川西东坡沙溪庙组窄河道致密砂岩气藏水平井部署方位优化

曹廷宽

（中国石化西南油气分公司勘探开发研究院，四川成都 610041）

水平井结合水力压裂是开发非常规天然气资源的主要技术手段，可大幅度提高单井的控制储量及生产能力，较直井增产优势明显[1-3]。但在致密砂岩储层中，影响水平井开发效果及经济效益的因素众多，主要包括构造断裂、砂体发育、储层物性、非均质性、含气性等地质因素。受地质条件决定，水平井部署位置、方位、长度、完井方式及增产改造措施等工程因素均需要开展针对性的优化研究[4-8]。对于水平井方位的优化，从国内外研究现状来看，一般认为需满足如下要求：首先，合理的水平井方位需与优质储层展布方向一致，以沟通优质储层、增大对储量的控制和动用[9-10]；其次，水平井方位需尽可能满足后期增产改造的要求，降低破裂压力，利于裂缝延伸[11-12]；此外，水平井方位还需有利于井轨迹的控制及保持井筒稳固[13-15]等。

川西东坡侏罗系沙溪庙组气藏属于窄河道致密砂岩气藏，与常规砂体叠置的连片气藏相比，该类气藏以单条河道为主要储层[16-17]，所以水平井段的钻井方位至关重要。一方面，狭窄河道宽度有限，边部与河道中心储层发育差异大，水平井方位对于钻遇优质储层段的长度和能否成功建产具有决定性意义；另一方面，河道砂体狭窄导致可供选择的水平井部署方位十分有限，与区域地应力匹配性差，导致水力压裂不能形成与水平井段正交的人工裂缝，不利于储量的动用及水平井产量的提高[16]。

本文针对川西东坡沙溪庙组气藏，在明确此类窄河道气藏地质特征及生产动态的基础上，建立并划分主力河道类型，筛选典型河道，开展建模与数值模拟研究；重点评价河道砂体展布及人工裂缝夹角对水平井开发效果的影响，确定适应于该区的水平井部署方位优化方法和原则，为后续水平井部署提供依据，有利于进一步提高水平井的开发效果。

1 气藏地质特征

1.1 沉积特征

川西东坡沙溪庙组气藏位于四川盆地川西坳陷中段东部斜坡与川中古隆起的过渡带上，勘探面积0.24×104km2，由 4个构造带组成，区内断裂较为发育。气藏主要目的层系为侏罗系沙溪庙组，纵向上可分为 3个气藏、12套砂层组。从沉积特征来看，区内沙溪庙组沉积为辫状河三角洲沉积体系，砂体总体呈 NE-SW 向展布，河道以三角洲前缘水下分流河道为主，纵向上多为不同规模、不同期次河道以及堤岸砂等纵向叠置沉积（图 1）。河道砂体厚度多为 8～30 m，总体偏薄，并且受沉积环境与水动力条件的影响，厚度差异大（图2）。

图1 沙溪庙组气藏砂体连井剖面分析

图2 沙溪庙组气藏主力河道砂体厚度分布

1.2 物性特征

实验分析表明，区内储层岩性主要为中细粒岩屑长石砂岩和长石岩屑砂岩，其次为岩屑砂岩、岩屑石英砂岩、长石砂岩。岩石具有排驱压力高、分选差、微观非均质性强的特点。根据岩心孔渗分析，沙溪庙组气藏储层孔隙度0.90%～15.33%，平均孔隙度 8.66%；基质岩样气测渗透率 0.01×10-3～1.75×10-3μm2，平均渗透率 0.21×10-3μm2。结合压力恢复试井解释结果，河道主体区域储层有效渗透率多小于 0.10×10-3μm2，表明川西东坡沙溪庙组气藏储层整体上为中低孔特低渗致密储层。

1.3 气藏类型

川西东坡沙溪庙组气藏各个主力河道具有不同的地质构造特征，但总体上各河道储层物性差、储量规模较小，开采规模有限。受构造、断裂、岩性等控制，河道中气水分布复杂，无明显的边底水。从流体性质来看，产出流体以天然气和地层水为主，部分气井还产少量凝析油，但整体上对生产影响较小。沙溪庙组具有正常的地温梯度，压力梯度呈高压异常，压力系数为 1.74～1.91，表明地层能量充足。综合圈闭、储层特征、气水分布、驱动类型等因素分析，认为川西东坡沙溪庙组气藏为受构造-岩性控制的孔隙型高压弹性气驱致密砂岩气藏。

