银额盆地哈日凹陷异常高压储层测试压裂的探究与实践.pdf

年 月第 卷第 期西安石油大学学报（自然科学版）（）收稿日期：基金项目：国土资源部重点项目“十三五全国油气资源评价”（）；延长石油集团科技攻关项目“银额盆地延长探区储层改造技术研究”（）第一作者：王卫刚（），男，硕士，高级工程师，研究方向：油气藏储层改造技和现场技术服务。：中图分类号：文章编号：（）文献标识码：银额盆地哈日凹陷异常高压储层测试压裂的探究与实践王卫刚，张军涛，高志亮，乔红军，陈治军，曹天军（陕西延长石油（集团）有限责任公司 研究院，陕西 西安 ；陕西延长石油（集团）有限责任公司 油气勘探公司，陕西 延安 ）摘要：银根 额济纳旗盆地哈日凹陷多口探井已获得工业油气流，但该凹陷油气地质条件极为复杂，钻遇的储层埋藏深、岩性复杂，主要表现为地层压力高、岩性致密、抗压强度高。同时该区域处于勘探初期，同等埋深储层无可借鉴的邻井压裂资料，严重制约后续压裂工艺及勘探工作的开展。为此，提出了测试压裂的概念，通过对 井实施测试压裂压降数据的分析，求取储层的闭合压力、闭合时间、地应力、地层孔隙压力等参数，为主压裂的方案设计和优化，提供技术支撑基础，保证主压裂的成功实施。本研究对银额盆地高压、高应力储层的压裂试油作业和后续深层油气的勘探开发具有重大意义。关键词：银额盆地；哈日凹陷；异常高压；测试压裂 ，（，（），；，（），）：，：；王卫刚，张军涛，高志亮，等 银额盆地哈日凹陷异常高压储层测试压裂的探究与实践 西安石油大学学报（自然科学版），（）：，（），（）：西安石油大学学报（自然科学版）引言银额盆地是国内仅存的未进行系统油气勘探和开发的大型古、新生代叠合沉积盆地。银额盆地延长探区地质构造单位主要包括 个相对独立凹陷：哈日凹陷、巴北凹陷、拐子湖凹陷、乌兰凹陷（图 ）。银额延长探区白垩系，钻探过程中见到较好油气显示，特别是哈日凹陷 井压后试油日产天然气 ，并产出少量凝析油的高产油气流，实现了银额盆地油气勘探历史上第一口高产油气流井的突破 。随着勘探的深入，钻遇的地层埋藏更深、岩性更复杂，哈日凹陷钻探的 井，完钻井深达到 ，是银额盆地已完钻探井中最深的一口图 银 额盆地延长探区二级构造单元分布 预探井，储层埋深、地层压力、温度均创银额盆地勘探最高纪录，储层岩性复杂多变且构造发育，该区域同等埋深储层没有可借鉴的临井资料，导致该井压裂试油存在诸多的不确定性。为了进一步验证该区域的勘探潜力，本文提出了测试压裂的概念，并对 井储层进行测试压裂，找出压裂施工难点并提出相应的对策，为后续主压裂施工的顺利实施提供技术支撑。哈日凹陷 井储层特征 井是探索哈日凹陷北次洼中生界石油地质特征及含油气性，兼探上古生界资源潜力而钻的一口预探井，完钻井深 。整体岩性中生界上部以砂砾岩为主，中下部以含灰泥岩为主，夹杂薄层粉砂岩和细砂岩；古生界为安山岩等火山岩。银根组和苏红图组未见明显油气显示，巴音戈壁组见 层气测异常显示段，全烃峰值最高为 ，异常段岩性主要为灰色泥岩，少数为薄层细砂岩。井气测显示良好，主要集中在巴音戈壁组三段（）灰色泥岩段。目的层 段为灰黑色泥岩，气测全烃值为 ，裂缝发育，缝宽 ，缝密度 条 ，泥质充填，充填程度 ，孔隙度为 ，渗透率为 （图 ）。岩心浸水试验见气泡沿裂缝串珠状逸出，气层类型为灰质泥岩裂缝气藏 。图 井测井解释曲线 井测试压裂及压降分析测试压裂，主要是通过进行一次小型压裂，对压降数据进行分析来获取储层有关参数，为优化主压裂设计、提高施工效率、保证主压裂成功提供数据支撑 。