水平井多段水力压裂技术在伊拉克哈勒法耶油田的应用

2022-10-12马英哲卫国锋

中国石油勘探 2022年5期

马英哲卫国锋方圆

（ 1 中油国际（伊拉克）哈法亚公司；2 中国石油西南油气田公司川中油气矿；3 中国石油西南油气田公司气田开发管理部）

0 引言

Sadi油藏是伊拉克哈勒法耶油田第二大油藏，因常规酸压无法有效开发，该油藏一直处于几乎未动用状态，但考虑到其巨大的储量规模，该油藏的规模有效动用将直接影响整个油田的开发效益，寻找可靠技术对该油藏进行规模开发势在必行。借鉴国内外成功经验，水平井多段水力压裂技术是开发此类油气藏的有效手段[1-4]，为此，研究部署了伊拉克首口多段水力压裂水平井S5H1井。在该井的部署过程中，形成了地质甜点和工程甜点“双甜点”评价技术。地质甜点是指含油饱和度较高、物性较好的区域；工程甜点是指有利于低成本、高效率压裂施工的区域。“双甜点”评价技术的运用解决了选好位置布好井的问题，为S5H1井的成功奠定了基础。本文总结了Sadi油藏地质特征、地质甜点和工程甜点的评价方法，以及S5H1井的井位部署和实施效果，以期为研究区后续水平井部署及中东地区类似的致密油藏[5-6]开发提供经验借鉴。

1 Sadi油藏地质概况

Sadi组属于上白垩统，顶部埋深约2600m，分为Sadi A和Sadi B两段，其中Sadi B段细分为Sadi B1、Sadi B2、Sadi B3三个亚段（图1）。Sadi构造为NW—SE至NWW—SEE走向的长轴背斜，Sadi B段构造长轴和短轴长度分别约为31km、11.5km，背斜构造形态较完整，地层倾角平缓，西南翼较东北翼略陡。

图1 研究区Sadi组地层综合柱状图Fig.1 Comprehensive stratigraphic column of Sadi Formation in the study area

Sadi油藏自上而下依次发育外缓坡、中缓坡及内缓坡沉积。Sadi组B1亚段和B2亚段分别为外缓坡和中—外缓坡沉积环境，主要岩性为泥粒/粒泥灰岩和有孔虫石灰岩，具有较多的生物扰动现象，含浮游/底栖有孔虫化石及丛藻迹化石；Sadi组B3亚段为内缓坡沉积，含软体动物、棘皮动物及其他动物的碎屑。

Sadi组 B1、B2和B3亚段平均孔隙度分别为17.5%、19.3%、13.6%，平均渗透率分别为0.13mD、0.29mD、5.11mD，属中等孔隙度、特低—超低渗透率[7-11]的碳酸盐岩油藏。

2 甜点评价

针对Sadi油藏中等孔隙度、特低—超低渗透率的物性特点，按国内外开发致密油藏的经验，必须利用水平井多段水力压裂技术实现体积压裂才能实现此类油藏的有效开发，而其中提高产能的关键之一就是甜点的识别与综合评价[12-16]。针对Sadi油藏沉积特点，本文通过开展岩石分类对油藏甜点进行评价，并根据油藏各小层物性的差异，将Sadi B段分为B3亚段和B1—B2亚段两组分别开展甜点评价工作。

2.1 岩石分类

目前尚无统一的碳酸盐岩储层岩石分类方法，国内外常见的碳酸盐岩岩石类型划分方法可根据分类依据，归属到地质成因、岩石物理、生产动态三大类。地质成因分类有结构成因分类和孔隙类型分类；岩石物理分类有毛细管压力曲线相关分类(孔喉半径分类、J函数分类）、地层流动带指数（FZI）/储层品质指数（RQI）分类、测井资料分类(核磁共振测井分类、常规测井分类)、截止值分类等方法[17-19]。本文以Sadi组B3亚段为例，采用地质成因相和岩石物理相相结合的方法开展岩石分类研究。

地质成因相是基于沉积相和成岩作用开展的岩石成因分类。通过开展系统的沉积相和成岩作用研究，将Sadi组B3亚段分为4类地质成因相：1类对应滩+强溶蚀；2类对应滩+弱—中等溶蚀、滩翼+强溶蚀及部分礁滩+强溶蚀；3类对应滩翼+弱—中等强度溶蚀；4类对应潟湖/沼泽+弱溶蚀。

