巴肯致密油地质特征及体积压裂技术研究

何 接，杨文博

（西安石油大学，陕西西安 710065）

巴肯致密油地质特征及体积压裂技术研究

何 接，杨文博

（西安石油大学，陕西西安 710065）

近年来，非常规油气资源开发已成为石油行业勘探开发的新趋势，而致密油无疑是非常规资源开发中的亮点。首先，鉴于致密油的定义有广义和狭义之分，通过调研相关文献，确定出致密油的主流概念；其次，以致密油开发较为成功的地区-北美致密油主要作业区Bakken（巴肯）为研究对象，对Bakken组的地质特征，所采取的体积压裂技术以及取得的开发效果进行具体分析，以期对我国致密油资源的开发提供借鉴和参考。

致密油；Bakken；地质特征；体积压裂技术

1 致密油概念

致密油（tight oil）是一种非常规油气资源，早期是指含油的致密砂岩，其定义有广义和狭义之分（见表1）。目前，主要从储层特点以及成藏特点来定义，即致密油是指以吸附或游离状态赋存于富含有机质且渗透率极低的暗色灰岩、泥质粉砂岩和砂岩夹层系统中自生自储、连续分布的石油聚集[1]。

2 北美地区巴肯致密油地质特征

威林斯顿盆地位于北美北达科他州中西部、南达科他州西北部、蒙大拿州东部、萨斯喀彻温省的南部及加拿大马尼托巴省南部，总面积约为35×104km2[2]。在盆地的中心区域，地层较少发生构造活动，未出现强烈的变形。

巴肯页岩层可分为上，中，下3段，在储层物性特征方面，上段和下段均为半深海黑色富含有机质的页岩，TOC含量分别为12.1%和11.5%，含有大量的Ⅱ型干酪根，镜质体反射率为0.6%～0.9%，生烃强度大，有机质成熟度属于热催化生油气阶段，均属于优质烃源岩；中段是一套浅海相灰色贫有机质砂泥岩，主要为灰褐色极细-细粒砾岩、白云质砂岩及粉砂岩；在油气生成的过程中，由上下段页岩生成的油气经短距离的运移到中段就会形成致密油，而滞留在上下段烃源岩中的油气就称之为页岩油，致密油和页岩油的源储配置关系图（见图1）。

图1 致密油源储配置关系图

巴肯组页岩层是一套海相碎屑岩沉积，厚度最大为26 m。在储层物性参数方面，巴肯组上下段的孔隙度分别为3%～9%和2.5%～5.0%；中段的孔隙度为5%～10%，渗透率范围为0.01 mD～0.10 mD，喉道半径为 0.01 μm～0.10 μm[3，4]。孔隙类型包括晶间孔、粒间孔、微孔以及局部发育水平裂缝和垂直裂缝[5]；因此，在开发前期，常使用微地震实时监测的手段，准确判断储层中微裂缝存在的部位及方位，可以为开发过程中井网部署以及储层压裂改造的过程提供参考，使得油田得到高效开发。

3 巴肯致密油体积压裂工艺分析

体积压裂（stimulate reservoir volume，简称 SRV）是指在常规水力压裂所形成的主裂缝上形成多条分支裂缝，产生的分支缝可以沟通储层的天然裂缝，能够增大井筒与储集层的有效接触面积，提高压裂工艺的增产效果。模拟单一裂缝与体积压裂所形成复杂裂缝生产时的压力分布（见图2），可以看出，在体积压裂中，复杂裂缝系统的产生使得压力波及范围较大，有效缓解了单一裂缝直井在开发后期由于开采时间过长导致的近井低压问题。主要包括水平井多井同步压裂技术，水平井分段德州“两步跳”压裂技术以及水平井多井“错位”同步压裂技术（见图3）。

3.1 水平井多井同步压裂技术

水平井多井同步压裂是指在平行的2口以上水平井同时进行压裂改造，利用产生较大的地层压力，在储层中可以创造较复杂的裂缝系统，扩大井筒与储层的有效接触面积。同步压裂施工的示意图（见图4），δx为最大水平主应力，①～④为压裂施工顺序。多井同步压裂利用应力干扰形成的复杂缝网较常规压裂相比，现场试验效果更好。但是，同步压裂技术存在其局限性，首先，两口井的干扰作用只有在裂缝尖端产生，储层改造程度较小，增产措施不明显；其次，扩大压裂裂缝的长度可以改善应力干扰所带来的增产效果，然而这种改善措施会间接导致压裂井之间的窜流，对油田的生产产生消极作用，因此，在施工时，必须优化压裂裂缝的长度。

