0 引言

重复压裂作为提高油气田开发效果的重要技术，其关键是如何选井^[1-2]。重复压裂选井考虑的影响因素很多，且各个因素之间有着十分复杂的非线性关系，给选井分析造成了很大的困扰^[3]。目前，重复压裂选井的主要分析方法有：比较生产动态法、构成认定法、生产样板曲线拟合法^[4-5]。国外有学者提出用“泄气体积”和“瞬时采收程度”来进行页岩气藏重复压裂选井^[6-7]。此外，基于巴内特页岩气藏的重复压裂研究，还有学者提出利用“完井指数”和“产量指数”来进行选井^[8]。国内学者李林地等^[9]将人工神经网络用于气井压裂选井，并在大牛地气田进行了现场应用，取得了较好的效果。目前为止，没有一个重复压裂选井方法可通用于任何类型或任何情况下的油气田，所以选井方法必须对不同油气藏有一定的针对性^[10]。因此，有必要对页岩气井重复压裂选井进行研究，以期提高页岩气水平井重复压裂单井的产能。

1 重复压裂选井评价模型 1.1 选井评价指标

随着涪陵页岩气田一期产能建设的完成，部分前期压裂井由于储层条件、压裂工艺、完井工艺参数等因素，部分压裂井段受支撑裂缝闭合、支撑剂嵌入、破碎、堵塞等影响使得导流能力降低^[11-13]，为获得更高的单井产能，需对部分接近输压井次进行重复压裂改造^[14-15]。

油气藏重复压裂选井考虑的影响因素很多。通过调研发现国内外重复压裂选井评价指示主要包括：多孔弹性应力转向系数^[16-17]、气藏质量指数评价方法、重复压裂效率方法、泄气体积与瞬时采出程度、产量递减规律方法等。

结合四川盆地焦石坝地区页岩气田储层条件、定产量或拟定产量的生产制度、页岩气井递减规律特征，选用适合涪陵页岩气田的选井评价指标，即多孔弹性应力转向系数、单位压降产量与压力系数、气藏质量指数、归一化拟产量递减率^[18]等。

1.1.1 多孔弹性应力转向系数

该系数可反映原始地应力和孔隙压力梯度。目前，重复压裂作业主要包括重复压裂过程中层内压出新裂缝、同井新层压出新裂缝、沿原裂缝延伸、暂堵转向压裂4种方式。美国页岩油气井重复压裂作业主要采用后2种，与延伸老裂缝相比，复压裂缝转向从动用剩余气和压裂施工时间，以及使用液量等方面都有较好的优势。应用该评价指标可评价复压井的优劣顺序。转向系数计算公式为

$ {\mathit{\Pi }_{{\rm{poro}}}} = \left( {{\sigma _{{\rm{hmax}}}}-{\sigma _{{\rm{hmin}}}}} \right)/{\sigma _*} $

(1)

$ {\sigma _*} = \alpha \left( {1-2\gamma } \right)\left( {{p_{\rm{e}}}-{p_{{\rm{wf}}}}} \right) $

(2)

式中：Π_poro为多孔弹性应力转向系数；σ_hmax和σ_hmin为最大和最小水平主应力，MPa；σ_*为孔隙压力梯度产生的应力差，MPa；α为波耶尔系数；γ为泊松比；p_e为地层压力，MPa；p_wf为井底流压力，MPa。

1.1.2 单位压降产量与压力系数

该系数可反映地层能量、初压裂缝缝长、导流能力。优选初期为1 000万m³单位压降产量与地层压力系数(PK)较高的井次进行复压，此类井初压缝短、导流能力低，气藏驱动能量相对充足。单位压降产量计算公式为

$ {G_{{\rm{ppt}}}} = {G_{{\rm{pwh}}}}\Delta p $

(3)

式中：G_ppt为单位压降产量，即地层压力每下降1 MPa所采出的气量，m³/MPa；G_pwh为井口产气量，m³；Δp为地层压降，MPa。

1.1.3 气藏质量指数

该系数可反映气井地球化学特征和物性参数。采用综合评判方法根据模糊数学的理论把定性评价转化为定量评价，对总有机碳、全烃、孔隙度、含气饱和度、甲烷等进行总体评价。优选气藏质量指数及剩余可采储量(N_R)都较高的井次进行重复压裂，这类井物质基础较好。计算公式为

