拓荒勘探“处女地” “神器”聚力“破顽石”

   为增加勘探新区油气储量和产量,一年多来,江汉油田工程院成立攻关团队,围绕勘探新区红星地区和复兴地区的川东侏罗系、二叠系、寒武系等多类型油气藏高质量增储目标,在储层改造技术领域,强化思路、技术创新,形成高模量页岩高能促缝改造技术和高粘土陆相页岩密布缝暂堵压裂技术,支撑了“新区块、新层系、新类型”非常规油气资源勘探突破,近日分别获得中国石化集团公司2021年度油气勘探重大发现特等奖、一等奖。

勘探“处女地”的“顽石病”

红星地区二叠系吴家坪组页岩属于非常规页岩,在国内没有开发先例,属于勘探“处女地”,对工程院而言,其是一个全新的工作对象,设计该页岩层位的压裂方案尚属首次。压裂方案设计需要覆盖前期地质认识到工程实施多个工作环节,但由于该页岩层位处于勘探部署阶段,是地质评价新区块,只部署了两口评价井,资料丰富度、准确度受到限制,有很多未知、不确定东西,工程院攻关团队感到压裂方案从设计到实施难度很大。

工程院攻关团队发现,地层施工时设备压力很高,压开岩石难度大。“我们攻关团队经过分析,发现储层里碳酸盐含量高,导致岩石的弹性模量(反映岩石硬度的力学参数)大,质地坚硬,同时特殊沉积环境导致储层非均质性很强,岩性变化很大,导致岩石抗张强度高,如果地面设备提供的能量不足,就难以支撑目的层位裂缝向前延伸,裂缝经常走一半停下来,或者走走停停,不顺畅。如果遇到特殊的天然裂缝,造缝的常规减阻水从裂缝中滤失,无法持续有效造缝,导致缝宽很窄或不开启,后期出气效果不好,影响单井控制储量。”工程院副院长李奎东说。

复兴区块储层也存在自身问题。该区块储层储量动用面积比较大,是江汉油田未来重要的油气资源接替阵地,在沉积上属于陆相页岩油气,和涪陵气田海相页岩气差异明显。该区块储层早期构造和沉积导致岩性比较复杂,自上而下有多套层系,包括东岳庙、凉高山、大安寨,每套层系的油气相态不一样,包括凝析油气、挥发性气藏,油气经常处于混合状态,开采过程中储层流体随着温度和压力的变化,油气经常相互转化,相态复杂多变,气经常变成油,原油中蜡质粘稠,堵塞住泄流通道,造成产量下降,同时岩石灰质、砂质隔夹层发育,页岩黏土矿物含量很高,黏土矿物遇压裂水膨胀,易堵住岩石孔喉,导致储层岩石的渗透率、导流能力下降,油气从基质孔隙里无法产出,加上页岩黏土矿物岩性具有低脆性、高塑性特征,石头不易发生剪切破裂,成缝形态简单、敏感性强等特点。2011-2012年期间,先后在涪页HF-1、涪页2-2HF及涪页6-2HF井采取常规改造工艺时,发现被改造储层不容易形成复杂缝网,改造开发效果不理想,整个区块一直没有实现勘探突破。

红星地区:聚集能量,打破顽石

   针对红星地区吴家坪组页岩碳酸盐岩含量高质地坚硬、地层非均质性强,导致工程改造困难的情况,工程院攻关团队积极采取措施进行科研攻关。

2020年,工程院攻关团队设计红页1井压裂方案时,工程院攻关团队决定借鉴常规海相页岩压裂思路,通过大规模改造红星地区吴家坪组页岩,扩大改造体积,将地层压得更碎,造成复杂缝网,制造更多更密集的泄气通道,让气体出来。

确定思路后,工程院攻关团队最初借鉴涪陵气田海相页岩气开发经验,采用一般的海相页岩减阻水体系改造吴家坪组页岩。“我们发现,海相页岩减阻水体系的压裂液体黏度低,比较平滑,很容易流入细小裂缝,但是黏度低,聚合力不够,好比手指张开,无法握成拳头,打不开岩石,不适合打开吴家坪组页岩质地特别坚硬的碳酸盐岩石。” 工程院首席专家华继军说。

