致密气藏压裂效果影响因素分析

牟 媚，邹 剑，张 璐，高 尚，兰夕堂，安恒序，高 双

(1.中国海洋石油有限公司天津分公司，天津 300459；2.中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300459)

随着我国对清洁能源需求的不断增大[1-2]，天然气的需求也逐步增大。致密气储层作为天然气的重要组成[3]，也得到越来越多的动用。致密气储层的开发中，水力压裂是一项决定着能否实现高效开发的重要储层改造技术[4-5]。水力压裂是一项较为复杂的储层改造技术，多项参数均对压裂改造效果有直接影响[6-8]，而目前针对水力压裂效果的分析多为从理论的角度对效果进行分析，未能很好的结合矿场实际。因此，本文以中海油鄂尔多斯盆地L区块致密气藏为剖析对象，归纳分析该区块自2013年以来统计到的200余层段压裂参数及改造生产数据，以得到致密气藏压裂效果影响因素，最终为致密气藏水力压裂改造提供一定的理论指导。

1 研究区概况

1.1 研究区地质概况

1)储层纵横向分布特征

研究区上古生界地层整体上发育齐全，自下而上发育的储层有：石炭系上统本溪组、二叠系下统太原组和山西组、二叠系中统下石盒子组和上石盒子组、二叠系上统石千峰组。研究区主要开发层位为千3段本溪组，共计15层，包括千3、千4、千5、盒7、盒8、山2、太原组、本溪组等8套主力气层，埋深在1300～2200 m 之间。气藏纵向上交错叠合发育，平均有效砂体厚度一般为2.8～8.6 m，且产层跨距较大。

2)储层物性特征

研究区以致密储层为主，属低孔、低渗-特低渗储层，对研究区1200采集到的多个样品数据进行统计，对统计结果分析可知，研究区岩心分析孔隙度主要分布在2%～10%之间，渗透率主要分布在0.01～1 mD 之间。

3)岩石学特征

研究区岩石组分与沉积环境密切相关，整体上表现为由浅到深石英含量变高，长石整体含量降低。岩性由石千峰组的岩屑长石砂岩变换为石盒子组的长石岩屑砂岩，再到太原、本溪组的岩屑石英、石英砂岩。在胶结物方面，主要为硅质和黏土矿物。

4)含气饱和度

研究区含气饱和度以40%～60%为主，60%～80%次之，整体上具有较好的含气性。

1.2 研究区压裂改造概况

1)压裂改造设计思路

研究区压裂改造中基本上是根据储层厚度确定压裂规模，针对层厚较大的储层，增加压裂规模，增大裂缝有效波及面积；而对于厚度较小的储层，以增加裂缝的有效缝长为主，控制裂缝纵向延伸。

2)压裂液及支撑剂

经统计分析可知，研究区大多数压裂层位选取的是胍胶压裂液体系，其中99.3%的层位使用胍胶压裂液(93.4%的层位使用胍胶浓度为0.3%)。

研究区目的层延伸压力梯度在0.017～0.023 MPa/m 之间，地层闭合压力在35～45 MPa 以内，考虑流压 10 MPa，支撑剂实际承压25～35 MPa。研究区一般使用20/40目陶粒，前置液阶段加入40/70目陶粒，打磨近井地带。

3)工艺参数

在施工参数方面，5 m 以下薄层加砂强度5.0～8.0 m3/m，5 m 以上厚层为3.0～5.0 m3/m，平均砂比20～25%，施工排量为2.5～4.0 m3/min，单翼缝长150～270 m。

2 压裂工艺参数及改造效果分析

由于直井和水平井在结构和渗流特征上具有本质的不同，因此本文分别按照直井和水平井进行了分类汇总和分析。

2.1 压裂参数统计表

截至目前，共统计到研究区实施了61口井209层的压裂，其中统计到直井共压裂53口井，共158层；水平井共压裂8口井，共51段。具体统计结果如表1所示。

表1 研究区压裂参数统计表

由表1可知：

1)直井的液量、加砂量、裂缝半长等设计参数，处于一个较大的区间范围。进一步对数据进行分析，其原因是随着储层条件越来越差需要更大改造规模，且压裂技术在近些年得到了快速发展，因此施工规模逐步加大。水平井分段压裂为本研究区近年开展的新技术，整体上施工参数较为平稳，且施工成功率高。

2)直井和水平井进行对比，可知水平井的加砂完成率更高。这是由于水平井往往为压后投产，而很多直井是在生产后扩射并进行压裂，导致井筒情况复杂、施工难度大。

3)与直井相对比，水平井施工段数多、改造规模大，其初期产能和累计产量均大于直井。

2.2 地质因素对产能影响

为进一步分析地质因素与产能的关系，本文对研究区单井产能系数、储能系数两个角度进行统计分析，与单井初始产能进行对比，得到产能系数、储能系数与单井初始产能的关系，如图1所示。

a.产能系数与初始产能关系 b.储能系数与初始产能关系

从图1可知：产能系数与单井初始产能没有明显的对应关系，而储能系数与单井初始产能有明显的正相关关系。经分析，这是由于在单井初期生产时，气藏的改造带为主要的供气区域，此时储层能量较为充足，因此厚度和渗透率对单井的产能情况有直接的影响。

2.3 施工参数对压裂工艺的影响

由前文可知，研究区整体上施工均采用胍胶压裂液体系，支撑剂使用20/40目陶粒。因此在压裂施工参数方面，本文对施工排量和施工规模两个方面对压裂效果进行分析。

图2为不同施工排量下对加砂完成率的影响。由图2看出，施工排量的大小对加砂完成率没有直接的影响，说明研究区整体上工艺方案设计良好、矿场适用性好。

图2 不同施工排量下与加砂完成率关系

分别对施工排量、加砂量进行统计，并分析这两个因素对单井日产能的影响，结果如图3所示。

图3 不同施工排量下单井日产能

图4 不同加砂量下单井日产能

从不同施工排量及对应的单井日产能数据可知，本研究区整体施工排量多数处于3～4 m3/min 之间，较为平稳。从产能数据来看，不同施工排量对单井日产能无直接的影响。

从不同加砂量及其对应的单井日产能数据来看，除分段压裂水平井之外，本研究区整体上单井日产能在1.5×104m3以内，且施工规模与单井日产能之间无明显的关系。从数据上来看，加砂量大的储层反而产气量低，经分析此类加砂量大的单井的物性较差，压裂往往更大，但由于储层条件的限制未能达到更高的产能。

3 结论

1)研究区水平井多采用压后投产，加砂完成率更高，而很多直井是在生产后扩射、压裂，导致井筒情况复杂、施工难度大，最终影响施工的完成度。

2)与直井相对比，水平井施工段数多、改造规模大，其初期产能和累计产量均更大。

3)从单井产能与地质因素的关系来看，产能系数与单井初始产能没有明显的对应关系，而储能系数与单井初始产能有明显的正相关关系。