西湖凹陷低孔低渗储层压裂改造技术体系探索与实践

施荣富

（中海石油（中国）有限公司上海分公司）

近年来，随着东海盆地西湖凹陷勘探力度逐渐增大，在该地区深部勘探目的层系（主要为花港组和平湖组）发现了大量低孔低渗油气层，低孔低渗油气储量已呈现逐年迅速增长的势头［1-2］。据初步估算，该地区低孔低渗油气储量占目前已发现油气储量的比重高达70%左右。然而，低孔低渗油气层埋藏深、储层物性差，自然条件下难以实现商业性油气流，因此通过技术手段对低孔低渗油气层进行储层改造是获得商业化产能的必经之路。笔者通过不断探索，开展了水力加砂压裂改造技术研究与实践，通过压裂改造提高了西湖凹陷低孔低渗储层渗流能力，实现该地区低孔低渗油气层的商业化产能，取得了很好的效果。文中重点阐述了西湖凹陷低孔低渗储层压裂改造技术体系主要内容，总结了该地区低孔低渗储层压裂改造实践历程，并指出了目前压裂作业中急迫解决的技术难题。

1 低孔低渗储层压裂改造技术体系探索

从2010年10月开始，西湖凹陷开展了8层水力加砂压裂改造作业，通过不断探索，目前已初步建立起一套海上低孔低渗储层压裂改造技术体系，包括压裂选层技术、射孔-压裂-测试一体化管柱技术和压裂测试现场施工工艺技术。

通过近2年来的压裂测试探索和实践，从压裂层位的选取、测试管柱设计和现场压裂测试施工等，已经逐步建立起了一套海上探井压裂测试技术体系。

1.1 压裂选层技术

低孔低渗大气区（田）发育的圈闭类型主要有岩性圈闭、成岩圈闭和毛细管压力圈闭，这3种类型圈闭在我国天然气储量构成中占有很大比例［3］。西湖凹陷低孔低渗油气区主要形成于凹陷构造深部，主要为构造＋岩性类型圈闭，储层孔隙空间小、吼道连通性较差，局部低孔低渗油气层的岩石骨架颗粒所含束缚水较高［4-5］，因此选择合适、合理的低孔低渗油气层进行压裂改造是实现油气层压裂改造成功的前提与保证。根据目前已开展的8层压裂改造情况来看，在压裂选层技术方面已取得以下认识：

（1）压裂层含油气饱和度高，利于压裂改造后的油气产生

低孔低渗油气层受其空间差异性的影响，气水关系相对复杂，因此，低孔低渗储层物性是控制气水分布的根本因素。在油气成藏过程中，通常油气优先占据大孔喉，小孔喉中毛细管阻力大、界面压力大，水难以被驱替。研究表明，寻找低孔低渗油气层段内的油气富集“甜点”层位进行压裂是压裂选层的重要考虑因素之一［6-8］。西湖凹陷低孔低渗层含油气饱和度越高，越利于压裂改造后的油气产出，其压裂后产能往往越高，如XH-2井综合解释储层含气饱和度为41%，压裂后日产天然气达9.6万m3。统计发现，目前西湖凹陷已压裂层含水饱和度一般在40%～50%；若含水饱和度达60%左右，压裂后地层出水产能过大，往往影响天然气的排出。

（2）压裂层地层压力系数高，利于储层改造后压裂液的快速返排

统计发现，西湖凹陷低孔低渗储层压裂改造后压裂液的返排速度与压裂层本身的地层压力系数存在一定的关系，地层压力系数越高，压裂后压裂液的返排速度越高，如XX-2井地层压力系数为1.501 5，压裂后压裂液返排速度平均达12.5 m3／h。更为重要的是，压裂液的快速返排，大大降低了压裂液本身对储层的伤害。通过与长庆油田压裂层进行对比，当地层压力系数一般在1.0左右时，其压裂后压裂液的返排速度大大低于西湖凹陷低孔低渗层。

