摘要：实践证明，压裂改造储层是高效开发气藏的有效手段，其优化设计是需要考虑的重要方面。根据Elkins理论，储层渗透率越低，施工规模愈大，支撑裂缝越长，压裂后产量越高。但作业现场表明，透镜砂岩储层的压后产量与压裂规模的关系并不完全遵循Elkins理论，即压裂后的产量不单纯随着压裂规模的增大而增加，而存在一个适度的最优化压裂规模问题。为此，以四川盆地马井气田侏罗系蓬莱镇组储层为例，从地质构造、矿物沉积等角度分析了透镜状砂岩储层的成因和特点，从地应力方向、储层展布特征、裂缝评估、试井分析、压后效果统计等方面论证了透镜状砂岩储层对压裂规模的限制作用。基于储层厚度、砂体横向展布及压裂裂缝延伸特征，提出了透镜状砂岩储层压裂改造优化设计的方法，并成功地进行了现场应用。其成果对于我国类似透镜状砂岩储层的压裂优化设计具有指导借鉴作用。

关键词：储集层；砂岩；低渗透；透镜状；压裂；设计；优化；应用

    我国拥有丰富的低渗透油气资源，压裂改造是实现其高效开发的有效手段^[1～3]。按照Elkins理论，储层渗透率越低，施工规模越大，改造效果越好。矿场实践表明，该理论并不适合于透镜体储层改造的优化设计。笔者以四川盆地马井气田侏罗系蓬莱镇组透镜状砂岩储层的改造优化设计为例，探讨了该类储层压裂改造的优化设计方法。前期压裂实践表明：大多数气井压裂后均能获得产量；施工规模增加到一定程度后，产量不再增加；支撑裂缝长度一般小于150m，低于Elkins理论的优化结果。分析认为Elkins方法对于横向展布良好的储层具有很好的可靠性，但对于透镜状砂岩储层的压裂优化时必须考虑储层展布对压裂规模的影响。

    马井气田蓬莱镇组储层沉积微相以不同环境的河道叠置砂体、三角洲前缘河口坝、席状砂和滨岸滩坝砂沉积为主，具有纵向叠置、呈带状、透镜体分布的特点，有利的油气富集的微相主要有曲流河道和分流河道，储层的连通性和成层性差，孔隙度介于2.95%～7.49%，渗透率介于0.096 8～0.3419mD。蓬莱镇组气藏实质上是由储集砂体内不同级别的储渗体构成，在开发中具有以下特征：①相邻井间没有发现明显的井间干扰；②投产一段时间后的井与新投产邻井压力差别较大；③动态、静态资料预测储集体的半径为76～328m，主要分布在100～200m之间。

    分析表明：马井气田蓬莱镇组储层是由多个河道砂体叠置而成，各砂体间常会出现一些因沉积环境改变而造成的岩性界面，表面上看起来似层状，却又彼此隔绝；在相似的岩性体内，就形成了若干个储集体，而不同的岩性体中由于裂缝的改造作用也可分布在同一个储集体。由于各个储集体连通性差，所以一个储集体就是一个基本的储集单元，也即是一种特殊的油气藏。蓬莱镇组气井压裂后产量的高低主要受到这些储集体单元大小的控制，最优的压裂规模就是支撑裂缝长度穿过整个储集体。

    综合岩心波速各向异性试验、井壁崩落、微地震监测等方法，确定马井气田蓬莱镇组气藏主应力方位为110°～130°。根据曲流河、分流河形成的古地理环境以及前期勘探、开发资料表明，压裂裂缝基本上与河道方向相垂直^[4]，而分流河、曲流河相砂岩体的横向展布有限，这就为蓬莱镇组储层的改造优化设计提供了依据。

    河流相砂岩体宽度与厚度具有较好的正相关关系(表1)。何自新等^[5]通过野外调查发现：当砂岩体厚度为5m时，曲流河道砂岩体的平均宽度为100m，分流河道砂岩体的平均宽度为180m。蓬莱镇组砂岩体厚度5～15m，预测砂岩体宽度100～900m。考虑改造裂缝长度为砂岩体宽度的一半，优化蓬莱镇组的支撑半缝长为50～450m。

 

    对蓬莱镇组4口井的统计结果(表2)表明：加砂强度1.8～2.6m³/m，拟合裂缝半长150.8～187.9m、微地震监测裂缝半长107.5～153.0m、压力恢复解释裂缝半长61.3～102.0m。可以看出人工裂缝半长并不随着加砂强度的增加持续增加。压裂井的压力恢复曲线也得到了直观地解释：当压后气井关井恢复产生的压力响应穿过大小、特性不一的透镜状砂岩储集体时，在储集体内曲线特征表现出具有压裂井有限导流垂直裂缝井特征，但内区的响应过渡段之后，气藏显示出相应于外层的均质特征，双对数曲线有明显上翘。典型井如MP104的压力恢复曲线(图1)，内区半径为61.3m，即61.3m之外的地层物性变差，裂缝延伸到非渗透泥岩隔层，渗透率减小。

