泌阳凹陷深凹区页岩油勘探实践

2012-09-20吕明久付代国

石油地质与工程 2012年3期

关键词：泌阳射孔页岩

吕明久，付代国，何斌，曾兴

（中国石化河南油田分公司，河南南阳 473132）

泌阳凹陷深凹区页岩油勘探实践

吕明久，付代国，何斌，曾兴

（中国石化河南油田分公司，河南南阳 473132）

河南油田泌阳凹陷经过近40年的勘探，常规资源勘探程度与资源探明率较高，寻找规模性储量难度越来越大。近年来，国外非常规勘探开发理念的引进，微－纳米级孔隙、非达西渗流地质理论的创新，水平井钻完井与多级分段压裂技术的突破，使富有机质页岩成为新的勘探目标。泌阳凹陷深凹区具备形成页岩油气的地质条件，通过页岩油气赋存条件基础研究，部署钻探泌页HF1井获得较高产工业油流，使泌阳凹陷成为国内首个获得陆相页岩油发现与突破的地区，为老油田持续发展开拓了新的勘探领域。

泌阳凹陷；陆相页岩油；勘探技术；钻井技术；压裂技术

1 基本地质特征

长期以来，暗色富有机质页岩在油气勘探中一直被作为烃源岩层，或阻挡油气继续向上运移的封盖层［1］。随着北美地区页岩油气成功规模开发后，人们逐渐认识到暗色富有机质页岩可以形成自生自储型油气资源，尤其是页岩中有机质溶孔、粒间孔及颗粒内孔等发育，可以有效储集油气，成为油气勘探的新层系。

泌阳凹陷是我国东部一个典型的富油凹陷［2］，深凹区页岩广泛分布，主要发育在H2－H34段，埋深2 000～3 200 m。纵向上累计厚度最大620 m，单层最大厚度90 m，一般15～45 m。平面上分布稳定，研究划分出的H22－H331－5号页岩层分布面积累计354 km2；主力页岩层有机碳含量2.0%～2.98%，平均2.52%，以Ⅰ型和Ⅱa型干酪根为主，R0一般为0.5%～1.2%，平均0.7%，处于成熟阶段；页岩微孔隙、微裂发育，脉冲法分析孔隙度值为3.91%～8.92%，平均6.67%，渗透率（0.000 22～0.001）×10－3μm2，平均0.000 99×10－3μm2，高于页岩油气开发下限值；脆性矿物含量一般在65%～70%；吸咐气含量0.86～2.71 m3／t，平均2.07 m3／t。通过页岩油气形成条件研究［3］估算页岩油气资源量5.4×108t，具有较大的勘探潜力。

其基本特征为：①自生自储型含油气系统，持续生烃；②油气资源量大，有“甜点”核心区；③油气不受构造控制，无明显圈闭界限，大面积连续分布，与有效源岩面积相当；④油气以吸咐、游离等多种方式赋存；⑤储层致密，以纳米级孔隙为主。

2 主体勘探技术

泌阳凹陷属于陆相沉积，与美国海相页岩对比，湖盆范围小、沉积变化快，非均质性较强，页岩当中石英含量相对较低，长石含量较高。泌页HF1井页岩目的层埋藏相对较深，地层研磨性强，可钻性差，憋跳钻严重，局部地区地层压力高。针对这些难题，开展了陆相页岩适应性的地质评价技术、优快钻井技术、储层压裂等技术综合研究与攻关［4－6］，形成了一套较为成熟的页岩油气勘探主体技术，这些技术的有效应用，快速推动了河南油田非常规油气勘探进程。

2.1 地质选区评价技术

非常规地质评价的目的是优选有利富集区，首先是利用多口探井资料结合高精度三维地震预测深凹区页岩纵横向分布，在此基础上主要是进行地质参数评价，借鉴北美地区的评价参数和标准，包括页岩埋深、厚度、岩石结构、岩石物性、有机地球化学、微裂缝发育区、岩石的可钻性和可压性等参数进行综合评价。

泌阳凹陷通过已有的录井、测井、分析化验资料优选7项主要地质参数进行甜点区目标评价。泌阳凹陷页岩油核心区多参数评价标准为：①层厚度＞15 m；②有机碳含量＞1.7%；③热演化程度：页岩气＞1.1%，页岩油＞0.5%；④脆性矿物含量＞60%；⑤孔隙度4%～6%，渗透率＞0.000 1×10－3μm2；⑥含气量＞2.5 m3／t，含油饱和度＞35%；⑦埋深小于3 200 m。

