地质工程一体化系列 | 开发实践——芦草沟组页岩油

刘萝卜锅

本文转自微信公号“TechOil”
微信号“阿什卡国际油气软件”（ESSCAGROUP）《地质工程一体化》系列文章连载中，敬请关注。

▽正文▽

研究背景：


准噶尔盆地吉木萨尔凹陷芦草沟组自首口水平井吉 172_H 井获得产量突破以来，围绕页岩油规模效益开发的目标，对10 口水平井开展体积压裂技术攻关试验，但生产效果均未达预期。

通过地质工程一体化联合，在确定 P2l22-2岩屑长石粉细砂岩层为优质甜点目标、明确优质甜点钻遇率是压后高产地质保障的基础上，分析了层理面和高强度泥岩隔层对人工裂缝纵向延伸能力的限制作用。

对比了已实施水平井的压裂改造参数差异，提出了水平井密切割、高强度体积改造的提产提效技术对策。

研究结论：

1、吉木萨尔凹陷芦草沟组页岩油发育多套、多类型甜点，明确优质甜点是实现高效开发的关键。

2、P2l22-2岩屑长石粉细砂岩层作为上甜点体中的优质甜点目标层，确保其钻遇率是水平井压后高产的地质保障。

3、受层理面和高强度泥岩隔层的影响，甜点体内人工裂缝纵向延伸能力受限。

以单一甜点层内改造为主，通过缩小裂缝间距、增大改造规模，

实施水平井密切割、高强度体积改造，可以实现目标层充分改造，是吉木萨尔凹陷页岩油水平井压后高产的工程保障。

研究流程：

1、吉 172_H 井压后生产曲线图（图1）；

2、压裂人工裂缝延伸情况模拟图（图2）；

3、微地震监测图（图3、图4）；

4、薄互层状地层人工裂缝纵向延伸机理（图5）；

5、页岩压裂物理模拟实验结果（图6）；

6、层理密度及渗透率对人工裂缝延伸的影响（图7、图8）；

7、吉木萨尔凹陷页岩油油层分类连井剖面图（图9）；

8、水平井不同裂缝间距裂缝形态模拟（图10）。

图文说明：

               

图1  吉172_H 井压后生产曲线图

吉172_H井压后见油速度快、含水下降快，6.5mm 油嘴自喷生产，最高日产油达到 69.5t；持续生产能力强，自喷期达 728 天，其后转抽生产。

截至2019 年 4 月底，该井已累计生产2145 天，累计产油21131t，平均日产油 9.85t（图1）。

通过与前期直井和同期水平井的对比，分析认为吉 172_H井取得突破的原因主要表现在两个方面：（1）钻遇油层厚、品质好。吉木萨尔凹陷页岩油上甜点体内纵向发育3套油层：

上部 P2l22-1砂屑云岩层、中部 P2l22-2岩屑长石粉细砂岩层、下部P2l22-3云屑砂岩层。

（2）油层纵向动用程度高。吉172_H 井轨迹位于中部油层，地应力评价显示甜点体内纵向应力差异小、 隔层遮挡能力差；

压裂模拟也显示大排量、大规模改造可有效沟通上下油层（图2），实现3套油层的整体动用，创造了压后高产的工程条件。

图2  压裂人工裂缝延伸情况模拟图

图3 Jx07 井微地震监测图

图4  Jx03 井微地震监测图

通过压裂改造实现层内6种岩相地层的沟通。

先导试验部署过程中以巴肯页岩油和吉 172_H井为参考，认为水平段轨迹只要位于上甜点体中，大排量、大规模压裂可有效改造整个甜点体，实现整体动用。
但先导试验水平井的微地震监测结果显示，井眼轨迹的纵向空间位置不同，人工裂缝纵向延伸特征也不同。

图5  薄互层状地层人工裂缝纵向延伸机理

图6  页岩压裂物理模拟实验结果

刘萝卜锅

微地震监测结果显现出明显的人工裂缝纵向穿层能力受限特征，分析认为造成这种现象的原因主要有以下两方面：

（1）甜点体内可能存在较强的遮挡层。

为了印证甜点体内可能存在较强的遮挡层，同步开展三轴应力、岩石力学特性实验和直井分层测试矿场试验。

通过对岩性进行精确分类描述，发现在甜点体内发育多套泥岩隔层，储隔层地应力评价显示，隔层 1 厚度小，与上下储层应力差小，封隔效果中等；

隔层 2 厚度大，与上下储层应力差异大，封隔效果好。

（2）页岩层理面限制了人工裂缝纵向延伸能力。

国内外研究表明，页岩层理发育会对人工裂缝的纵向和横向延伸形态造成影响。

吉木萨尔凹陷页岩油地层呈薄互层状，单层厚度为厘米级，在不同的地层条件、压裂工艺和施工参数作用下，人工裂缝会出现垂直纵向穿层、横向层理延伸和垂直偏转等延伸形态（图5）。

