低渗透气藏分层压裂难点及对策_王松
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关键词 低渗透气藏；分层压裂；工艺优化；技术对策
中 图 分 类 号 ：TE357.1+3
文 献 标 识 码 ：A
Difficulties of separate layer fracturing technology for low permeability gas reservoir and its countermeasures
1 气藏特征
川西地区苏码头构造储层属于典型的低孔、低渗、 低丰度、高含水饱和度及低效、难采气藏［3］。 纵向上具 有储层薄、 物性条件差、 横向上储层物性变化大等特 点。结合该区块蓬莱镇组、遂宁组及沙溪庙组的具体实 例，总结出了低渗透多层系气藏的主要特征。 1.1 渗透率、孔隙度低，含水饱和度高
苏码头构造储层埋藏较浅，一般在 1 220～1 860 m， 储层温度 45～55 ℃， 气藏单层有效厚度大于 10 m，且 裂缝不发育。各组储层的渗透率和孔隙度较低，含水饱
2.Energy Company of Sichuan Petroleum Administration Bureau, SINOPEC, Chengdu 610000, China) The proportion of difficult-to-produce reserves are gradually increasing in oil and gas resources, and most of them have the characteristics of multiple layer systems, small interspace and poor physical property of reservoirs. The separate layer fracturing technology is an essential method for commissioning and stimulation of this kind of reservoir. However, there are some difficulties of separate layer fracturing on high risk, great difficulty and inapparent stimulation effect. Combined with the geologic situations for the gas reservoir of Sumatou Formation in western Sichuan, this paper analyzes the problems existed in separate layer fracturing of Well A and B, and proposes the countermeasures for improving the high efficiency fracturing technology for low permeability gas reservoir from the aspects of obtaining the geologic data, controlling fracture height, optimizing the fracturing fluid and separate layer fracturing technology. Key words: low permeability gas reservoir, separate layer fracturing, technology optimization, technical countermeasures.
第 16 卷第 6 期 文 章 编 号 ：1005-8907 （2009 ）06-115－03
断块油气田 FAULT-BLOCK OIL & GAS FIELD
2009 年 11 月
低渗透气藏分层压裂难点及对策
王 松 1 春 兰 2 杨兆中 1
（1.西南石油大学油气藏地ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ及开发工程国家重点实验室，四川 成都 610500；2.四川石油管理局能源公司，四川 成都 610000）
随着勘探工作的逐步深入，低孔、低渗、高含水油 气藏的发现越来越多，其开采难度逐渐增大。此类油气 藏为了投产或者提高产能， 进行水力压裂已是必不可 少 的 增 产 措 施 ［1］。
从油气田整体开发角度看， 油气藏在纵向上普遍 存在多个储集层位。因此，多层压裂已成为降低单井施 工成本、提高整体开发效益的重要措施之一［2］。 从现场 具体的施工角度来看，通过分层压裂技术，减少了起下 作业次数，缩短了作业周期，降低了作业费用。目前，尽 管川西地区低渗透气藏在分层压裂方面做了许多工 作，也取得了一定的进展和成果，但在分层改造效果的 稳定性方面， 与国外分层压裂技术相比还存在一定的 差距。主要原因是受地质条件的限制和设备的制约，使 得改造难度增大。为此，迫切需要研究出配套的低渗透 气藏分层压裂工艺和装备， 实现在复杂地质条件下勘 探开发的突破。