$ {R_{\rm{S}}}QI = \sum\limits_{i = 1}^n {{\mu _i}{\omega _i}} $

(4)

式中：R_SQI为气藏质量指数评价因子，取n = 5；ω_i为各地质因素权重值；μ_i为各井地质因素参数值。

1.1.4 归一化拟产量递减率

该递减率可反映页岩气井的生产以及供气能力。现有的经验递减分析方法主要针对的是压降生产井，而无法用于涪陵气田稳产地区的生产气井。因此，针对页岩气井变产量、变压力的生产特点，建立了归一化拟产量递减率分析方法，进而客观评价页岩气井的递减规律。

气井的二项式产能方程为

$ p_{\rm{e}}^2-p_{{\rm{wf}}}^2 = Aq + B{q^2} $

(5)

式中：A，B为二项式产能系数，与地层固有参数有关；q为日产量，万m³/d。

归一化拟产量方程为

$ {q_{\rm{n}}} = 1/\left( {A + Bq} \right) = q/\left( {p_{\rm{e}}^2-p_{{\rm{wf}}}^2} \right) $

(6)

式中：q_n为归一化拟产量，(万m³/d)/MPa²。

将q_n进行数学变换，定义归一化拟产量递减率为归一化拟产量与最大初始归一化拟产量的比值，建立归一化拟产量(D_i)与物质平衡时间(t)的关系。

$ {D_{\rm{i}}} = 1/\left( {A + B{G_{\rm{p}}}/t} \right){q_{{\rm{max}}}} $

(7)

式中：D_i为归一化拟产量递减率，%；G_p为累积产量，万m³；q_max为最大日产量，万m³/d。

因此，归一化拟产量递减率不受配产、生产方式、关井因素的影响，就能客观评价页岩气井的递减规律。选取相同物质平衡时间下的递减率较低的井进行重复压裂，地层压降速率较低，供气能力较强。

1.2 建立选井评价模型

页岩气井重复压裂选井评价模型的建立：首先，通过多孔弹性应力转向系数判断重复压裂过程中裂缝能否发生转向；其次，将裂缝能够转向的井进行单位压降产量与压力系数的评判，优选单位压降产量及压力系数均较高的井进行气藏质量指数指标的评判；最后，通过优选气藏质量指数较高以及剩余储量较高的井进行归一化拟产量递减率的评判，通过分析涪陵页岩气田各个区不同的递减率情况，选取各区归一化拟产量递减率较低的井进行重复压裂。根据以上4个评判指标及5个参数的依次评判，最终可确定增产潜力较大的重复压裂目标井(图 1)。

2 重复压裂选井评价模型应用

目前，以生产压力与输压差均小于1 MPa的井共86口作为样本进行评价模型应用。首先利用多孔弹性应力转向系数指标进行评判(表 1)，再根据计算公式校正涪陵页岩气田的应力转向系数。

对重复压裂可能发生裂缝转向的井共78口进行单位压降产量与地层压力系数指标的评判(图 2)。

优选单位压降产量小于100万m³/MPa，地层压力系数大于1.15的井共36口进行气藏质量指数指标的评判(图 3)。

以气藏综合评价因子R_SQI平均值9.6，剩余可采储量0.13亿m³为界限，优选气藏综合评价因子大于9.6，剩余可采储量大于0.13亿m³的井共14口进行归一化拟产量递减率指标评判。

以第1年递减率平均值57%为界限，优选第1年递减率小于57%的焦页A-1HF等井共8口(表 2)进行重复压裂，此类井初期产量递减较小，气藏SRV(改造体积)较大，供气体积较大。焦页A-1HF等8口井重复压裂候选井主要分布在涪陵页岩气田焦石坝地区近东部断裂、沿江鞍部，以及西区静压系数较高的Ⅰ类储层区，并且对比了8口井的重复压裂候选井参数(表 2)。

