高庙气田砂岩气藏水平井分段压裂技术研究与应用

刘　琦，黄禹忠，王兴文，刘　斌，滕小兰，颜晋川

(中石化西南油气分公司石油工程技术研究院，四川德阳 618000)

高庙气田砂岩气藏水平井分段压裂技术研究与应用

刘琦，黄禹忠，王兴文，刘斌，滕小兰，颜晋川

(中石化西南油气分公司石油工程技术研究院，四川德阳 618000)

摘要：川西地区高庙气田沙一气藏储层低渗致密，受窄河道控制，井位部署空间受限，水平井压后返排时间长，返排率通常较低。为高效经济地开采储量，通过川西地区近几年的水平井压裂实践，研究应用了裂缝参数优化技术+脉冲式柱塞加砂技术+超低密度支撑剂+K344封隔器的组合技术。通过裂缝参数优化技术分析合理的裂缝间距和裂缝导流能力，采用脉冲式柱塞加砂技术和超低密度支撑剂可形成更加有效的裂缝支撑剖面，应用K344封隔器分段压裂增加返排通道，以降低对储层的伤害。该组合技术在沙一气藏进行了两口水平井的先导性试验，施工成功率100%，24小时内返排率均达到60%以上，增产效果显著。

关键词：高庙气田；沙一气藏；高致密砂岩;水平井分段压裂

高庙气田沙一气藏[1]位于四川省德阳市中江县，埋深为1 800～2 000m，沉积微相以分流河道为主，宽度仅400m左右，为典型的窄河道砂体，呈近南北向展布。储层孔隙度平均值为8.38%，渗透率平均值为0.1×10-3μm2，原始压力系数1.73，含气性受到构造、物性等多重因素影响，气藏属于低渗致密异常高压构造-岩性气藏。当前开发方式主要为单水平井沿河道连续部署开采地质储量，水平井分段压裂是必要的增产手段，需要优化分段压裂裂缝参数，解决返排困难、产能低、稳产差等问题。本文通过数值模拟方法，借鉴近几年水平井压裂实践经验，针对性地开展了裂缝参数优化技术+脉冲式柱塞加砂技术+超低密度支撑剂+K344封隔器的组合技术研究与应用，取得了较好的应用效果。

1裂缝参数优化技术

国内对致密砂岩气藏水平井压裂的裂缝参数的研究方法[2-6]主要有裂缝模型、渗流-裂缝耦合模型、产能预测模型、数值模型、电解模型等。本文利用数值模拟方法探究气藏合理的裂缝参数，地质模型的网格数为80×50×1，在X，Y方向上选用的网格步长相等，DX=DY=10m,DZ=20m。目前该气藏水平井储层类型多为II类和III类组合型储层，因此将X方向单数网格赋值II类储层物性(孔隙度φ=0.12，渗透率K=0.1×10-3μm2，含水饱和度Sw=0.5)，双数网格赋值III类储层物性(φ=0.08，K=0.05×10-3μm2，Sw=0.55)。

水平段长700m，用近井筒模型PEBI网格对水平段加密, 选择垂直于井筒方向的狭长网格，赋予高渗透率来模拟裂缝，建立分段压裂模型。以定产气量方式生产，初始产量5×104m3/d，生产时间为5年。水平段均匀布缝4～20条，考虑最大程度控制河道砂体，设置裂缝半长为200m，裂缝导流能力设置为1.25～20μm2·cm。模拟研究首先给定裂缝导流能力为5μm2·cm，模拟得出最优的裂缝条数。然后以最佳裂缝条数来优化裂缝导流能力。

模拟计算结果见图1，图2，可以看出，如果裂缝条数超过13缝，累计产量增加幅度减小，裂缝导流能力超过10μm2·cm可继续提高累计产量，但对气藏开采的影响程度很小。因此认为最佳的裂缝条数为13，对应的裂缝间距为50m，最佳的裂缝导流能力为10μm2·cm。

图1　不同裂缝条数下的累计产气量

图2　不同裂缝导流能力下的累计产气量

2分段压裂技术

2.1脉冲式柱塞加砂技术

与常规工艺线性加砂和阶梯加砂的支撑剂充层相比，脉冲式柱塞加砂技术[7]形成的开放性渗流通道能够提供较高的渗透率和导流能力，这有助于改善裂缝清洁度、降低人工裂缝的压降、增加压裂有效缝长，从而达到延长单井采气寿命、提高产能效益的目的。该技术在川西地区致密砂岩气藏已全面推广使用，比常规工艺支撑剂成本降低44%～47%，能有效提高有效缝长，有效缝长与动态缝长比值提高约16%，测试归一化产量是邻井1～7倍，降本增效明显。

