致密砂岩气藏开发工程技术研究

于蔚兰　张龙龙　李艳文　方园

摘 要 致密砂岩气藏具有低孔低渗、裂缝发育、局部超低含水饱和度、高毛管压力、地层压力异常、高损害潜力等工程地质特征。实践证明，贯彻储集层保护与改造并举的方针，实现全过程储集层保护是致密砂岩气藏及时发现、准确评价和经济开发的重要保证。建议加强致密砂岩岩石物理学基础研究，重视特殊工艺井的钻井及完井储集层保护配套技术应用，大力提高增产改造技术的适应性，形成针对不同类型致密砂岩气藏的配套技术系列。

关键词 致密砂岩 气藏 储集层保护 储集层损害 增产改造

中图分类号：TE372 文献标识码：A

致密砂岩气藏是指孔隙度、渗透率、含气饱和度低、含水饱和度高、天然气在其中流动速度较为缓慢的砂岩气层中的天然气藏。与常规气藏相比，致密砂岩气藏裂缝发育，基块致密，具有特殊的纳微观储渗结构以及强烈的多尺度特性，导致天然气产出过程更加复杂。低致密砂岩气藏物性差，埋藏深，天然丰度低，还表现为低孔低渗、裂缝发育、局部低含水饱和度、高毛管压力、地层压力异常、高损害潜力等工程地质特征。

致密砂岩气藏“先天发育不足”的特性决定了实施增产改造是其经济开发的必然选择，“后天易损害”特性又对各项工程作业的储集层保护能力提出了严格要求。毫无疑问，应以“全过程储集层保护”为指导思想，在钻井、完井、中途测试、测井、固井、射孔、完井测试、增产改造和气藏开采中切实保护好气藏，并带动各项工程作业技术水平的全面提升，才能保证致密砂岩气藏的成功勘探开发。与常规气藏相比，低渗透气藏通常需要经过大型改造措施（水力压裂）或者需要更先进的开发技术和更高质量的钻井技术才能产出工业性气流。

1提高致密砂岩气藏产能的增产改造技术

致密砂岩气藏低孔低渗的地质特征使得开发这类气藏时一般需要进行压裂增产改造。四川盆地致密砂岩改造以应用大型水力压裂为主，在川中八角场、川西新场等地取得了较好的效益。在鄂尔多斯盆地北部对压裂改造措施也进行了一系列的尝试，从简单的常规压裂逐渐过渡到伴注液氮压裂技术，使得原本无自然产能或产能低的井层产量得到大幅度增加。

1.1四川盆地致密砂岩气藏增产改造技术

八角场气田香四段致密砂岩气藏大型水力压裂增产改造技术。自该气藏应用过酸化、一般压裂作业（平均加砂量25m3），单井产量一直未达到商业性生产水平，有的井还出现压后减产现象。J58E井J41井和J59E井采用套管注入方式、低摩阻高豁度瓜胶有机硼冻胶压裂液与中强的美国CARBOPROP陶粒支撑剂，同时采用配套的破胶剂加入技术，压后产量大幅度增加。八角场大型水力压裂较好地解决了黏度保持与快速破胶、降低滤失与减少滤饼损害、增加聚合物用量保证长时间施工携砂与减少残渣之间的矛盾。实现了大排量、快速破胶、迅速排液减少进入气层的液量，从而缓解了水相圈闭损害。基于低损害压裂液的大型水力压裂在八角场气田的成功，证明了有效实施储集层保护和大型水力压裂是致密砂岩气藏增产的关键与出路。

1.2鄂尔多斯盆地致密砂岩气藏增产改造技术

鄂尔多斯盆地上古生界气藏是低孔低渗、低压的致密砂岩气藏。大牛地气田是鄂尔多斯盆地上古生界气藏典烈的低压致密砂岩气藏，气井压裂前自然产能很低或基本无产能。由于储集层存在严重的水相圈闭损害和其他敏感性损害，以往采用常规砂岩储集层的压裂改造方法在该地区不能达到满意的增产效果。通过2001年以来的攻关研究，提出了改进的压裂工艺技术方法，筛选出了低残渣、易返排的压裂液体系N2增能水基压裂液。现场实施表明，优质低损害N2增能压裂液体系具有起泡、稳泡能力强，流变性能、携砂能力好，低滤失、破胶快、低损害等特点。该压裂液体系能较好地满足压裂工艺要求及储集层的物性条件，提高了压后压裂液返排率，取得了显著的单井增产效果。达到了少进液、快返排、低损害的设计要求，大大提高了压裂改造效果，压后平均单层气产量提高2倍以上。适于致密砂岩气层特点的低损害水力压裂改造技术和屏蔽暂堵储集层保护技术构成了大牛地气田开发的主体技术。