2 河道类型划分

受局部构造、沉积特征、储层物性等综合影响，区内河道类型多样，不同河道地质条件、储层物性差异较大，造成各河道中气井生产动态特征差异明显。整体上，砂体越厚、河道越宽、物性越好、含水越低、增产改造规模越大，则气井产能、初期产量越高，动态控制储量越大；相应的气井往往拥有更长的稳产期及更高的累计产量。综合沉积、河道参数、测井响应及储层岩性、物性等特征，建立相应的窄河道类型划分标准（表1）。

3类典型河道中水平井在动态特征上具有明显差异，具体参数见表2。

从地质特征来看，A类河道以I类储层为主，主要属于水下分流河道沉积，沉积环境水体能量充足，河道砂体宽，沉积厚度稳定，平面上复合连片较好，在自然伽马（GR）曲线上表现为较为平滑的箱形曲线。该类河道储层岩石以中粒石英砂岩为主，孔隙结构以粒间孔-溶蚀孔为主，孔隙分布均匀，连通性较好，储层物性较好。相应的，A类河道中水平井具有测试产能高、动态控制储量大、基本不产水等特征，并且气井均具有一定的稳产能力，开发效果好。

与A类河道相比，B类河道也以I类储层为主，但河道砂体较薄，受沉积环境影响，GR曲线齿状特征较为明显，表明非均质性稍强。从薄片分析来看，该类河道储层岩性以中粒岩屑长石砂岩为主，孔隙结构以粒间溶孔为主，连通性较差，导致储层物性较A类河道略差。B类河道水平井动态控制储量偏小，但气井生产稳定，具有一定的稳产期和较高累计产量，开发效果较好。

表1 沙溪庙组气藏窄河道类型划分标准

表2 沙溪庙组气藏3类河道中水平井动态参数统计

C类河道以II类储层为主，由于沉积环境水体动荡，但水动力较弱，垂向上呈多期次沉积叠置，泥质夹层发育，GR曲线呈齿状箱形或漏斗形。由于 C类河道储层更致密，渗流能力差，并且河道含水较高，气井普遍产水，影响水平井的产能和稳产期，开发效果较差。

3 水平井部署方位优化

水平井在川西东坡沙溪庙组气藏开发中取得了较好的效果，较直井优势明显。在窄河道中，水平井部署方位是影响水平段储层钻遇率的重要因素，并且对压裂产生的水力裂缝走向及闭合程度也有重要影响。因此，针对上述主力窄河道类型，本文主要通过开展河道砂体展布及人工裂缝方位对水平井生产的影响研究，对水平井部署方位进行优化。

由于解析方法难以有效表征区内河道形态及储层非均质性，本文主要采用数值模拟方法进行分析。首先，根据 3类典型河道地质特征，建立平面为10 m×10 m、纵向为1层的精细数值模型；再根据静态和动态资料对水平井生产历史进行拟合，提高河道数值模型参数场的可靠性；然后，根据实际水平井的钻完井参数建立模拟井模型，设定不同水平井位置及人工裂缝方位，评价不同条件下水平井生产动态。

3.1 河道砂体展布的影响

针对3类典型河道，设定水平井段与河道中心轴线夹角分别为0°，15°，30°，45°（图3），分析不同水平井方位对储量动用程度及累计产量的影响。其中，3类典型河道中水平井与河道砂体呈不同夹角条件下预测的动态控制储量及达到废弃产量（0.13×104m3/d）时的气井累计产量结果见图4、图5。

川西东坡沙溪庙组气藏河道砂体构型以低弯度稳定型为主，河道中部砂体最为发育，储量丰度高。因此，水平井沿河道中部部署（夹角 0°～15°），水平井动态控制储量最高，气井累计产量也最大。随着夹角的增大，水平井所能控制的河道中部相对发育储层减小，泄气面积内河道边部的低丰度储层增加，导致控制储量缩小，加之泄气面积内储层渗流能力也变差，最终导致气井累计产量降低。