根据计算地应力差值， 从理论上分析该井采用投 球选层压裂及其设计方案都是可行的，但是，由于对地 层复杂情况估计不足和受施工泵压的限制， 油管注入 压裂遂宁组时施工压力过高， 不得不提前结束压裂施 工，没有达到对遂宁组多层段投球分层改造的目的。 2.3 难点分析
川西地区苏码头构造在分层改造工艺上取得了一 定进展，并获得了较好的增产效果。 结合 A 井和 B 井 的具体施工数据（见表 1），从典型井施工中总结出川 西苏码头构造分层改造所面临的主要问题。
收 稿 日 期 ：2008-10-13 ；改 回 日 期 ：2009-09-09 。 作者简介：王松，男，1984 年生，油气田开发工程专业在读硕士研 究 生 ， 主 要 从 事 油 气 藏 开 发 与 改 造 方 面 的 研 究 。 E -mail： 48775755@qq.com。
115
2009 年 11 月
3 关键技术探讨
3.1 地质资料分析 目前，对于低渗透气藏普遍强调采用低成本、高效
开发模式，地质资料可能获取困难或者不完整，这就为 以后的分层压裂改造设计带来了一定的困难。 为保证 分层压裂能够有效进行，必须准确掌握储层构造、地应 力分布、弹 性 模 量 及 泊 松 比 等 岩 石 力 学 参 数 ； ［7-8］ 对 于 数据不完整这种情况， 一般通过邻井或者同一构造相 同位置的数据进行对比分析，在压裂设计时，优选出最 适合该层段的分层改造工艺。 3.2 缝高有效控制技术
2 分层压裂实例
苏码头构造侏罗系气藏前期改造主要以水力加砂 压裂为主，酸化解堵为辅，分层改造的方式也以封隔器 分层为主［4］。 通过对显示层段进行必要的改造，取得了 较高的增产效果，但也存在有不足之处。
2.1 封隔器分层压裂 2007 年 6 月，对 A 井遂宁组的 2 个层段（1 656.9～
1 664.0 m 和 1 771.0～1 774.2 m）进行了分层加砂压裂 施工，改造层段之间采用 Y241 型封隔器封隔。 上层段 累 计 注 液 量 131.95 m3， 支 撑 剂 量 38.95 t， 破 裂 压 力 33.9 MPa，平均排量 3.42～3.44 m3·min-1，平均加砂质量 浓度 480 kg·m-3；下层段累计注液量 102.51 m3，支撑剂 量 11.26 t，破裂压力 40.4 MPa，平均排量 3.5～3.64 m3· min-1，平均加砂质量浓度 204 kg·m-3。 该井进行分层压 裂后，由原先的微气达到 10 729 m3·d-1 的测试产能。 2.2 封隔器-投球分层压裂
断
块
油
气
田
第 16 卷第 6 期
和度较高；孔隙度差异大，连通性不好；孔隙结构复杂， 孔隙度和渗透率相关性差。储层黏土矿物以伊利石、绿 泥石为主。敏感性试验和水锁试验表明，储层为中—强 水敏、速敏和盐敏、严重水锁。 1.2 不同储层非均质性差异大
苏码头构造河道砂体发育，横向可对比性较好。储 层岩性以紫红、棕红色泥岩为主，夹灰绿色薄—中厚层 状细砂岩和粗粉砂岩。 储层沉积环境和沉积条件决定 了其严重的非均质性。 所以，在不同的井区，甚至同一 口井的不同取心段，孔隙度和渗透率差别较大，平面和 纵向非均质程度十分严重， 渗透率相差可达 3 个数量 级，且含气砂体展布规模较小，储层薄，单井产能低。 1.3 产层与隔层间的应力差及层间距明显
第 16 卷第 6 期
王 松，等：低渗透气藏分层压裂难点及对策
2009 年 11 月
裂工具，若继续使用同种类的封隔设备，就可能造成坐 封位置不准，或者封隔效果不好等情况。 2.3.3 不动管柱压裂三层工艺不成熟
前期的 分 层 压 裂 主 要 采 用 Y211、Y241 型 封 隔 器 的油套分注压裂，分层层数为 1～2 层，分层一次压裂管 柱压裂 3 层及 3 层以上的分层压裂工艺尚不成熟。
2007 年 1 月，对 B 井遂宁组进行压裂改造。 压裂 施工排量 2.8～3.0 m3·min-1，施工压力 28～34 MPa。 当加 砂质量浓度增加到 220 kg·m-3 时，压力由 34 MPa 继续 上升，在停砂降排量后，压力继续升高，接着顶替，停止 压裂施工，该层未完成设计加砂任务。本次施工累计加 砂量 7 t，注入地层液量 68.2 m3。
各含气层与隔层的应力差较为明显， 改造层段的 隔层厚度大，遮挡性好，缝高能得到较好的控制，适合 采用分层改造工艺。 苏码头构造侏罗系地层埋藏垂直 深度浅，各井层的储层埋藏深度差异较大（660～2 211 m）。 由于这些砂层在构造的不同区域分布的规模、厚 度、范围各不相同，并在纵向上呈交错状叠置。因此，在 构造的不同部位， 其砂体间距纵向上变化差异相对较 大，这为气藏选择多层分层改造工艺提供了可能。
摘 要 在目前的油气资源中，难动用储量所占的比例日益增大，且多数都具有储层层系多、间距小及物性条件差等 特点。因此，分层压裂工艺已成为此类油气藏投产、增产的主要方法。但目前分层压裂存在着改造风险性高、难度大、增产效 果不明显等难题。 结合川西苏码头构造的气藏地质实际，分析了 A、B 两口典型施工井在分层压裂中存在的问题，从地质资 料分析、缝高控制、低伤害压裂液优选及分层压裂工艺设计优化等方面，提出了低渗透气藏分层改造的关键技术对策。