对 井进行 次测试压裂和压降数据分析。王卫刚等：银额盆地哈日凹陷异常高压储层测试压裂的探究与实践 测试压裂施工第一次测试压裂采用光套管注入方式，施工曲线如图 所示。从中可以看出，通过 次试压都未能有效压开地层，次瞬时停泵压力基本相同，在 之间，折算到地下约为 。施工压力超过套管限压强度（套管限压 ），无法有效压开储层；采用光套管压裂，无法进行替酸作业，无法验证酸液与地层岩石有无反应。图 井第一次测试压裂施工曲线 鉴于第一次测试压裂未能成功，考虑到该井储层岩石致密，地层破裂压力过高，该井改用油管 封隔器的工艺进行第二次测试压裂。施工开始首先进行酸处理，待酸液到达射孔段位置后，开始提排量、坐封封隔器，封隔器坐封后油压开始升至 ，随后继续注入前置酸，加酸 ，开始注入隔离液，酸进入地层后油压从 降至 ，继续注入前置液，注入前置液 时，套压从 升至 ，表明封隔器已经出现漏失，终止施工，停泵压力为 ，压裂施工曲线如图 所示。从施工曲线可以看出，该井施工压力总体较高，并持续升高，在安全限压下施工排量提不起来，最大排量仅为 。本次测试压裂施工压力大于 ，已超过井筒管柱的安全限压极限，最大施工排量仅为 ，采取该排量施工，无法进行加砂作业。测试压裂施工表明：储层岩石致密，岩石破裂困难，裂缝难于延伸，施工难度大。图 井第二次测试压裂施工曲线 压降数据分析对哈日凹陷 井获取的压降数据，利用 三维压裂软件进行拟合，求得闭合压力、储层地应力以及地层孔隙压力，分析储层的岩石力学及地应力特性，以便探究压裂施工面临的难题。闭合压力分析闭合压力分析主要集中在测试后的停泵阶段，通常采用平方根、双对数及 函数 种方法，得出闭合压力、闭合时间、压裂液效率及估算的净压力等参数。该井地面瞬时停泵压力为 ，折合井底瞬时停泵压力为 ，井底的瞬时停泵压力梯度为 ，为高停泵压力压裂井。平方根曲线显示压力下降与闭合时间的平方根的关系，通过对井底压力添加切线，分析偏离切线点的方法获得裂缝的闭合压力和闭合时间 ，如图 所示。地面闭合应力为 ，折算为井底闭合应力为 ，井底闭合应力梯度为 ，为高闭合应力地层，闭合时间为 ；估算裂缝净压力为 ，液体效率为 。图 井 储层小型测试压裂平方根函数分析 西安石油大学学报（自然科学版）函数曲线显示压力下降、压力导数和压力叠加导数与 函数时间的关系，通过作压力叠加导数的切线，分析切线在压力叠加导数曲线的偏离点获得裂缝的闭合应力，研究压力叠加导数的曲线特征、与切线的关系，以识别滤失类型和机理 ，如图 所示。地面闭合应力为 ，折算为井底闭合应力为 ；井底闭合应力梯度为 ，为高闭合应力地层，闭合时间为 ；估算裂缝净压力为 ，液体效率为 。图 井 储层小型测试压裂 函数分析 双对数曲线显示压力及其叠加导数与时间的关系，通过对压力的叠加导数作切线，并在叠加导数偏离切线处获得裂缝的闭合应力，根据瞬时停泵压力和闭合应力估算净压力 ，如图 所示。地面闭合应力为 ，折算为井底闭合应力为 ；井底闭合应力梯度为 ，为高闭合应力地层，估算裂缝净压力为 。图 井 储层小型测试压裂双对数函数分析 上述 种分析方法得出的结果见表 ，可见 种分析方法的计算结果比较接近。综合分析得出井底闭合应力 ，闭合应力梯度 ，为高闭合压力施工井；裂缝闭合时间为 ，液效率为 。平均估算净压力为 ，净压力值较大，表明停泵后裂缝继续延伸；同时闭合时间为 左右，表明虽然净压力较大，但是由于地层压力高，裂缝延伸能力有限。