工程院攻关团队迅速调整思路,优化施工方案,针对储层岩石质地坚硬的特点,决定采取聚能造缝方法。为了聚集能量打开坚硬的岩石,就要提升压裂液黏度,工程院攻关团队经过选择,决定使用高黏度的冻胶作为前置压裂液。同时,调整射孔枪射孔参数,减少射孔簇数,聚集能量集中射孔制造主要裂缝。针对碳酸盐岩石质地坚硬,压裂出的缝宽普遍较窄,用中、大粒径砂粒无法进入并支撑狭窄裂缝的情况,工程院攻关团队转变思路,增加适合进入狭窄裂缝的小粒径砂粒在压裂裂缝支撑剂中的占比。“裂缝离井筒越远,缝宽越窄,用小粒径砂粒支撑远端裂缝,配合中、大粒径砂粒支撑近端裂缝,可以提升压裂改造效果,增加泄气裂缝体积,提升页岩气产量。”工程院页岩气中心副主任高婷说。

针对吴家坪组页岩储层地层非均质性强,岩性变化大,施工条件复杂的情况,工程院攻关团队采取“少簇聚能”工艺和差异化设计施工方法。“吴家坪组页岩储层地层水平井有30多段,每一段地质条件差异极大,不能用同一种施工方法完成,我们采取一段一策,分析每一段穿行层位、天然裂缝特征、构造位置和地应力变化,分别进行地质信息精细评价,开展不同的压裂方案设计,总结上一段压裂经验,优化下一段压裂方案,叠加经验,保证现场实施效果。”工程院油田高级专家陈建达说。

2021年6月,红页2井应用以上新举措总结而成的“高模量页岩高能促缝改造技术”开展压裂设计和施工,11月现场试验成功,测试产量超过10万方/天,该技术今年3月至4月在红页1-2、1-3井组应用,目前两口井正分别以日产4万和5万方进行试采。该技术为红星地区二叠系新层系的勘探突破,为区块储量提交提供了有力的支撑。

复兴区块:分级施压,对症下药

   针对复兴区块陆相页岩油气储层油气相态不一样,复杂多变,页岩低脆性,导致产气困难的情况,工程院攻关团队积极采取措施进行科研攻关。

   2019年10月,工程院攻关团队设计涪页10井压裂方案时,针对页岩低脆性导致改造后形成的缝网简单,泄气缺乏裂缝通道的问题,团队经过分析,认为传统常规压裂施工工艺分段分簇的数量太少,导致储层岩石泄气缝隙较少,影响产气量。攻关团队将压裂重点工作调整为促进缝网复杂化。

传统暂堵转向工艺是压裂工具使用压裂液在水平段气井的储层岩石开启一条泄气裂缝后,为了集中压裂液形成拳头力量开启第二条裂缝,防止压裂液从第一条裂缝流走,暂时堵住第一条裂缝,让压裂液转向流向第二条裂缝的工艺。由于复兴区块陆相页岩油气储层具有粘土矿物主导低脆性特征,裂缝形态简单,使用过去小规模的暂堵工艺,改造面积提升有限,效果不理想。工程院攻关团队优化调整,采用暂堵球加暂堵剂的复合暂堵,分批次转向,保证多簇均衡开启和扩展。“以前施工时,投一次暂堵球,增加压裂液促缝压力不明显,现在多次施工中分批次级别多次投,先投一次球,看压力,没效果就再加一定液量,再投一次暂堵剂,根据实际情况增加压裂液促缝压力,暂堵转向概率增加,效果较好。这就好比治病吃药,不能指望一次大剂量服用就能痊愈,要根据治理效果,逐渐优化用药剂量和用药周期,使其更加适应疾病从而彻底消灭病毒。”工程院储改所副主任专家李保林说。

针对复兴区块陆相页岩油气储层油气两相,以及页岩黏土矿物遇水膨胀,堵塞泄流通道的问题,工程院攻关团队优选防膨、黏土抑敏性能更好的单剂加入压裂液中,减少液体进入储层岩石造成的黏土膨胀,保证油气从孔隙及裂缝正常产出。

2020年1月,涪页10HF井应用以上新举措总结而成的“高粘土低脆性陆相页岩密布缝暂堵压裂技术”开展压裂施工,4月现场完成测试求产,获日产气5.58万方,油17.6方工业油气流。

   “该技术成功实施,助力江汉油田复兴区块成为中石化页岩油勘探开发的重要阵地,支撑油田和集团公司稳产上产,同时有望形成一套陆相页岩油气储层改造系列技术,对类似的致密油气、非常规油气开发具有重要借鉴意义。”工程院首席专家肖佳林说。


关键字:“处女地” “破顽石”
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