Wang Song1 Chun Lan2 Yang Zhaozhong1 (1.State Key Lab of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation, Southwest Petroleum University, Chengdu 610500, China;
40.4
3.7
580
0
10 729
B 遂宁组 1 140.0～1 143.0 964.62～962.33 Y211
32.3
3.5
223
微气
微气
2.3.1 多层分压、合压选层的标准缺乏 层间距和层间应力差是决定是否具备分压条件的
关键参数 。 ［5-6］ 由于缺少部分井相关储层的力学参数及 分层压裂选井、选层标准，使得在储层改造中，分层压 裂部分施工井出现串层问题； 而对于层间距过大的几 个井段，实施合压又往往出现其中部分井段压不开，而 只是仅仅改造了最小主应力值相对较小的单层， 无法 对纵向上各个储层进行综合改造。
116
2.3.2 分层压裂方式及工具单一 B 井遂宁组采用了封隔器-投球分层压裂，其他井
采用封隔器分层压裂。 由于缺少岩石力学特征和地应 力方面的资料，为分层压裂设计带来了一定难度，这也 是该井施工失败的其中一个主要原因。 本区改造效果 不稳定，说明了气藏的非均质性较强。
由于改造方式单一，故工具选用的范围较小。对于 不同的地质构造或井身结构， 缺少有针对性的分层压
表 1 苏码头构造典型井压裂施工数据
井号 施工层位
施工井段/ m
封隔器 下 放 位 置 /m
封隔器 最高压力/ 最高排量/
加砂质量
压前产量/ 压后产量/
型号
MPa
（m3·min-1） 浓度/（kg·m-3） （m3·d-1）
（m3·d-1）
A 遂宁组 1 752.5～1 768.2 1 644.7～1 643.6 Y211
中 图 分 类 号 ：TE357.1+3
文 献 标 识 码 ：A
Difficulties of separate layer fracturing technology for low permeability gas reservoir and its countermeasures
1 气藏特征
川西地区苏码头构造储层属于典型的低孔、低渗、 低丰度、高含水饱和度及低效、难采气藏［3］。 纵向上具 有储层薄、 物性条件差、 横向上储层物性变化大等特 点。结合该区块蓬莱镇组、遂宁组及沙溪庙组的具体实 例，总结出了低渗透多层系气藏的主要特征。 1.1 渗透率、孔隙度低，含水饱和度高
苏码头构造储层埋藏较浅，一般在 1 220～1 860 m， 储层温度 45～55 ℃， 气藏单层有效厚度大于 10 m，且 裂缝不发育。各组储层的渗透率和孔隙度较低，含水饱
2.Energy Company of Sichuan Petroleum Administration Bureau, SINOPEC, Chengdu 610000, China) The proportion of difficult-to-produce reserves are gradually increasing in oil and gas resources, and most of them have the characteristics of multiple layer systems, small interspace and poor physical property of reservoirs. The separate layer fracturing technology is an essential method for commissioning and stimulation of this kind of reservoir. However, there are some difficulties of separate layer fracturing on high risk, great difficulty and inapparent stimulation effect. Combined with the geologic situations for the gas reservoir of Sumatou Formation in western Sichuan, this paper analyzes the problems existed in separate layer fracturing of Well A and B, and proposes the countermeasures for improving the high efficiency fracturing technology for low permeability gas reservoir from the aspects of obtaining the geologic data, controlling fracture height, optimizing the fracturing fluid and separate layer fracturing technology. Key words: low permeability gas reservoir, separate layer fracturing, technology optimization, technical countermeasures.