表 井 储层测试压裂闭合应力与净压力分析结果 分析方法地面瞬时停泵压力 井底瞬时停泵压力 井底闭合应力 井底闭合应力梯度（）净压力 平方根 函数 双对数 平均值 闭合后分析闭合后分析的目的是从压裂井后期的压力响应确定原始地层压力。首次提出压力恢复测试过程中，关井井底压力响应都可以通过叠加原理进行处理，通过定义一个闭合时间，（）代入 时间函数推导出一个闭合后的时间函数（，），压力响应为（），（）王卫刚等：银额盆地哈日凹陷异常高压储层测试压裂的探究与实践（，）（），（）。（）式中：为井底流压，；为储层压力，；为液体体积，；为时间，；为闭合时间，；为渗透率，；为储层厚度，。诊断曲线的一般形式是 ，有助于识别径向流。因此，用测量数据的截距 作为地层压力。图 为用 三维压裂软件得到的 与的关系曲线，对其进行线性回归，得到的直线截距即是储层原始地层压力，即地层压力（地面）为 ；折算到井底的原始地层压力为 ，大于 ，为超高压储层；压力系数为 ，大于 为异常高压储层。因此，井巴音戈壁组三段（）灰色泥岩段储层（）为异常高压、超高压气藏。图 裂缝闭合后 曲线 地应力计算由于最小水平主应力 的大小与井底闭合压力相等，因此 井 目的层段最小水平主应力 为 。最大水平主应力的大小由式（）近似计算得到 。式中：和分别为地层最大和最小水平主应力，；和 分别为地层破裂压力和地层孔隙压力，；为地层岩石抗张强度，。地层岩石抗张强度近似等于破裂压力与重张压力的差值，即。（）式中：为地层岩石抗张强度，；和 分别为地层破裂压力和地层重张压力，。地层破裂压力 为 ，地层重张压力为 ；通过式（）计算可知，最大水平主应力 为 。压裂施工对策根据 井测试压裂所存在的问题、施工难点及认识，压裂改造方案的核心首先是如何有效压开地层？首先采取降破压、降施工压力的措施，加上降摩阻、降滤失的方法来有效增加施工净压力，完成压裂施工。具体对策如下：（）采用 油管进行压裂施工，提高井筒管柱整体抗压强度采用 油管进行压裂施工，能够有效避开完井管柱的“薄弱点”，管柱整体抗压强度为 ，可使施工限压提高到 。相同排量下 油管的井筒摩阻低于 油管，同时能够有效提高缝内静压力，有利于裂缝的延伸。（）采用耐高温、耐剪切、高黏度压裂液体系措施井目的层温度为 ，因此优选耐高温压裂液体系，具体配方如下：基液：交联剂：有机硼交联剂 交联比：破胶剂：较高黏度液体可减小天然裂缝对裂缝起裂、延伸的影响，并具有降滤失的作用，同时可增加裂缝宽度，降低砂堵几率。（）优选高强度支撑剂，控制最高砂比针对裂缝闭合压力高、裂缝宽度窄的特点，优选 目小粒径高强度支撑剂（抗压强度 ），砂比采用低起点、小台阶、多步骤，控制最高砂比的设计原则，最高砂比控制在 。西安石油大学学报（自然科学版）（）前置酸液预处理，降低近井摩阻，降低破裂压力 分析结果可知，本次实施井目的层储层矿物含有 左右的碳酸盐类矿物，因此前置酸（土酸）对于降低破裂压力有一定作用，通过实验室的酸岩反应也得到了证实；同时测试压裂结果也表明：前置酸能够降低 施工压力。优化后的酸液配方如下所述。配方酸液：盐酸 乙酸 助排剂 液体黏土稳定剂 缓蚀剂 铁离子稳定剂（）降低近井筒裂缝复杂程度及弯曲度，提高施工成功率采用高黏液体压开储层，降低近井筒裂缝的复杂程度；增加前置液用量，设计多个支撑剂段塞，打磨裂缝，降低近井筒裂缝弯曲度，降低施工摩阻，封堵天然裂缝降滤失。