜缝缝面渗透率完全丧失，使基质气体被水锁封闭[6]。

应用川西cx96井对水锁危害进行试验评价，由表1试验数据表明，该气藏储层在自吸状态下水锁效应较弱，但在一定压差条件下（＞5MPa）水锁效应严重。

3 低渗储层的增产改造技术

表1 XC气田cx96井水锁试验结果

3.1 水力加砂压裂

对碎屑岩低渗透储集层的改造，主要采用加砂压裂技术。压裂液和支撑剂的选择，是提高压裂效果的关键。据统计，国外低渗储层开发中压裂改造的约占40%。但确有相当多的低渗储层不适于水力压裂改造，强水锁、强水敏和人造缝缝面孔的伤害，使压裂缝对产能贡献甚徽。

川西XC气田经过近30年的勘探开发，形成了一整套低渗透、特低渗储层改造技术。主要成果为：①研制了适用于川西主要气层的数套压裂液体系和N组压裂液配方；②“低前置液、小排量、高砂比”的浅层低渗气藏压裂技术；③“大砂量、中砂比、大排量”的中深层致密气藏压裂技术；研制新型压裂液和改良压裂液；水平井分段压裂技术。

3.2 基岩酸化技术

基岩酸化技术是目前石油工业界应用最广泛的油井增产措施之一，特别是对碳酸岩盐油气藏应用最为广泛。基岩酸化能有效地解除或改善钻井、完井、修井、生产和注水(气）过程中产生的地层污染和伤害,以达到油气井增产的目的，与水力压裂相比，基岩酸化具有成本少、见效快、便于施工等特点，以美国某跨国石油公司为例，每年进行基岩酸化的井数是压裂井数的5～10倍，而基岩酸化的成本则仅为水力压裂的十分之一。

3.3 其他压裂技术

氮气泡沫压裂技术是美国开发低渗透油气资源的一大贡献，它比较适用于低渗、低压、水敏性储层。泡沫压裂具有很低的滤失性、很强的反排能力、携砂能力强、对储层的伤害小。泡沫压裂与常规压裂相比，产量可以提高2～4倍。在美国尤因塔盆地致密气藏，对泡沫压裂、油水乳化液压裂、水基合成凝胶压裂进行对比，结果表明泡沫压裂效果最好。目前在美国，对低渗透气藏3000m以内的井均采用泡沫压裂，再深的井由于用气量过大，经济上有些问题。

在美国低渗透油气开发中还广泛采用泡沫酸化（压）工艺，这是一种水力—化学联合造缝技术。自20世纪80年代以来，美国平均每年泡沫酸化（压）井次1000口以上，平均每次处理增产250t。使用井深范围由300～3400m不等。

在美国、加拿大出现的液态CO2加砂压裂被称为干式压裂，非常适用于水敏性低渗透油气藏。在美国、加拿大已进行上千次成功应用，效果均好于水基压裂。

3.4 增产效果

水力加砂压裂技术已被广泛应用于川西坳陷浅、中深气井改造中，压后产量增长效果显著，为油气发现和产能建设做出了突出贡献。据统计，以水力加砂压裂为龙头的增产技术系列在产能建设方面的科技贡献率达42.2%；改良压裂液的成功应用于马井气田蓬莱镇组气藏的储层改造，储层改造成功率由实施前的38%上升到了83%，压裂增产倍比由专题实施前的1.47倍上升到了9.17倍，促进了洛带—廖家场地区遂宁组气藏和马井气田沙溪庙组气藏的发现，新增天然气储量265.1×108m3，直接经济效益达数亿元，取得了良好的经济效益和社会效益。

4 结论及建议

4.1 结论

（1）川西致密砂岩气藏具有低孔、低渗、裂缝发育的特点。如何高效开发是一个非常重要也非常复杂的问题。低渗透的特点使得很多矛盾激化，暴露了许多问题。要解决这些问题，必须有一系列的配套技术。

（2）低渗储层伤害在钻进、完井中最为突出；以气体钻井为首的低压钻井系列，是低渗储层开发必不可少的技术；低渗储层完井，既要保证无伤害地打开储层，又要保证百分之百的打开完善程度，还要提供增产改造作业的条件。努力学习国外成功的泡沫压裂、泡沫酸化技术，改善低渗储层的增产措施。

（3）低渗透特低渗透油藏普遍存在着水锁损害，而且渗透率越低，水锁伤害越严重。

4.2 建议

川西XC气田储层改造技术仅局限在水力加砂压裂，氮气泡沫压裂处于起步阶段，干式压裂（液态CO2加砂压裂）还没有尝试，储层改造手段显得比较单一，新技术在该区应用还需要做大量研究工作。水力加砂压裂技术尽管在川西取得了较好的经济效益，但暴露出的诸多矛盾越来越难以解决，有的储层具有强水锁、强水敏特征，压后产量很低甚至还有不如压前，这就给人们留下一个值得深思的课题，水力加砂压裂技术川西储层改造技术是必要的，但是不是最好的？用什么技术来代替水力加砂压裂技术？氮气泡沫压裂和干式压裂（液态CO2加砂压裂）新技术改造储层在川西储层改造中应用显得越来越重要和迫切。

[1]杨克明,徐进.天然气成藏理论与勘探开发方法技术[M].4版.北京:地质出版社,2004.

[2]符晓，等.四川盆地西部天然气资源与勘探开发[M].武汉：中国地质大学出版社，2001.

[3]吴志均，何顺利.XC致密气藏地质特征及合理压裂规模[J].天然气工业，2004，24（9）：93-96.

[4]JAMALUDDIN A K M,BENNION D B,THOMAS F B,etc. Application of Heat Treatment to Enhance Permeability in Tight Gas Reservoirs[J].JCPT 2000,39(11）:19-24.

[5]罗平亚,孟英峰.我国低渗透油气资源勘探和开发中的若干问题[E].SPE50923,1998.

[6]廖锐全,徐永高.水锁效应对低渗储层的损害及抑制和解除方法[J].天然气工业，2012,22(11）：87-90.

TE31

A

1004-5716(2015）03-0054-04

2014-03-28

2014-04-04

柏冬岭（1973-），男（汉族），四川德阳人，工程师，现从事科研项目管理与研究工作。