2致密砂岩气藏钻井及完井保护配套技术

2.1致密砂岩气藏欠平衡钻井及完井保护技术

根据致密砂岩气藏特性及损害机理，代表欠平衡钻井技术最高水平的气体钻井技术在四川致密砂岩天然气勘探开发中发挥了独到的作用。邛西构造是川西致密砂岩气藏的典型代表。1992年采用传统欠平衡钻井完成的邛西1井在须三段至须五段中途测试产气420m3/d，须一段至须二段完井试气产量70m3/d，须四段完井试气产量1000m3/d，沙溪庙组完井试气产量800m3/d。1995年钻探的邛西2井在须二段完井试气产量5200m3/d，1999年美国德士古公司对邛西2井实施大型加砂压裂仅产微气。而采用全过程欠平衡钻井完成的邛西3井产量45.67104 rn3/d，邛西4井产量84.47X104rn3/d。之后连续十多口全过程欠平衡钻井的井产量都在30*104-100*104m3/d。邛西构造全过程欠平衡钻井的成功，为邛西致密砂岩气藏的开发开拓了全新的技术思路。

2.2裂缝性致密砂岩气藏屏蔽暂堵钻井及完井保护配套技术

川西坳陷致密砂岩天然裂缝发育，且当钻井、完井条件有利时就可以获得高产量气流，因而在钻井、完井中应采取有效措施保护天然裂缝，以屏闭式暂堵技术思想作指导，研究地下裂缝参数变化规律，评价裂缝致密砂岩敏感性和损害规律，建立适用于裂缝性储集层特点的钻井、完井保护技术方案。

致密砂岩气层损害理论与保护技术研究成为钻井、完井技术工作重点。对致密砂岩气层损害的特殊关键问题，如应力敏感性评价标准、水相圈闭损害、裂缝屏蔽暂堵数学和物理模型等方面的认识得到深化，揭示了定向钻井致密气层损害特性。形成了裂缝性储集层敏感性评价方法、系列裂缝性储集层保护处理剂、裂缝性储集层屏蔽暂堵技术裂缝性储集层优化射孔技术、保护裂缝性储集层射孔液及压井液技术。

3致密砂岩气藏开发工程技术建议

3.1加强渗流理论研究，深入认识气藏开发机理

致密砂岩气藏储层孔喉细小，孔渗低，存在明显的非线性渗流特征，需进一步明确动力和阻力类型及对气体动用的影响。动力主要有：压差、弹性动力、滑脱力、扩散力；阻力主要有：黏滞力、惰性力（低速非达西效应）。建议加强研究不同流态数学描述与适用界限，深化研究低渗透储层应力敏感性及其对气井产能的影响，深入认识低渗透气藏开发机理，完善气水两相渗流基础理论。在室内实验基础上，建立传质数学模型，揭示致密砂岩气藏特殊渗流规律。

3.2加强基础研究，继续完善钻井及完井储集层保护配套技术能力

对于致密砂岩气藏储集层致密、孔喉细小，固相和液相侵入损害潜力降低，要重视裂缝存在及其强应力敏感性、高毛管压力下水相自吸所带来的系列损害问题。对天然裂缝的作用、应力敏感性和水相圈闭损害的深刻理解，提高致密砂岩气藏保护屏蔽暂堵技术、气体钻井及全过程欠平衡配套技术能力。

3.3提高增产改造技术的适应性，形成针对不同类型气藏的技术系列

加强致密砂岩岩石物理学基础研究，贯彻保护与改造并举的方针，实现全过程储集层保护是致密砂岩气藏及时发现、准确评价和经济开发的重要保证。

针对不同类型的致密砂岩气藏，要考虑天然裂缝发育程度、砂体规模及多层性、地层压力、井深、岩石力学特征、储集层损害机理、多层合采性和气井水侵潜力，优化施工工艺和压裂液体系，提高技术的适应性。CO2增能压裂或 N2增能压裂技术在提高地层渗透能力的同时，通过补充地层能量、促进压裂液返排、减缓天然裂缝闭合，实现稳产高产。研制低损害压裂液体系或者通过工艺优化降低现有体系的损害将是研究的热点。