现场实践 施工方案优化使用 三维压裂软件，依据 井资料进行压裂裂缝模拟，计算不同液量、不同排量、不同加砂规模下裂缝形态，优化合理的施工排量和加砂规模，优化结果见表 ，裂缝剖面模拟结果如图 所示。最终该井采用液量为 、加砂量为、排量 的施工参数组合。表 井压裂参数优化结果 砂量 液量 排量（）支撑缝长 缝高 缝宽 平均支撑剂浓度（）图 井裂缝剖面模拟结果 本次施工射孔工艺采用超深穿透射孔枪弹进行射孔；压裂工艺采用 （）油管 单上封工艺进行施工，该工艺能够有效提高井筒管柱的抗压强度。现场实施 年 月 日对 井巴音戈壁组 井段进行压裂施工，施工限压 。压裂施工开始后首先开始低排量顶替酸液，待封隔器坐封后提高排量，压力上升至 时，酸液进入地层后，施工压力明显下降 ，地层顺利破裂；随后提高施工排量至 ，直至施工结束，压裂施工曲线如图 所示。图 井压裂施工曲线 王卫刚等：银额盆地哈日凹陷异常高压储层测试压裂的探究与实践由施工曲线可知：施工压力虽然较高，但较平稳，加砂顺利，压力基本稳定在 之间，该层次施工压力 ，平均压力 ，整个压裂施工基本达到设计预期，整体施工过程较为顺利。结论及建议（）测试压裂数据分析表明，井 井段储层地层压力为 ，压力系数为 ；井底闭合应力 ，闭合应力梯度 ；地层破裂压力为 ，地层重张压力为 ，最大水平主应力为 。该井段储层属于异常高压、超高压、高破裂压力、高闭合压力气藏储层。哈日凹陷 井灰黑色泥岩储层压裂破裂压力、施工压力均创银额盆地预探井最高施工纪录。较高的地层压力、破裂压力和闭合压力导致施工压力较高，对支撑剂的抗压强度提出了更高的要求，给压裂施工造成了较大的困难。（）基于测试压裂分析成果制定的主压裂施工对策和主压裂施工优化方案在 井巴音戈壁组 井段取得了成功。测试压裂保证了该井的压裂成功，为银额盆地后续深层勘探压裂试油工作提供了实践经验和技术借鉴。（）哈日凹陷目前处于勘探初始阶段，随着勘探的深入钻遇的地层埋藏更深，探井压裂试油存在诸多的不确定性；建议后续探井采用更高抗压等级的套管、套管头以及分级箍，提升井筒管柱的抗压等级，为后续压裂改造创造良好的施工条件。参考文献（）：陈治军，任来义，刘护创，等 地球物理方法在哈日凹陷烃源岩预测和评价中的应用 石油地质与工程，（）：，（）：陈治军，赵春晨，王小多，等 银额盆地哈日凹陷哈参 井天然气地球化学特征及气源对比 石油天然气学报，（）：，（）：陈治军，任来义，贺永红，等 银额盆地哈日凹陷银根组优质烃源岩地球化学特征及其形成环境 吉林大学学报（地球科学版），（）：，（），（）：陈治军，高怡文，刘护创，等，银根额济纳旗盆地哈日凹陷下白垩统烃源岩地球化学特征与油源对比 石油学报，（）：，（）：赵春晨，刘护创，任来义，等 银额盆地 井白垩系气藏形成的地质环境及其远景意义 天然气地球科学，（）：，（）：王小多，刘护创，于臖，等 银额盆地哈日凹陷油气成藏条件研究及有利区带预测 科学技术与工程，（）：，（）：张彬奇 测试压裂分析技术在渤海 油田的应用 探矿工程（岩土钻掘工程），（）：（），（）：陈超峰，朱雪华，杨晓儒，等 低压裂缝性储层小型测试压裂改造技术 油气井测试，（）：，（）：曾博，王莉，张晓伟 小型压裂测试分析方法在页岩气开发中的应用 科学技术与工程，（）：，（）：李达，贾建鹏，滕飞启，等 压裂施工过程中的井底压力计算 断块油气田，（）：，（）：西安石油大学学报（自然科学版）王成旺，陆红军，陈宝春，等 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