 

    图2是蓬莱镇组压裂后无阻流量与加砂强度间的统计结果，加砂强度一般在2.1～3.1m³/m、压后无阻流量1.714×10⁴～1.948×10⁴m³/m。当加砂强度大于2.2m³/m时，随着加砂强度进一步增加，压后无阻的增加并不显著；而且随着压裂规模增加，入地液量不断增大，压裂液对储层的伤害愈严重，反而降低了改造效果，这也从侧面反映了储层的河道沉积横向展布对压裂规模具有很强的限制作用。

 

    储渗体规模的大小，决定了蓬莱镇组气井压后产能的高低，优化的压裂设计就是要使人工裂缝恰到好处的沟通展布整个储渗体。水力压裂的裂缝尺寸大小主要受到地应力分布、岩石力学参数、储层物性、施丁参数等因素的综合影响，其中地应力和岩石力学参数的影响最大。由于蓬莱镇组储层形成时的特殊沉积环境——砂岩储集体位于中心而特低渗透的砂泥岩或致密泥岩在三维空间上形成它的封隔层。邻近储渗体的砂泥岩和泥岩就成为控制蓬莱镇组储层改造时的裂缝延伸的主控因素。泥岩在围压下易于产生塑性变形，这使的深埋地层条件下的泥岩呈近似水静力平衡状态，其地应力值也大于邻近砂岩地层^[6～7]。

    对蓬莱镇组储层进行压裂时，压裂裂缝在储集体(砂岩储层内)延伸时比较容易。当裂缝延伸到储渗体周围的致密封隔层时，由于封隔层地应力增加以及泥岩产生塑性变形的特点，使得裂缝延伸受阻，裂缝延伸的净压力增加，施工压力急剧上升。继续施工，增加了砂堵概率；另一方面，由于裂缝延伸进入了非储层段，形成无效裂缝。这也正是压裂规模增加到一定程度后，压后无阻流量不再增加的原因(图3)。

 

   根据前期压裂统计结果：只有当压裂规模与储渗体大小匹配时，才能得到较为理想的增产效果。针对蓬莱镇组前期增产具有一定效果的井的压力恢复曲线解释结果，表明裂缝的有效长度都在74.8m左右，且大多数在61.3～71.7m范围(表2)。根据河道沉积砂岩体厚度资料，预测储渗体半径在50～450m之间。压裂时只有将裂缝长度控制在这个范围内，施工才会比较顺利，而且形成的支撑裂缝才是有效裂缝。根据砂体的横向展布规模，优化的裂缝长度能够恰好控制整个储集体，并且人工裂缝具有一定的导流能力。根据蓬莱镇组储层的储层厚度、产隔层情况以及岩石力学等参数为：产层厚度10m，渗透率0.3mD，隔产层应力差5MPa，压裂液基液黏度50mPa·s，稠度参数2.37mPa·s，流态指数0.5322，滤失系数2×10^-4m/min^1/2。结合FracproPT裂缝延伸模拟软件，推荐马井气田蓬莱镇组储层的施工参数为：排量3.0～4.0m³/min，加砂强度2.0～3.0m³/m，平均砂比18.0%～25.0%，前置液比例32.0%～38.0%，就能够形成支撑半缝长125.0～200.5m、有效裂缝长度62.2～95.5m、导流能力14.0～20.0μm²·cm的人工裂缝(图4)，能够满足储层增产的需要。

 

    针对由于曲流河道、分流河道砂岩体的沉积成因，分析了储层在横向发育程度有限以及展布范围与储层厚度密切相关的特点。该类储层在优化压裂规模时不能照搬常规的Elkins理论。笔者以川西蓬莱镇组河道砂岩体储层为例，分析了透镜状砂岩储层的压裂优化设计的基本原理和方法，推荐了该类储层的压裂规模优化设计方法。形成了蓬莱镇组储层的优化设计参数：排量3.0～4.0m³/min，加砂强度2.0～3.0m³/m，平均砂比18.0%～25.0%，前置液比例32%～38%。现场实践表明，增产效果显著。

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(本文作者：曾凡辉¹ 郭建春² 1.西南石油大学地质资源与地质工程博士后科研流动站；2.“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室·西南石油大学)