（3）压裂层上下围岩要避免煤层和水层

西湖凹陷平湖组、花港组沉积时期总体为浅水环境，水下河道砂体与泥炭沼泽、薄煤层交替出现，煤层在油气目的层段发育频繁，而且深部煤层微裂缝发育，裂缝水大量充填含煤系地层中［9-10］。另外，煤层地应力值低，易被压裂开，压裂层段附近如果发育煤层沉积，在压裂施工过程中压裂缝易沿煤层展布而造成大量出水，对气层的排出将会起到很大的抑制作用。

（4）合理设计压裂规模，减少压裂液返排时间

海上压裂施工与陆地压裂施工存在很大的差异性，海上探井平台施工面积狭小，作业费用高昂，压裂既要保证压裂后储层改善的效果，同时还要考虑作业时间，尽量减少压裂液的返排时间，因此，针对不同气层合理设计压裂规模显得尤为重要。目前，西湖凹陷低孔低渗储层压裂改造半缝长控制在100～150 m、加砂量控制在20～30 m3时效果较为理想。

1.2 射孔-压裂-测试一体化管柱技术

针对西湖凹陷低孔低渗储层压裂测试作业特点，设计并成功实践射孔-压裂-测试一体化管柱技术。射孔-压裂-测试一体化管柱技术采用油管传输射孔与环空压力响应测试工具联作，可在射孔、常规测试后进行压裂作业和测试作业。对井下工具进行优化配置后，射孔-压裂-测试一体化管柱结构见图1。

图1 西湖凹陷低孔低渗层射孔-压裂-测试一体化管柱图［11］

该项技术实现了储层保护最大化，并大大降低了作业时间和减少了作业费用。相对于常规测试管柱，射孔-压裂-测试一体化管柱结构做了许多调整与优化，主要包括：①封隔器和流动头等设备采用103.35 MPa耐压等级，工具性能大大提高；②对管柱进行了很多精减，去掉了OMNI阀和RD取样阀等；③管柱通过优化下入2个循环阀，设计间距为300～500 m，防止了管柱内沉砂而不能建立压井循环；④根据实际情况设计伸缩接头数量3支，并将伸缩接头倒置；⑤增加了自动丢枪装置；⑥环空压力控制工具的各级控制压力跨度增大，打平衡背压，降低了封隔器上下压差。

1.3 压裂测试现场施工工艺技术

西湖凹陷低孔低渗储层压裂测试作业时间短，现场高压作业施工风险高，必须确保施工作业的一次成功，同时需获得尽量多的地质资料，为此采取了以下具体措施：

（1）设计二开二关工作制度

针对该地区低孔低渗储层压裂测试，设计了二开二关工作制度，在初开井和初关井获得原始油气藏参数和原始自然产能，在二开井和二关井进行压裂及压裂后产能求取，并获得压裂后的压力恢复曲线，进行压裂后储层改造效果评估。通过设计二开二关工作制度，获得了储层压裂前后的各项参数，为压裂评价取全了各项资料。

（2）优化射孔井段长度

射孔井段长度对压裂缝高具有一定的控制作用。例如，在对XH-6井进行压裂作业中，射孔井段在4 220～4 226 m 时，压裂缝高为44 m 左右；若射孔井段在4 205～4 226 m 时，压裂缝高达57 m 左右。当压裂层上下围岩发育煤层或水层时，在施工作业中应尽量降低射孔井段的长度。目前，该地区低孔低渗油气层射孔井段长度一般控制在6 m左右，或者射孔井段长度取测试砂体厚度的1／4左右时，压裂缝高控制效果比较理想。