第 16 卷第 6 期 文 章 编 号 ：1005-8907 （2009 ）06-115－03
断块油气田 FAULT-BLOCK OIL & GAS FIELD
2009 年 11 月
低渗透气藏分层压裂难点及对策
王 松 1 春 兰 2 杨兆中 1
（1.西南石油大学油气藏地ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ及开发工程国家重点实验室，四川 成都 610500；2.四川石油管理局能源公司，四川 成都 610000）
随着勘探工作的逐步深入，低孔、低渗、高含水油 气藏的发现越来越多，其开采难度逐渐增大。此类油气 藏为了投产或者提高产能， 进行水力压裂已是必不可 少 的 增 产 措 施 ［1］。
从油气田整体开发角度看， 油气藏在纵向上普遍 存在多个储集层位。因此，多层压裂已成为降低单井施 工成本、提高整体开发效益的重要措施之一［2］。 从现场 具体的施工角度来看，通过分层压裂技术，减少了起下 作业次数，缩短了作业周期，降低了作业费用。目前，尽 管川西地区低渗透气藏在分层压裂方面做了许多工 作，也取得了一定的进展和成果，但在分层改造效果的 稳定性方面， 与国外分层压裂技术相比还存在一定的 差距。主要原因是受地质条件的限制和设备的制约，使 得改造难度增大。为此，迫切需要研究出配套的低渗透 气藏分层压裂工艺和装备， 实现在复杂地质条件下勘 探开发的突破。
根据计算地应力差值， 从理论上分析该井采用投 球选层压裂及其设计方案都是可行的，但是，由于对地 层复杂情况估计不足和受施工泵压的限制， 油管注入 压裂遂宁组时施工压力过高， 不得不提前结束压裂施 工，没有达到对遂宁组多层段投球分层改造的目的。 2.3 难点分析
川西地区苏码头构造在分层改造工艺上取得了一 定进展，并获得了较好的增产效果。 结合 A 井和 B 井 的具体施工数据（见表 1），从典型井施工中总结出川 西苏码头构造分层改造所面临的主要问题。
收 稿 日 期 ：2008-10-13 ；改 回 日 期 ：2009-09-09 。 作者简介：王松，男，1984 年生，油气田开发工程专业在读硕士研 究 生 ， 主 要 从 事 油 气 藏 开 发 与 改 造 方 面 的 研 究 。 E -mail： 48775755@qq.com。
115
2009 年 11 月
3 关键技术探讨
3.1 地质资料分析 目前，对于低渗透气藏普遍强调采用低成本、高效
开发模式，地质资料可能获取困难或者不完整，这就为 以后的分层压裂改造设计带来了一定的困难。 为保证 分层压裂能够有效进行，必须准确掌握储层构造、地应 力分布、弹 性 模 量 及 泊 松 比 等 岩 石 力 学 参 数 ； ［7-8］ 对 于 数据不完整这种情况， 一般通过邻井或者同一构造相 同位置的数据进行对比分析，在压裂设计时，优选出最 适合该层段的分层改造工艺。 3.2 缝高有效控制技术
2 分层压裂实例
苏码头构造侏罗系气藏前期改造主要以水力加砂 压裂为主，酸化解堵为辅，分层改造的方式也以封隔器 分层为主［4］。 通过对显示层段进行必要的改造，取得了 较高的增产效果，但也存在有不足之处。
2.1 封隔器分层压裂 2007 年 6 月，对 A 井遂宁组的 2 个层段（1 656.9～
1 664.0 m 和 1 771.0～1 774.2 m）进行了分层加砂压裂 施工，改造层段之间采用 Y241 型封隔器封隔。 上层段 累 计 注 液 量 131.95 m3， 支 撑 剂 量 38.95 t， 破 裂 压 力 33.9 MPa，平均排量 3.42～3.44 m3·min-1，平均加砂质量 浓度 480 kg·m-3；下层段累计注液量 102.51 m3，支撑剂 量 11.26 t，破裂压力 40.4 MPa，平均排量 3.5～3.64 m3· min-1，平均加砂质量浓度 204 kg·m-3。 该井进行分层压 裂后，由原先的微气达到 10 729 m3·d-1 的测试产能。 2.2 封隔器-投球分层压裂
断
块
油
气
田
第 16 卷第 6 期
和度较高；孔隙度差异大，连通性不好；孔隙结构复杂， 孔隙度和渗透率相关性差。储层黏土矿物以伊利石、绿 泥石为主。敏感性试验和水锁试验表明，储层为中—强 水敏、速敏和盐敏、严重水锁。 1.2 不同储层非均质性差异大