2.2超低密度支撑剂

与常规支撑剂相比，超低密度支撑剂具有以下优点[8-9]：铺砂浓度低，有效支撑裂缝面积提高5倍以上，能使裂缝保持长期良好的导流能力；减小地层伤害，有效避免支撑剂在裂缝中的沉降；不会产生破碎、凹陷和碎屑，即使在变形条件下，也可使裂缝张开。

在获得水平井最优裂缝参数后，在平均砂比、动态半缝长、导流能力一定的情况下，考虑应力差，对不同施工规模下的压裂缝长进行了模拟计算，结果见表1。

2.3K344封隔器

K344封隔器[10]是一种水力扩张式封隔器，悬挂式固定，液压坐封，液压解封。与Y341封隔器一样可实现不动管柱分层压裂，施工完成后自动解封，使水平井各段油套都能有效连通，很容易建立井内循环。根据K344封隔器在川西地区致密砂岩气藏的应用[11]，K344封隔器解封后能实现流动通道畅通，较Y341封隔器缩短排液测试时间30%以上，有效减少了液体对储层的伤害，压裂井增产效果明显。

表1　II+III类储层压裂模拟结果

3现场应用

按照优化结果针对水平井进行分段压裂设计，在高庙地区沙一气藏同河道应用两口水平井，压后均取得较好效果。A、B、C、D四口井位于同一河道中部，控制储量相当，试验井C、D井压后24小时返排率均达到60%以上，且压后产能与累产效果相对较好，见表2。

4结论

(1)采用裂缝参数优化技术+脉冲式柱塞加砂技术+超低密度支撑剂+K344封隔器的组合技术在高庙气田沙一气藏试验了两口井，施工成功率100%，24h内返排率均达到60以上，投产后稳产能力相比常规施工井有很大提高。

表2　沙一气藏水平井概况

(2)采用非规则网格，建立沙一气藏水平井分段压裂模型，通过模拟优化了该气藏水平井最佳的裂缝缝间距和裂缝导流能力。结果表明,目前该气藏

裂缝间距在50m左右、裂缝导流能力10μm2·cm左右时能够取得最优开采效果。

(3)应用压裂设计软件对沙一气藏水平井压裂施工参数进行了优化，给出了不同应力差下的加砂规模为25～30m3。

参考文献

[1]滕小兰,王智君.水平井分段压裂技术在中江气田的应用[J].复杂油气藏,2014,7(4):65-68.

[2]安永生,鲁玲,刘姝.压裂水平井增产因素分析与裂缝参数优化[J].大庆石油地质与开发,2012,31(6):109-113.

[3]赵亚东,吴明,王敩,等.水平井分段压裂裂缝间距优化技术研究[J].当代化工,2014,43(7):1361-1365.

[4]曾凡辉,郭建春,陈红军,等.X10-3水平井分段压裂优化技术研究[J].断块油气田,2010,17(1)116-118.

[5]高海红,程林松,曲占庆,等.压裂水平井裂缝参数优化研究[J].西安石油大学学报(自然科学版)2006,21(2):29-32.

[6]尹建,郭建春,曾凡辉.水平井分段压裂射孔间距优化方法[J].石油钻探技术,2012,40(5):67-70.

[7]戚斌,杨衍东,任山,等.脉冲柱塞加砂压裂新工艺及其在川西地区的先导试验[J].天然气工业,2015,35(1):67-73.

[8]李波,王永峰,胡育林,等.一种低密度压裂液支撑剂的研究[J].油田化学,2011,28(4): 371-375.

[9]王雷,张士诚,温庆志.不同类型支撑剂组合导流能力实验研究[J].钻采工艺,2012,35(2):81-83.

[10]李志龙,姜涛,方旭东,等.K344气井不动管柱分层合采工艺技术[J].油气井测试,2010,19(2):44-46.

[11]颜晋川,尹郎,刁素.水平井K344封隔器不动管柱分段压裂技术与应用[J].油气井测试,2014,23(3):31-33.

编辑：李金华

文章编号：1673-8217(2016)02-0110-03

收稿日期：2015-10-12

作者简介：刘琦，硕士，工程师，1983年生，2010年毕业于西南石油大学油气田开发工程专业，从事储层改造和气藏工程等工作。

基金项目：国家科技重大攻关专项“大型油气田及煤层气开发”(2016ZX05048)下设专题“薄层窄河道致密砂岩气藏水平井压裂关键技术”(2016ZX05048004-003)的部分研究内容。

中图分类号：TE357.1

文献标识码：A