岩石物理相分类是一种基于压汞曲线特征来表达孔喉特征的岩石物理属性分类方法。根据岩心压汞曲线特征，Sadi组B3亚段被分为PG1、PG2和PG3共3类岩石物理相（图2）。每种岩石物理相均有其特有的压汞曲线特征，反映其内部的孔喉结构；每种岩石物理相也有着不同的孔渗分布区域（图3）。

图2 Sadi组B3亚段岩石物理相划分图Fig.2 Petrophysical facies division of B3 sub member of Sadi Formation 1lbf/in2=6894.757Pa

图3 Sadi组B3亚段岩石物理相类型孔渗分布图Fig.3 Porosity-Permeability distribution of various petrophysical facies of B3 sub member of Sadi Formation

综合地质成因相和岩石物理相研究，将Sadi组B3亚段划分为3种岩石类型（图4）：RT1类由地质成因相1类、2类和岩石物理相1类（PG1）组成，物性最好；RT2类由地质成因相3类和岩石物理相2类（PG2）组成，物性中等；RT3类由地质成因相4类和岩石物理相3类（PG3）组成，物性较差。

图4 Sadi组B3亚段岩石类型划分图Fig.4 Rock type division of B3 sub member of Sadi Formation

2.2 地质甜点展布刻画

Sadi油藏地质甜点划分主要基于岩石分类研究成果，将岩石类型1类（RT1）划分为地质甜点区域。在完成所有钻遇井的甜点识别工作后，在地震反演约束下，建立地质模型，对每个小层的甜点展布进行描述（图5）。

图5 单层地质甜点展布描述流程图Fig.5 Flow chart for description of geological sweet spot distribution of single layer

2.3 地质甜点分级及储量评估

在每个小层地质甜点展布的基础上，将每小层地质甜点区域进行叠加，按各小层地质甜点发育厚度的不同，将Sadi油藏在平面上分为4级地质甜点区域（图6）。Ⅰ级地质甜点区域：Sadi组B1—B2亚段地质甜点厚度大于25m且B3亚段地质甜点厚度大于5m；Ⅱ级地质甜点区域：Sadi组B1—B2亚段地质甜点厚度介于0～25m且B3亚段地质甜点厚度大于5m，或B1—B2亚段地质甜点厚度大于25m且B3亚段地质甜点厚度介于0～5m；Ⅲ级地质甜点区域：Sadi组B1—B2亚段地质甜点厚度介于10～25m且B3亚段地质甜点厚度介于0～5m；Ⅳ级地质甜点区域：Sadi组B1—B2亚段地质甜点厚度介于0～10m且B3亚段地质甜点厚度介于0～5m。按甜点区域计算地质储量（表1），以便后续合理部署开发井网、规划上产节奏。

图6 Sadi油藏4级地质甜点平面展布图Fig. 6 Distribution of four grades of geological sweet spots of Sadi oil reservoir

表1 Sadi油藏4级地质甜点地质储量分布表Table 1 Reserve summary of four grades of geological sweet spots of Sadi oil reservoir

2.4 工程甜点评价

地质甜点的评价只反映油藏的物性特征，地质甜点区域储层物性好、含油饱和度高。而针对低渗油藏，尤其对需要开展水力压裂进行储层改造的难动用油藏，若只考虑地质甜点，在压裂施工时，无法对压裂的难易程度提供指导，所以除地质甜点外，还需开展工程甜点研究来表征地层可压裂性。

结合Sadi油藏储层岩石特征，考虑脆性指数、杨氏模量、泊松比、最小水平主应力及断裂韧度等岩石地质力学参数，建立了研究区可压裂性综合指数，即工程甜点评价指数，用以评价储层压裂改造的难易程度。

脆性指数：储层的塑性及脆性特性对裂缝开启有较大影响，塑性越高即脆性越低，储层在压裂施工时开裂越困难；反之，开裂越容易，即可压裂性越高[20]。该指标属于正向指标。

杨氏模量：是表征岩石刚性的物理量，杨氏模量越大，表明岩石刚性越强，开展压裂施工时起裂时间越早、裂缝扩展速度也会更快，最终形成的裂缝长度更长且更易保持[21-22]。该指标属于正向指标。

泊松比：是表征岩石脆性特征的物理量，泊松比是岩石受到应力时，在弹性范围内岩石的侧向应变与轴向应变的比值。泊松比越低，岩石的脆性越强，开展压裂施工时起裂越容易[21-22]。该指标属于反向指标。

