金华—秋林致密气藏直井层内分簇压裂裂缝扩展规律及应用

杨 林，刘彧轩，向 斌，范 琪，赵玉航

1中国石油西南油气田分公司致密油气勘探开发项目部

2 西南石油大学“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室

0 引言

我国致密气资源分布广泛、储量巨大，动用程度低。“十四五”时期，致密气将纳入非常规天然气补贴范围，是我国天然气增储上产的主要领域［1］。水力压裂是致密气藏高效开发的关键技术［2-6］。

金华—秋林地区沙二段储层天然裂缝不发育、脆性低，难以形成复杂缝网，形成长的水力裂缝仍是该储层改造的主要目标。

直井层内分簇压裂是指在直井同一层内分多簇射孔进行压裂。该工艺减少了射孔长度，降低了射孔成本。同时，由于层内分簇，缩短了进液通道，集中了能量，有助于提高裂缝长度。但目前国内外研究重点分析了地层界面［7-9］、天然裂缝［10-12］、裂缝干扰［13-15］等对裂缝形态的影响，对分簇参数影响裂缝扩展规律的研究较少，直井层内分簇条件下裂缝延伸规律还不明确。

本文以金华—秋林地区沙二段储层为对象，开展了直井层内分簇裂缝扩展数值模拟研究，分析不同分簇射孔方式对裂缝形态的影响，明确了直井层内分簇裂缝扩展特征和主控因素，对该地区的直井压裂优化设计具有重要意义。

1 裂缝扩展数值模型建立

金华—秋林地区沙二段纵向上一般发育5 ～ 10套厚度大于10 m的河道砂体，最大单砂体厚度32 m。以此为依据，建立了直井层内分簇裂缝扩展数值模型，模型示意图见图1。

图1 直井层内分簇裂缝扩展模拟示意图

利用三维裂缝扩展模型，分析裂缝扩展规律和影响因素。模型需要的输入参数统计见表1。

表1 模型设置参数

2 裂缝扩展模拟结果分析

根据建立的模型，开展直井层内分簇条件下裂缝延伸的模拟。

2. 1 储层厚度

模拟储层厚度10 ～ 30 m变化对裂缝形态的影响，见图2。

图2 储层厚度对裂缝形态的影响

由图2可知，储层厚度从10 m变化到30 m时，裂缝高度从19.2 m到35.4 m，增长幅度为83.4%；裂缝半长从192 m到76 m，下降幅度为153.6%。储层厚度对裂缝形态有显著影响。在较厚的储层，有必要采取方式控制裂缝高度，促进裂缝向储层深部的延伸。

2. 2 产隔层应力差

模拟产隔层应力差0 ～ 8 MPa变化对裂缝形态的影响，见图3。

图3 产隔层应力差对裂缝形态的影响

由图3可以看出，产隔层应力差从0变化到8 MPa，裂缝高度稳步降低，4 MPa以后变化不明显；而产隔层应力差越大，裂缝长度越长，4 MPa以后长度的变化不明显。

2. 3 单簇射孔长度和位置

模拟射孔长度和位置对裂缝形态的影响，见图4和图5。

如图4和图5所示，射孔长度增加时，裂缝高度逐渐增加，裂缝半长逐渐下降；射孔位置在中部时，裂缝半长最长，裂缝高度最小。

图4 射孔长度对裂缝形态的影响

图5 射孔位置对裂缝形态的影响

2. 4 射孔簇数

模拟不同产层厚度下，射孔簇数对裂缝形态的影响，见图6和图7。

图6 射孔簇数对裂缝形态的影响（产层厚度20 m）

图7 射孔簇数对裂缝形态的影响（产层厚度30 m）

从图6中可以看出，产层厚度为20 m时，射孔簇数为全部打开时，裂缝高度最大，裂缝长度最小；射孔簇数为2 ～ 4簇时，裂缝高度接近，2簇的裂缝长度最大。

从图7中可以看出，产层厚度为30 m时，射孔簇数为全部打开时，裂缝半长最小，裂缝高度最大；射孔簇数在1 ～ 4簇之间时，裂缝高度逐渐降低，2簇的裂缝长度最大。

2. 5 施工排量

模拟排量4 ～ 10 m3/min变化对裂缝形态的影响，见图8。

图8 施工排量对裂缝形态的影响

从图8中可以看出，随着排量增加，裂缝长度小幅增加，裂缝高度基本不变。

2. 6 压裂液黏度

模拟压裂液黏度10 mPa·s、20 mPa·s、40 mPa·s和100 mPa·s 变化对裂缝形态的影响，见图9。

图9 压裂液黏度对裂缝形态的影响

从图9看出，随着黏度的增加，裂缝高度有较明显的增长趋势，裂缝半长有下降趋势。因此，采用低黏压裂液有助于控制裂缝高度，增加裂缝长度。

3 直井层内分簇压裂工艺现场应用

直井层内分簇压裂技术在金华—秋林地区致密气的勘探开发中发挥了重要作用，取得了较好的开发效果。近年来对该区域10余井层进行了储层改造，大部分井常规测试未见气或低产，经储层改造后才获得了工业气流，施工成功率达到100%。其中，QL18和J23井获得高产。QL18井分2层施工，第一层31.7 m，分3簇射孔压裂，压后测试产气量9.06×104m3/d，第二层11.3 m，分2簇射孔压裂，压后测试产气量1.85×104m3/d。J23井压裂段层厚24.4 m，分3簇射孔压裂，压后测试产气量21.85×104m3/d。这些井层的高效改造有效支撑了该区域的勘探工作，对同类型的致密砂岩压裂改造也具有重要借鉴意义。

4 结论与认识

（1）储层厚度是影响裂缝形态的关键参数。在较厚的储层改造中，为了促进裂缝向储层深部的延伸，有必要采取措施控制裂缝向高度方向延伸。产隔层应力差会在一定程度上对裂缝的延伸起到作用，特别是产隔层应力差≤4 MPa时。

（2）单簇射孔长度、射孔位置和射孔簇数对裂缝形态均有一定的影响。射孔长度越长，射孔位置离储层中部越远，裂缝长度越低。储层全部打开时，裂缝高度最大，长度最小，分2 ～ 4簇射孔时，裂缝高度相对较低，长度相对较长。

（3）施工排量对裂缝形态有一定影响，压裂液黏度则有较为明显的影响。采用低黏压裂液有助于控制裂缝高度，增加裂缝长度。