苏码头构造河道砂体发育，横向可对比性较好。储 层岩性以紫红、棕红色泥岩为主，夹灰绿色薄—中厚层 状细砂岩和粗粉砂岩。 储层沉积环境和沉积条件决定 了其严重的非均质性。 所以，在不同的井区，甚至同一 口井的不同取心段，孔隙度和渗透率差别较大，平面和 纵向非均质程度十分严重， 渗透率相差可达 3 个数量 级，且含气砂体展布规模较小，储层薄，单井产能低。 1.3 产层与隔层间的应力差及层间距明显
第 16 卷第 6 期
王 松，等：低渗透气藏分层压裂难点及对策
2009 年 11 月
裂工具，若继续使用同种类的封隔设备，就可能造成坐 封位置不准，或者封隔效果不好等情况。 2.3.3 不动管柱压裂三层工艺不成熟
前期的 分 层 压 裂 主 要 采 用 Y211、Y241 型 封 隔 器 的油套分注压裂，分层层数为 1～2 层，分层一次压裂管 柱压裂 3 层及 3 层以上的分层压裂工艺尚不成熟。
2007 年 1 月，对 B 井遂宁组进行压裂改造。 压裂 施工排量 2.8～3.0 m3·min-1，施工压力 28～34 MPa。 当加 砂质量浓度增加到 220 kg·m-3 时，压力由 34 MPa 继续 上升，在停砂降排量后，压力继续升高，接着顶替，停止 压裂施工，该层未完成设计加砂任务。本次施工累计加 砂量 7 t，注入地层液量 68.2 m3。
各含气层与隔层的应力差较为明显， 改造层段的 隔层厚度大，遮挡性好，缝高能得到较好的控制，适合 采用分层改造工艺。 苏码头构造侏罗系地层埋藏垂直 深度浅，各井层的储层埋藏深度差异较大（660～2 211 m）。 由于这些砂层在构造的不同区域分布的规模、厚 度、范围各不相同，并在纵向上呈交错状叠置。因此，在 构造的不同部位， 其砂体间距纵向上变化差异相对较 大，这为气藏选择多层分层改造工艺提供了可能。
摘 要 在目前的油气资源中，难动用储量所占的比例日益增大，且多数都具有储层层系多、间距小及物性条件差等 特点。因此，分层压裂工艺已成为此类油气藏投产、增产的主要方法。但目前分层压裂存在着改造风险性高、难度大、增产效 果不明显等难题。 结合川西苏码头构造的气藏地质实际，分析了 A、B 两口典型施工井在分层压裂中存在的问题，从地质资 料分析、缝高控制、低伤害压裂液优选及分层压裂工艺设计优化等方面，提出了低渗透气藏分层改造的关键技术对策。
Wang Song1 Chun Lan2 Yang Zhaozhong1 (1.State Key Lab of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation, Southwest Petroleum University, Chengdu 610500, China;
40.4
3.7
580
0
10 729
B 遂宁组 1 140.0～1 143.0 964.62～962.33 Y211
32.3
3.5
223
微气
微气
2.3.1 多层分压、合压选层的标准缺乏 层间距和层间应力差是决定是否具备分压条件的
关键参数 。 ［5-6］ 由于缺少部分井相关储层的力学参数及 分层压裂选井、选层标准，使得在储层改造中，分层压 裂部分施工井出现串层问题； 而对于层间距过大的几 个井段，实施合压又往往出现其中部分井段压不开，而 只是仅仅改造了最小主应力值相对较小的单层， 无法 对纵向上各个储层进行综合改造。
116
2.3.2 分层压裂方式及工具单一 B 井遂宁组采用了封隔器-投球分层压裂，其他井
采用封隔器分层压裂。 由于缺少岩石力学特征和地应 力方面的资料，为分层压裂设计带来了一定难度，这也 是该井施工失败的其中一个主要原因。 本区改造效果 不稳定，说明了气藏的非均质性较强。
由于改造方式单一，故工具选用的范围较小。对于 不同的地质构造或井身结构， 缺少有针对性的分层压
表 1 苏码头构造典型井压裂施工数据
井号 施工层位
施工井段/ m
封隔器 下 放 位 置 /m
封隔器 最高压力/ 最高排量/
加砂质量
压前产量/ 压后产量/
型号
MPa
（m3·min-1） 浓度/（kg·m-3） （m3·d-1）
（m3·d-1）
A 遂宁组 1 752.5～1 768.2 1 644.7～1 643.6 Y211