最小水平主应力：最小水平主应力越小，岩层破裂压力越小，起裂越容易，水平两向应力差越大，压裂后压裂裂缝倾向于单向发育、裂缝延伸远[23]。目标油藏属于孔隙型碳酸盐岩油藏，压裂后形成网状缝网的可能性较低，因此还需考虑压出长缝的可能性，提高泄油能力，需要最小水平主应力越小越好。该指标属于反向指标。

断裂韧度：断裂韧度是一项表征储层改造难易程度的重要指标，反映了压裂过程中，裂缝形成后维持裂缝向前延伸的能力，该值越小，裂缝延伸越远，储层改造体积越大[24]。该指标属于反向指标。

根据岩石地质力学参数与可压裂性的相关性及其在实际储层中的分布特征，将工程甜点评价参数分为A、B、C、D、E 5个等级，其中A等级定为工程甜点，从B等级开始过渡到非甜点，C、D、E等级认为是非甜点，具体分级标准见表2。

表2 工程甜点评价指数分级表Table 2 Classification index for engineering sweet spots

续表

2.5 复合甜点

将地质甜点和工程甜点叠加，筛选出物性好、含油饱和度高、可压裂性高的有利区域，作为复合甜点区域，优先在复合甜点区域内部署水平井，确保单井产能。

3 井位选取及轨迹优化

S5H1井是哈勒法耶油田第一口，也是伊拉克第一口多段水力压裂水平井，并无成功经验可以借鉴。为确保试验井的成功，在复合甜点区域，选取周边分布有7口钻遇井控制的优质储层厚度大、连续性好、可压裂性高、地质认识明确的最有利区域部署了S5H1井。

基于成像测井资料，明确现今最大水平主应力方位为NE 5°～15°，水平井方位角设计为垂直于现今最大水平主应力方向以确保压裂效果。为确保压裂工具的顺利下入并防止与周边老井发生干扰，井眼轨迹设计为二维轨迹，降低钻井施工及封隔器下入难度，设计水平段与周边已钻老井轨迹的距离在150m以上，在不影响裂缝延伸的同时确保周边邻井井筒安全。

4 压裂方案设计

从国内外一些致密碳酸盐岩油气藏的成功经验来看，酸液体系压裂液在高温地层受酸岩反应速率及滤失特性等因素的影响，可能造成酸液有效作用距离短、酸液滤失严重、高导流缝难以保持等问题；而水力加砂压裂一般采用非反应性流体作为工作液，可以较好地克服以上问题，对支撑剂分布也相对容易控制，可提供远大于酸蚀裂缝长度的支撑裂缝来获得好的改造效果[25-29]，为此S5H1井采用了水力体积压裂工艺进行储层改造。

为落实Sadi油藏主体开发工艺技术，按照“地质工程一体化”的思路，以“追求产能和经济效益最大化”为目标进行逆向设计。在Sadi油藏现有地质模型和动态模型基础上，采用局部网格加密（LGR）+嵌入式离散裂缝模型（EDFM）[30-32]，建立多段水力压裂水平井产能评价模型，对不同水平段长度、不同压裂段数开展了多情景组合的产能模拟（图7）。

图7 不同水平段长度、压裂段数的产量预测图Fig.7 Production simulation of scenarios with different horizontal section length and fracturing stages

从模拟结果来看，水平段越长，压裂段数越多，稳产时间和累计产油量越高。考虑到S5H1井是哈勒法耶油田实施的第一口多段水力压裂水平井，具备先导试验性质，所以在保证合理产量的基础上，优先考虑工程的可行性，确保先导试验的成功。根据工艺难度、投入产出比等因素，决定按水平段长度为800m，压裂段数为6段或8段做前期准备，实际压裂段数待完钻后根据实际井况再做决定。

5 实施效果

S5H1井实际钻遇甜点共573m，平均孔隙度为20%（图8），结合测井解释评价和现场通井情况，决定开展8段压裂并顺利完成施工，施工参数与设计参数基本吻合（表3），达到设计要求，施工效果良好。该井于2019年12月9日顺利投产，初始日产油量为2000bbl，井口压力为1000lbf/in2，生产表现良好，截至2021年7月底，累计产油59.8×104bbl，井口压力下降至550lbf/in2，日产油降至900bbl，月递减2.5%（图9），成功实现设计目标。