A类河道中水平段与河道夹角从 0°增大至45°，动态控制储量由 1.61×108m3减少到 0.92×108m3，相应的气井累计产量由 1.28×108m3降至0.65×108m3，分别下降42.49%，49.21%。B、C类河道中，水平段与河道夹角由0°增大至45°，水平井控制储量分别降低 35.44%，37.74%，而累计产量分别减小 40.66%，35.44%。整体上水平井是否沿河道砂体延伸方向部署对水平井生产动态影响非常明显。

图3 窄河道水平井不同部署方位示意分析

3.2 人工裂缝方位的影响

现有研究表明，增产改造形成的人工裂缝一般会沿着区域最大主应力方向延伸。当水平井段与区域最大主应力方向垂直时，压裂可形成与水平井筒正交的水力裂缝，这类水力裂缝对于生产最为有利。若水平井段与最大主应力方向斜交，则会形成与井筒倾斜的水力裂缝，影响气井对储量的控制和动用程度。根据所建立的河道数值模型，设定人工裂缝与水平井筒呈不同夹角的数值模型（图 6），分析人工裂缝方向对压裂水平井生产的影响。

不同裂缝夹角对压裂水平井动态控制储量影响的预测结果如图7所示。整体上，裂缝夹角对压裂水平井动态控制储量的影响要小于水平井方位的影响。但裂缝夹角对气井稳产能力影响较为显著（图8）：裂缝与井筒夹角越小，缝间干扰发生时间越早，气井稳产能力越差。对于A类河道，应保证裂缝与井筒夹角大于45°，而对于B、C类河道，裂缝与井筒夹角应大于60°，以保障气井稳产能力较高。

图4 3类河道中不同水平井方位对动态控制储量的影响

图5 3类河道中不同水平井方位对累计产气量的影响

图6 窄河道不同人工裂缝夹角示意分析

图7 3类河道中不同裂缝夹角对动态控制储量的影响

图8 3类河道中不同裂缝夹角对稳产期累计产量的影响

3.3 水平段方位优化策略

综上所述，对于川西东坡地区的窄河道致密砂岩气藏，应首先保证水平井沿河道砂体中心部署，以增大单井动态控制储量及最终的累计产量。当满足上述部署条件后，还应考虑地应力方位的限制，尽可能增大人工裂缝与井筒的夹角，以提高气井稳产能力。

根据岩心实验、成像测井、应力场模拟及微地震监测等多技术手段和相应资料，对川西东坡沙溪庙组气藏主力河道延伸方位及区域地应力方位统计结果如图9所示。区内现今最大主应力场方向主要为 NE76°～NE125°，优势方位接近 NE120°；而东坡沙溪庙组气藏主力河道主要分布在 NE20°～NE60°，该方向的河道与最大主应力方向基本垂直；少数河道呈近EW向发育，接近于最大主应力方向。

对于 NE向河道，河道延伸方向大致与区域最大主应力方向垂直或呈较大角度。这类河道中水平井沿河道轴线方向部署，既可保证较高的储层钻遇率，又有利于后期增产改造形成正交人工裂缝，而且便于钻井过程中井轨迹的控制。对于近EW向的河道，水平井部署方位可沿河道轴线方向逆时针旋转 15°左右部署，在保证水平井有效储层钻遇率的同时，尽可能地增大裂缝与井筒的夹角，避免过早发生裂缝干扰，影响气井稳产能力。

图9 沙溪庙组最大主应力方位与河道延伸方向统计

4 结论

（1）川西东坡沙溪庙组气藏为典型的窄河道致密砂岩气藏，河道砂体延伸方向及人工裂缝方位是影响水平井部署方位的主要因素。在典型窄河道中，保持水平井段与河道轴线小于 15°夹角钻进，可增大单井动态控制储量、提高累计产量；而保证人工裂缝与水平井筒夹角大于 60°，则气井稳产能力会更高。

（2）综合川西东坡沙溪庙组气藏地应力与河道砂体方向分析，对于NE向河道，水平井可沿河道轴线方向部署；而近EW向河道，水平井部署方位可沿河道轴线方向逆时针旋转 15°，从而提高水平井段储层钻遇率，并增大裂缝与井筒的夹角，避免过早发生裂缝干扰，从而影响气井稳产能力。