2.2 水平井钻井技术

2.2.1 优化油基钻井液

开展国内外油基钻井液体系调研，攻关研究并优选了适合泌阳凹陷陆相页岩的油基钻井液体系，为泌页HF1井三开井壁稳定、快速钻进提供了技术支撑。研究的油基钻井液具有①破乳电压高：达800 V以上；②流变性好：静切力控制在3～14 Pa，动切力控制在5～12 Pa；③抑制、封堵防塌能力强：成功解决定向段的井壁垮塌问题；④摩阻系数低：0.072；⑤渗透率恢复值高：达93%以上。

2.2.2 旋转导向及PDC钻头配套技术

采用旋转导向、三维地质导向和PDC钻头等配套技术，确保长水平段轨迹控制平稳、井壁光滑规则和快速优质钻进［7－8］，三开水平段最高日进尺270 m，仅用6天时间一趟钻完成1 121m进尺（水平段长度1 044m），创国内页岩水平段地层钻井速度新记录，初步形成了陆相页岩的优快钻井工艺技术。

2.3 水平井多级分段压裂技术

2.3.1 压裂设计优化研究

结合泌阳凹陷陆相页岩地质特征和页岩油流体性能，针对性地开展了陆相页岩油压裂方案优化研究［9］。通过页岩压裂支撑剂沉降规律物模研究，滑溜水在10m3／min下的最高砂比为8%，为页岩油分段压裂优化设计提供了指导作用。设计方案从初稿到正式方案经过内外部和油田上下的多次论证讨论，形成较为完善的设计成果。

2.3.2 滚动调整优化射孔方案

根据选段选簇原则，结合陆相页岩地层非均质性和最初1－2级现场压裂施工的出现砂堵情况，地质与工程紧密结合，及时滚动调整射孔方案，由原方案的10级29簇调整为15级30簇。每级井段长60～70m，两簇射孔为主，两簇间距15～20m左右，最后一级（第15级）采用三簇射孔。追求地质效果最佳化和各项工艺技术的试验成功，为后续水平井的设计和施工积累经验和技术措施。选段选簇射孔原则：①低伽马，高电阻；②高有机碳含量；③高脆性矿物含量；④气测异常明显；⑤固井质量好，狗腿度小；⑥避开套管接箍上下1～2m；⑦分段及射孔位置尽量均匀分布。

2.3.3 泵送易钻桥塞－射孔联作技术

采用泵送桥塞－射孔联作技术，通过电缆传输，水力推送方式，在套管水平井中进行桥塞分段封隔，并与射孔联作，实现分段压裂，确保泌页HF1井14个易钻桥塞座封和射孔联作工艺成功。

2.3.4 现场施工集成技术

泌页HF1井15级分段压裂施工成功，初步形成了适合于泌阳凹陷页岩油大型压裂的工艺配套技术。一是配套形成了适应于大排量、长时间施工特点的压裂井口装置及高压管汇系统；二是独立研制了连接大型储液池、在线混配及两级供液系统，保证了施工中多种液体无缝切换和施工供液的连续性；三是开展不同机组的施工数据采集、传输、处理及相互对接和兼容性现场试验研究，确保了两套机组和管汇在施工中协同运行。

2.4 微地震裂缝监测技术

在压裂施工过程中，在邻区或邻井中放入检波器，采集裂缝产生时形成的地震波信号。经过处理解释，了解裂缝产生的方向、延伸的长度等，达到监测压裂效果的目的。泌页HF1井引进斯伦贝谢公司微震监测技术，15级分段压裂共监测10631个信号点（图1），受观测距离限制以及地层物性变化控制，第1～5级压裂中监测到的微地震信号数目相对较少，第6级以后显著增加；微地震裂缝方位参数与成像测井结果一致，第1～7级的微地震裂缝方位基本一致，为近东西向，从第8级开始，其方位开始往北偏移，集中在30～50度之间。单级半缝长84～395m，缝带宽度127～246m，缝带高度59～195 m，缝带组合总方位北东向，初步计算，网状缝体积2 483×104m3，单井控制储量约（50～70）×104t，页岩储层得到了有效改善。

3 实施效果

泌页HF1井三开水平段钻进采用旋转导向等配套技术，2011年12月8日于井深3 722m完钻，目的层水平段长度1 044m。2011年12月27日至2012年1月8日，历时13天顺利完成15级压裂，共注入地层压裂液22 138m3，加砂800t，施工压力46.5～65.7MPa。1月9日开始放喷排液，18日返排率达15%时见原油和天然气，19日至22日用8 mm油嘴放喷，日产原油22.5m3、天然气900m3（原油密度0.863 9，粘度13.6mPa·s／70℃）。2月5日以来，采用抽油机试采评价，初期最高日产油23.6m3，目前已累计排出压裂液10 653m3，返排率48%，累计产油721 m3，天然气23 059 m3。通过二个月试采评价，泌页HF1井原油日产量稳定在5～8 m3，证实泌阳凹陷陆相页岩油具有良好的发展前景。