3.2 水平井分段德州“两步跳”压裂技术

在“两步跳”多段压裂作业时，首先从最远处进行压裂，接着向井方向移动，重复压裂，随后在前两次压裂段中间进行第三次压裂，使两段裂缝形成一定干扰，这样可以充分利用岩石的应力场，形成应力松弛缝，容易沟通各个压裂段之间的页岩储层，增大了体积压裂改造效率，提高了单井产量[6]。压裂施工的示意图（见图5），①～⑤依次为压裂施工顺序。在现场施工时，“两步跳”压裂技术要求较为严格，需要使用特殊的井下作业工具，如果操作不当，还会造成井筒壁面的地应力发生反转，产生纵向裂缝，从而导致油井砂堵甚至井壁坍塌。

图2 单一裂缝与复杂裂缝压力分布图

图3 近井压力开发动态图

图4 同步压裂示意图

图5 德州“两步跳”压裂示意图

3.3 水平井多井“错位”同步压裂技术

由于多井同步压裂以及德州“两步跳”压裂技术在现场都有其局限性，因此，可以将两种压裂技术巧妙结合，提出了“错位”同步压裂技术。“错位”压裂技术结合了前两种压裂技术的优点，其作业过程与多井同步压裂技术类似，依次从最远处向井根方向进行压裂（见图6），唯一不同的是，A井和B井的井位正好错开，因此，B井①处裂缝尖端附近的压裂效果就会受A井①和②应力共同干扰的作用；同时，“错位”同步压裂中间主裂缝宽度和长度受应力干扰影响较小，降低了应力反转的概率以及砂堵的风险，从而形成较为复杂的缝网系统，依次类推，B井压裂作业位置都会受A井两处压裂效果的作用，从而改善了同步压裂以及“两步跳”压裂的不足，在现场操作时，无需特殊的井下作业工具，降低了施工过程的难度。

图6 “错位”同步压裂示意图

4 对我国致密油开发的思考和建议

我国致密油资源潜力巨大，累计地质资源量达90亿吨。为了实现我国致密油的工业性开采，降低我国石油的对外依存度，还需加大科研投入，加强国内自主研发与国际合作交流相结合，探索形成适合我国陆相致密油地质环境的压裂技术。

5 结论与认识

致密油定义有广义和狭义之分，目前主要从成藏特点和储层特点来描述致密油；致密油资源的体积压裂技术包括水平井多井同步压裂技术,水平井分段德州“两步跳”压裂技术以及较前沿的水平井多井“错位”同步压裂技术；针对我国致密油资源开采，应结合储集层类型、源储关系、甜点主控因素的认识，探索形成适合我国致密油藏的压裂技术尤为重要。

［1］何接，黄贵花，唐康，等.巴肯致密油地质特征及开发技术研究［J］.石油化工应用，2017，36（8）：82-84.

［2］张威，刘新，张玉玮.世界致密油及勘探开发现状［J］.石油科技论坛，2013，32（1）：41－44.

［3］Smith M G，Bustin R M.Production and preservation of organic matter during deposition of the Bakken Formation（Late Devonian and Early Mississippian）［J］.Paleogeography，Paleoclimatology，Paleoecology，1998，（142）：185－200.

［4］Steve H，Luis B，Solange A，et al.From source to trap，A review of the Bakken Petroleum system，upper Devonian Mississip pian，Southeastern Saskatchewan ［J］.Saskatchewan Geological Survey，2007，（1）：1－6.

［5］张君峰，毕海滨，许浩，等.国外致密油勘探开发新进展及借鉴意义［J］.石油学报，2015，36（2）：127－137.

［6］林森虎，邹才能，袁选俊，等.美国致密油开发现状及启示［J］.岩性油气藏，2011，23（4）：25－30.

［7］Lucas W B，Larkin S D，Lattibeaudiere M G.Improving production in the Eagle Ford Shale with fracture modeling，increased conductivity and optimized stage and cluster spacing along the horizontal wellbore［C］.SPE-138425，2010：1－23.

Tight oil geological characteristics and stimulate reservoir volume research in Bakken

HE Jie，YANG Wenbo
（Xi'an Shiyou University，Xi'an Shanxi 710065，China）

Recently,non-conventional oil has been become a new trend in oil exploration,and there is no doubt that tight oil is a debut.Firstly,the mainstream concept of tight oil is described by researching a large number of relevant literatures both at home and abroad because of its broad and narrow concept.Secondly,some areas of tight oil developed more successful are taken as the research example-Bakken.Analyzing geological characteristics of oil reserves in Bakken,fracturing technique and development effect of tight oil is to provide some references about tight oil development and production for our country.

tight oil；Bakken；geological characteristics；stimulate reservoir volume

TE132.1

A

1673-5285（2017）12-0084-04

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.12.021

2017－11-05

西安石油大学研究生创新与实践能力培养项目资助，项目编号：YCS16212037。

何接，硕士，研究方向为油藏工程与数值模拟，邮箱：1256601143@qq.com。