而通过物模实验模拟裂缝延伸情况，显示人工裂缝受薄互层作用，易沿层理不对称扩展并发生转折，纵向扩展受限（图6）。

图7  层理密度对人工裂缝延伸的影响

图8  层理面渗透率对人工裂缝延伸的影响

对页岩地层人工裂缝延伸规律开展数模研究，显示出水平层理与缝高扩展、缝网形成的关系：

对比不同层理密度，随着层理密度的增大，人工裂缝与层理面相交的可能性增大，更多的压裂液将渗入层理面，导致层理开启。

而在层理面渗透率方面，在层理面胶结较好，即渗透率较低的情况下，人工裂缝不太可能压开层理面；

但如果层理面本身弱胶结或存在一定的开度，即层理面具备一定渗透率，则压裂液很容易渗入层理面，导致层理开启。

层理开启会降低人工裂缝缝内净压力，制约水力裂缝在高度方向上的扩展能力，降低储层改造厚度。

图9  吉木萨尔凹陷页岩油油层分类连井剖面图

开展储层特征的精细研究，通过 16 口井、约400 层次的岩性、物性、微观孔隙结构、烃源岩特性、含油性等精细对比。

完成了甜点体内油层品质的综合评价，最终利用岩心含油性分析结果和核磁测井解释结果，将油层划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类。

对单井油层分类进行重新解释：

上甜点体中 P2l22-2油层纵向集中发育，以Ⅰ类油层为主，平均厚度为 6.7m，且平面上分布连续，油层品质最好；

而 P2l22-1油层内纵向细分为2～5 个小油层，平均跨度为 7.5m，以Ⅰ类和Ⅱ类油层为主，油层品质次之；

P2l22-3油层内分散发育多套小油层，平均跨度为 13.2m，以Ⅲ类油层为主，油层品质最差（图9）。

因此，P2l22-2油层成为潜在的优质甜点目标。

图10  水平井不同裂缝间距裂缝形态模拟国内外页岩油气资源的改造经验显示：

通过缩小裂缝间距、增大改造强度，对水平段实施体积改造，可以在页岩储层中形成具有较大波及体积的裂缝网络系统，缩短地层中的油气向高渗通道流动的距离，加快流动速度。

吉木萨尔凹陷页岩油人工裂缝数模和矿场试验研究，也证明密切割、高强度体积改造可以提高生产效果。（1）缩小裂缝间距可以增加裂缝的复杂程度，有效提高储层改造体积。

吉木萨尔凹陷页岩油水平两向应力差较大（8～12MPa），人工裂缝呈现双翼延伸特征。

模拟14m3/min 施工排量、段内射孔 3 簇、15m 和 25m 裂缝间距条件下的人工裂缝延伸情况，显示缩小裂缝间距后，近井筒地带裂缝复杂程度明显增加，提高了改造体积。（2）高强度改造有利于提升压后生产效果。

在改造规模方面，吉 172_H 井支撑剂用量较高，加砂强度达到 1.5m3/m，而先导试验水平井加砂强度为 0.75～1.0m3/m，仅为吉172_H 井的 50%～60%，对压后生产效果也造成一定的影响。

以生产效果最好的 Jx18 井为例，该井水平段长度为 1800m，其中优质甜点 P2l22-2油层钻遇长度为 1002m，与吉 172_H 井基本相当，具备较好的地质基础。

两口井均采用裸眼封隔器 + 投球滑套工艺实施分段改造，裂缝间距和施工参数均相近。

但 Jx18 井的加砂强度仅为0.94m3/m，约为吉 172_H 井的 60%，投产半年后累计产油量较吉 172_H 井低近 50%；

说明改造规模也是吉 172_H 井高产的关键因素。因此，需保证水平井获得足够的改造强度。

文献来源：吴宝成,李建民,邬元月,韩乐,赵廷峰,邹雨时.准噶尔盆地吉木萨尔凹陷芦草沟组页岩油上甜点地质工程一体化开发实践[J].中国石油勘探,2019,24(05):679-690.

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