低渗透油藏缝网压裂可行性和井网优化研究

郭冰柔，张 悦，黄 丹，尹 霜

（成都理工大学能源学院，四川成都 610059）

缝网是指在达到预期目标裂缝长度的主裂缝基础上，通过一定技术手段，产生各个方向的分支缝，最终在地层中形成纵横交错的缝网系统[1]。缝网压裂在碳酸盐岩储层和页岩气藏中得到大量应用，目前仍然处于探索阶段。对于低渗透油藏，缝网压裂作为一种主要的开发方式，在国内的研究和油田中的应用有着广阔的发展空间。

Z油田位于松辽盆地中部凹陷区阶地西部，在详细研究Z油田地质特征和合理井网井距论证方法基础上，利用启动压力梯度和地层压力分布关系，建立低渗透油藏有效压力驱动系统评价模型，优化Z油田缝网压裂井合理井网井距。

1 直井缝网压裂可行性分析

1.1 矿物成分可行性分析

松辽盆地Z油田油层埋藏较深，成岩作用强，岩性相对致密，Y-1 区块有效孔隙度为13.5%，渗透率为0.9×10-3μm2；Y52井有效孔隙度为 12.2%，渗透率为0.89×10-3μm2。从 Y7-5井岩心电镜扫描图可以看出，孔隙不发育，见少量粒间孔隙，以大量伊利石、伊蒙混层及束状、絮粒状方解石为主要胶结物，绿泥石、绿蒙混层次之，常见石英加大、长石淋滤（见图1）。从Y7-5井岩心电镜扫描照片看出，孔隙较发育，连通较差，以伊利石、伊蒙混层、方解石为主要胶结物，绿泥石、绿蒙混层次之。常见较多的石英加大，长石加大，长石淋滤。

实现缝网压裂的条件之一是储层具有显著的脆性特征[2]，脆性特征参数与储层的可压性呈正相关。富含石英等脆性矿物的储层更利于产生复杂缝网，黏土矿物含量高的塑性地层反之[3]。Z油田Ⅰ组油层岩石脆性特征参数34.7，裂缝形态属于多缝区，满足形成缝网的基本地质要求。

1.2 结构弱面的可行性分析

储层中存在一定的结构弱面或者基质中的薄弱点是诱发裂缝网的前提条件[4]。结构弱面通常包括天然裂缝、节理和层理，它的抗张强度远小于基岩抗张强度。

经过统计得到，研究区17 口井的1 243.6 m 岩心中，共发现构造缝34 条，平均密度为0.04 条/米。构造缝主要为高角度垂直缝，发育方向以东西向为主（见表1）。

试验区进行7 口井微电阻率及多极子阵列声波测井，试验区局部井见大量微裂缝，统计共发育裂缝48条，平均0.036 条/米。多裂缝近井启裂机理研究成果表明：在局部裂缝发育的井进行网缝压裂，有利于提高裂缝储层改造体积。

表1 Z油田与东西两侧油田构造裂缝发育程度对比表

1.3 地应力角度的可行性论证

统计本试验区内2 口井的资料，最大地应力方向为NE84.6°，最大水平主应力为31.8 MPa，最小水平主应力为28.7 MPa，应力差异系数为0.11，最大最小水平地应力差在3 MPa 左右，研究结果表明：低水平应力差有助于提高网缝横向波及宽度，有利于提高网缝储层改造体积（见表2）。

表2 Z油田地应力解释成果

1.4 夹角与水平应力对缝网压裂的影响

当主裂缝和天然裂缝的夹角小于30°时，天然裂缝都会张开，改变延伸路径，创造形成缝网的有利条件；当夹角在30°～60°时，在水平应力差较低时，天然裂缝会张开形成缝网，而在高应力差下天然裂缝不会张开，主裂缝直接穿过天然裂缝向前延伸，不形成缝网；当夹角超过60°时，无论水平应力差多大，天然裂缝都不会张开，不具有形成缝网的条件[5]。

Z油田在油层段裂缝发育，根据资料统计1 327 m处共发育裂缝48 条，平均0.036 条/米，裂缝发育方向为NE75°～95°，最大水平主应力方向为近东西向，压裂时微地震测试表明，人工裂缝方位与天然裂缝一致。水力裂缝与天然裂缝夹角小，有利于缝网的产生，但不利于增加缝网横向波及宽度，因此不利于进一步提高网缝储层改造体积。

1.5 压裂液对缝网压裂的影响

Cipolla 和Beugelsdijk 等通过理论研究和室内试验表明，压裂液流体黏度对水力压裂裂缝扩展具有重要影响。低黏度的流体更易形成复杂的裂缝延伸形态；而高黏度的流体形成的裂缝比较单一平直。因此选择低黏度的工作液更有利于形成复杂的缝网，一般选择滑溜水作为缝网改造的工作液。

施工净压力越高，水力裂缝沿天然裂缝转向延伸的逼近角和水平应力差涵盖范围越大，水力裂缝越容易发生转向延伸，且更容易形成复杂的裂缝网络。在Z油田缝网压裂改造过程中，采用大排量施工提高施工净压力有利于形成复杂的缝网[6]。

1.6 缝网压裂与常规压裂对比

缝网压裂设计与常规压裂设计有较大区别，为产生复杂的裂缝网络，必须采用低黏压裂液体系、分段多簇射孔工艺，同步压裂，缩短缝间距，利用缝间应力干扰迫使裂缝转向；压裂过程中，采用粉陶段塞，随机封堵人工裂缝，迫使裂缝转向；采用小粒径、低砂比、大砂量、大排量，形成较稳定的裂缝网络（见表3）。

表3 常规压裂及缝网压裂设计的对比表

2 直井缝网压裂合理井网井距论证

根据已有研究资料（见图2），Z油田的平均渗透率1.2 mD，启动压力梯度为0.05 MPa/m，工区启动压力梯度与渗透率的关系为：

根据地层压力分布函数，结合势的叠加理论，编制了直井-压裂井、压裂井-压裂井地层压力分布计算函数，绘制了直井-压裂井、压裂井-压裂井的流线图、地层压力平面分布图，获得不同井距与启动压力梯度的关系，结合工区现有的启动压力梯度与渗透率的关系，可以获得不同井型、不同渗透率情况下的合理井距问题（见图3～图6）。

图2 岩心水测渗流曲线

图3 压-直井联布地层压力分布图

图4 直-压井联布压力梯度与井距关系图

图5 压裂井联布地层压力分布规律平面图

图6 压裂井地层压力梯度与井距关系

由于工区的启动压力梯度在0.05 MPa/m，根据地层压裂梯度与井距的关系图可以确定直井-压裂井联布的极限井距约为47 m，压裂井联布的极限井距约为125 m。

3 结论

（1）储层岩石石英矿物含量高、储层水平应力差小于5 MPa，地质因素有利于产生多裂缝，采用低黏度压裂液、大排量、多级段塞加砂暂堵施工方法，论证了直井缝网压裂可行性；

（2）绘制了直井-压裂井和压裂井的地层压力平面分布图和流线图，结合研究区的启动压力梯度，确定直井的极限井距为47 m，压裂井的极限井距为125 m。