从表 2可知，多孔弹性应力转向系数值小于0.77，在重复压裂过程中都能发生裂缝转向，从而沟通了剩余气丰富的区域；初期累积产量1 000万m³的单位压降产量较低，表明初次压裂缝较短，导流能力相对较差，重复压裂过程中能够重新张开初次压裂裂缝，增大裂缝导流能力^[19]；而初始压力系数越大，表明气藏驱动能量相对充足；页岩品质较好，剩余储量都相对较高，具有重复压裂较大的增产潜力；归一化拟产量递减系数较小，地层压降速率较低，表明气藏的供气能力较强。

目前，焦页A-1HF井初次压裂只压裂前6段，第1年归一化拟产量递减率虽高，但是其他评价指标较好，考虑单井投入问题，优选焦页A-1HF井进行重复压裂工艺试验。

3 重复压裂目标井实例应用 3.1 重复压裂工艺技术思路

采用笼统式暂堵转向重复压裂工艺，其主要改造目标为：挤注封堵已衰竭射孔簇，暂堵转向大规模改造低产气簇。主要工艺分为：挤注提压、转向压裂，挤注阶段封堵已衰竭射孔簇以提高施工压力，转向压裂阶段中途加入缝内暂堵剂裂缝转向形成新缝^[20-21]。利用低黏减阻水+高黏冻胶组合压裂，提高加砂强度，降低滤失，扩大改造范围，以及使用不同形状、不同粒径的暂堵剂和支撑剂组合，促进储层裂缝转向，实现未动用区域的改造。

3.2 现场应用效果

对焦页A-1HF井进行了重复压裂工艺试验，其中采用压前、压中投暂堵球，中途投暂堵剂进行暂堵转向工艺，试验用连续加砂的方式完成施工。现场重复压裂施工中途加暂堵球后，具有明显二次破压或沟通微裂缝，以及压力上升或下降的特征，说明裂缝有效转向，并且连续加砂效果较好。液体组合采用高黏冻胶+低黏减阻水，高黏冻胶扩缝、降滤，低黏减阻水提高重压裂缝复杂度，在重复压裂每一级施工过程中尽量避免发生砂堵，以免放喷后导致堵球脱落失效。重复压裂投球暂堵施工曲线如图 4所示。

通过对重复压裂工艺试验井前6段的改造，现场施工压力可控，施工参数与设计符合率较好。重复改造后平均日产气量较压裂前1.5万m³/d提高到重复压裂投产初期6.4万m³/d的最高日产量，且投产时间截止到目前产量递减较慢，重复压裂后初期日产量比原来提高了5~6倍，取得了较好的重复压裂增产稳产效果(图 5)。

重复压裂施工能够恢复和增加裂缝的导流能力，激励或再次张开未改造段各簇天然裂缝，裂缝转向沟通新的区域。利用该井重复压裂前、后产剖测试结果进行对比(图 6)，证明了重复压裂后该井各段和各簇的产气贡献率更均匀，产气效果更好^[22]。

从该井产剖测试^[23]数据来看，重复压裂之前测试结果显示：第2，8，10，11，12簇低产或不产，产气贡献率较低；45%的射孔簇在整个生产过程中，产气效果欠佳，从各簇产气情况分析，焦页A-1HF井重复压裂后具有一定的产能空间。

重复压裂后的测试结果显示：高产第14簇，产气贡献率提升了10%，老缝得到有效“疏通”，提高了老缝导流能力；低产和不产的第10~13簇，重复压裂后，产气贡献率均提升了7%，分析认为实现了簇间转向；第1~4簇，重复压裂后，产气贡献率均较低，结合产剖结果，该井段井筒积液明显，对产气有阻碍作用，下一步措施是恢复气井第1~4簇的产能。

4 结论

(1) 利用关联多孔弹性应力转向系数、单位压降产量与压力系数、气藏质量指数、归一化拟产量递减率这5个评价指标，建立了涪陵页岩气田选井评价模型。

(2) 采用数理统计和气藏工程动态分析，优选重复压裂井。该方法对影响重复压裂的地质、生产和施工因素考虑周全，具有较强的页岩气选井优势。

(3) 针对优选的焦页A-1HF井进行重复压裂工艺试验，过程中对暂堵转向工艺、施工规模、泵注、排量等进行优化，投产初期日产量提高了5~6倍，各段和各簇的产气贡献率更均匀，取得了较好的重复压裂增产效果。