西區(qū)油田志丹區(qū)塊二次壓裂工藝技術(shù)研究

王旭莊

(延長油田股份公司西區(qū)采油廠，陜西 延安 716000)

0 引言

延長油田多屬特低滲透、低壓、低產(chǎn)油藏，壓裂改造技術(shù)是低滲油田開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)。但是隨著油田開發(fā)，各種矛盾日益突出，尤其是單井產(chǎn)能遞減快，使得延長油田面臨巨大的穩(wěn)產(chǎn)技術(shù)難題，針對這一問題，引進并進行了二次壓裂技術(shù)試驗。

根據(jù)人工裂縫的改造特點，二次壓裂技術(shù)可分為兩類，即單純的老縫二次充填壓裂(即重復(fù)壓裂)與轉(zhuǎn)向壓裂。目前，重復(fù)壓裂技術(shù)工藝已成熟完備，在較多油田投入應(yīng)用。轉(zhuǎn)向壓裂在國內(nèi)多家油田都得到了不同程度的現(xiàn)場應(yīng)用與發(fā)展，在與延長油田地層條件比較接近的長慶油田取得了良好的效果，是一項比較好的提高單井產(chǎn)能、改善注水效果、保持油田穩(wěn)產(chǎn)的好技術(shù)，具有良好的發(fā)展前景。兩種類型的試驗在延長油田均取得了一定的效果，但也存在不少技術(shù)難點。為了增強二次壓裂技術(shù)在延長油田的適用性，挖掘油藏潛力，必須對二次壓裂相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)的問題進行系統(tǒng)研究，攻關(guān)突破。

1 油藏地質(zhì)特征與油井特點

1.1 油藏地質(zhì)特征

西區(qū)長6以灰色細粒長石砂巖為主，孔隙度平均11.88%，滲透率1.83 mD。西區(qū)含油性特征見表，平均含油飽和度在38% ～44%之間，除層天然裂縫發(fā)育，屬于裂縫性低孔、特低滲透、低豐度油藏。

天然裂縫裂縫主要為區(qū)域性構(gòu)造裂縫，以垂直縫為主，裂縫具有分布規(guī)則、規(guī)模較大、延伸較遠、發(fā)育范圍廣，此外，延河剖面上還發(fā)育一些順層延伸的水平縫，尤其在交錯層理發(fā)育的砂巖中較常見。油藏埋深1420m，人工裂縫為垂直縫，裂縫方位為北偏東60o左右。

1.2 油井生產(chǎn)特征

受天然裂縫發(fā)育程度的影響，西區(qū)油田長6儲層油井初產(chǎn)及遞減可分為以下兩種典型的基本類型:①初期產(chǎn)量較低，產(chǎn)量穩(wěn)定遞減型，此類油井所處油層天然裂縫不發(fā)育;②初期產(chǎn)量較高，但隨之產(chǎn)量遞減快并漸趨穩(wěn)定型，油層天然裂縫發(fā)育。

2 初期二次壓裂工藝效果影響因素及選層原則

2.1 二次壓裂工藝類型

根據(jù)工藝特點，二次壓裂分為以下兩種:

(1)簡單的重復(fù)壓裂:這種壓裂僅僅是在前期壓裂的基礎(chǔ)上，對老裂縫系統(tǒng)進行的重新改造，主要是對老裂縫的延伸、發(fā)展。

(2)轉(zhuǎn)向二次壓裂:主要工藝特點為使用足量的暫堵劑(轉(zhuǎn)向劑)，使得在老裂縫發(fā)生轉(zhuǎn)向、或者產(chǎn)生新裂縫。

2.2 二次壓裂初期試驗效果

西區(qū)油田長6前期二次壓裂井較多，重復(fù)壓裂57井層，轉(zhuǎn)向壓裂90井層。從增有效果看，增提增有效果不明顯，轉(zhuǎn)向壓裂增油系數(shù)1.3，重復(fù)壓裂增油系數(shù)0.27，整體效果不明顯(表1)。

表1 轉(zhuǎn)向壓裂與重復(fù)壓裂效果對比表

重復(fù)壓裂井日增油平均只有40kg/d，日增液0.51 m3/d，而轉(zhuǎn)向壓裂日增油缺可以達到0.5 t/d，日增液1.011 m3/d。在14口重復(fù)壓裂井中，增產(chǎn)井?dāng)?shù)為8口，有效率為57.1%。即使增產(chǎn)，增產(chǎn)幅度也不大(最高0.769 t/d、平均0.04 t/d)，轉(zhuǎn)向壓裂21口，增產(chǎn)15口，有效率為71.4%。平均單井日增油盡為0.5 t。

2.3 二次壓裂效果影響因素

根據(jù)理論分析與現(xiàn)場初期試驗結(jié)果分析，影響二次壓裂效果的主要因素有以下六個方面:

(1)儲層厚度的影響:從地應(yīng)力角度來說，儲層厚度越大，圍巖的應(yīng)力限制越小，越容易發(fā)生轉(zhuǎn)向。而轉(zhuǎn)向成功，增產(chǎn)幅度較大的機會必然多;儲層厚度與增油關(guān)系表明隨著油層厚度的增大，日增油幅度加大、日增油系數(shù)也增大。