（3）合理控制施工排量

施工排量对于裂缝的缝长和缝高具有直接的控制作用，因此降低施工排量可以很好地降低压裂缝高。例如，在XH-7井压裂作业中，施工排量在2.5 m3／min下的压裂缝高为44 m；若将施工排量提高至3.5 m3／min，压裂缝高达49 m。当压裂层上下围岩遮挡效果好，且没有煤层或水层发育时，为了尽量提高裂缝的造缝展布能力，应将施工排量提高至3.5～4.0 m3／min。若压裂层附近发育煤层或水层时，现场施工必须降低施工排量，最大程度降低穿层风险，实际作业中施工排量应控制在2.5 m3／min左右。

（4）合理优化压裂液性能配制

针对西湖凹陷压裂层油气藏特点，合理优化了压裂液性能配制。一是根据地层实际温度，适当调低了稠化剂浓度，最大程度降低对储层伤害；二是优化了压裂液延迟交联时间（如XX-2井压裂液体系延迟交联时间由之前的1 min提高到了3 min），有效地保护了压裂液体系；三是优化了泵注程序，降低了前置液量比例，在保证施工成功的前提下降低了压裂液用量，减小了储层伤害，并取消了前置液支撑剂段塞；四是针对气层适当加入起泡剂，提高助排效果，更有利于压裂后迅速高效返排。

2 低孔低渗储层压裂改造实践

2010年10月在西湖凹陷XX-1井花港组H11气层进行了第一口探井水力加砂压裂作业，共加砂19 m3，泵入地层压裂液239 m3，压裂改造后天然气日产量增加了近20倍，储层压裂改造取得了初步成功。

在第一口探井水力加砂压裂改造取得初步成功后，又对压裂层的油气地质条件、压裂方案设计、施工参数等进行了深入研究和优化。2011年4月，对XX-2井花港组H8气层进行水力加砂压裂改造，共加砂35 m3，泵入地层压裂液395 m3，压裂改造后天然气日产量增加了近100倍，低孔低渗油气层产能得到了极大提高。随后，在西湖凹陷多口探井中进行了压裂测试，均取得了一定的效果。

到目前为止，西湖凹陷已进行8层水力加砂压裂改造作业。从改造效果来看，储层压裂改造后天然气日产量均取得了很大提高，但在实际作业过程中也存在一些技术难题急需攻克，主要有以下几点：

（1）西湖凹陷平北地区平湖组低孔低渗层一般分布在4 200 m以下，而西次凹和中央构造带花港组低孔低渗层一般发育在3 600 m以下。由于西湖凹陷低孔低渗层段煤层普遍发育，这给压裂施工增加了很大风险。因此，如何更好地控制压裂缝高，同时增加压裂缝长，这是目前该地区低孔低渗储层压裂急迫解决的技术难题之一。

（2）通过目前压裂结果来看，西湖凹陷低孔低渗储层压裂后求产过程中产水严重，而这又大大降低了地层天然气的产量。因此，如何能够做到控水产气，这是目前该地区低孔低渗储层压裂所面临的重要难题之一。分析认为，压裂过程中压裂缝高过大而导致裂缝沟通上下围岩中的煤层和水层，这是造成该地区低孔低渗储层压裂后大量出水的直接原因之一。

（3）实践证明，低孔低渗油气性质的准确判断对压裂液的配制具有很大的指导作用。因此，如何针对气层或油层设计具有针对性的压裂液，这是目前该地区低孔低渗储层压裂急迫解决的又一技术难题。

3 结束语

针对西湖凹陷花港组、平湖组低孔低渗储层开展了水力加砂压裂改造技术探索，压裂后油气层产能获得了极大提升，目前已初步建立起一套海上低孔低渗储层压裂改造技术体系。实践表明，在低孔低渗油气层段寻找油气富集“甜点”层位进行压裂是实现压裂改造成功的重要基础和保障；射孔-压裂-测试一体化管柱技术的应用，可大大提高海上作业效率，降低压裂液对储层的伤害，提高压裂改造的成功率；现场压裂施工中根据不同的地质特征设计合理的压裂液体系、射孔井段和施工排量等，这是达到储层改造目的的重要手段。

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