(2)儲層物性、含油性的影響:一般來說，儲層物性越好，含油性越好，則增產(chǎn)幅度越大。

(3)初產(chǎn)(天然微裂縫)的影響:裂縫、微裂縫越發(fā)育，則油氣滲流越暢通，附近剩余油含量較低，裂縫轉(zhuǎn)向后，并不一定使產(chǎn)能提高。但當(dāng)初產(chǎn)日產(chǎn)油高于4 m3/d時，重復(fù)壓裂能取得較好的效果。

(4)壓前產(chǎn)量(裂縫堵塞情況)影響:根據(jù)效果統(tǒng)計數(shù)據(jù)，隨壓前產(chǎn)量的降低，增產(chǎn)幅度更大。當(dāng)壓前日產(chǎn)油小于0.8 t/d的情況下，增產(chǎn)效果好，所以，二次壓裂一般選擇在單井產(chǎn)能低于0.8 t/d以下的井進行措施。

(5)壓裂加砂量的影響:根據(jù)現(xiàn)場增產(chǎn)、加砂量數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，西區(qū)轉(zhuǎn)向壓裂加砂量在30m3以內(nèi)，增產(chǎn)效果最好;西區(qū)油田重復(fù)壓裂的最佳加砂量在22 m3以內(nèi)增產(chǎn)效果最好。

(6)轉(zhuǎn)向壓裂井所處井網(wǎng)位置的影響:注入水主要沿人工裂縫方向推進，側(cè)向油井由于排距與驅(qū)替壓力梯度的控制，受注水井影響小。轉(zhuǎn)向壓裂可減小地下實際排距，提高相對驅(qū)替壓力梯度，有利于油井見效，提高單井產(chǎn)能。而主向油井則不適宜，易勾通注水井，造成水淹。

2.4 選井選層原則

選井選層要在理論認識的基礎(chǔ)上，在充分認識評價前期二次壓裂效果的基礎(chǔ)上，確定新的選井選層原則:

(1)轉(zhuǎn)向壓裂選井選層原則:A、一般為注水不見效的側(cè)向井;B、壓前平均日產(chǎn)油能力小于0.8 t/d;C、天然裂縫不發(fā)育，初產(chǎn)小于3.5～4 t/d的油井;D、連續(xù)的儲層砂體厚度大于8 m。

(2)重復(fù)壓裂選井選層原則:A、天然裂縫發(fā)育，初產(chǎn)大于4 t/d的井;B、曾經(jīng)注水受效，目前堵塞嚴重，產(chǎn)能較低的井，平均日產(chǎn)油能力小于0.8 t/d＜0。

3 二次壓裂工藝參數(shù)優(yōu)化研究

由于在具體的井網(wǎng)中，二次壓裂不僅要考慮增產(chǎn)，還要考慮到注水的問題，因此，二次壓裂工藝參數(shù)主要優(yōu)化以下內(nèi)容:① 縫長與加砂規(guī)模優(yōu)化;②排量優(yōu)化;③ 砂比優(yōu)化;④ 暫堵時機優(yōu)化;⑤ 暫堵劑用量及加入速度優(yōu)化;⑥泵注程序優(yōu)化。

3.1 轉(zhuǎn)向壓裂工藝參數(shù)優(yōu)化

3.1.1 裂縫縫長與加砂量優(yōu)化

一方面不能造成水躥，水淹，另一方面要在注水井排與油井排之間建立有效果的驅(qū)替梯度。根據(jù)這兩個原則，依據(jù)張士誠電位法確定側(cè)向穿透距離/井距比不能超過0.3;依據(jù)相似油田經(jīng)驗，合理驅(qū)替梯度的距離要求是80m。

據(jù)此模擬優(yōu)化西區(qū)油田轉(zhuǎn)向壓裂縫長與加砂量:1類井(側(cè)向距離230m)裂縫縫長60m左右，加砂量15 m3左右;2類井(側(cè)向距離120m)，優(yōu)化裂縫縫長40m左右，加砂規(guī)模8 m3左右。

3.1.2 轉(zhuǎn)向壓裂排量優(yōu)化

對于轉(zhuǎn)向壓裂，排量優(yōu)化主要考慮兩個方面:順利施工的需要，轉(zhuǎn)向意圖的實現(xiàn)。排量越大，流速越高，縫內(nèi)脫砂概率越小，轉(zhuǎn)向意圖越容易實現(xiàn)。但反過來說排量越大，縫內(nèi)凈壓力越大，容易形成復(fù)雜裂縫，不利于轉(zhuǎn)向壓裂意圖的實現(xiàn)。結(jié)合油層厚度、設(shè)備條件、裂縫延伸高度與排量關(guān)系，排量以1.8～2.4 m3/min左右為宜。

3.1.3 轉(zhuǎn)向壓裂砂比優(yōu)化

砂比優(yōu)化考慮兩個原則:1、滿足裂縫導(dǎo)流能力的要求;2、轉(zhuǎn)向壓裂意圖的實現(xiàn)。以無限導(dǎo)流能力的90%計算，裂縫無因此導(dǎo)流能力為4，計算砂比30%左右;同時30%砂比也滿足防止過高砂比造成端部脫砂使裂縫復(fù)雜化的要求，以達到轉(zhuǎn)向的目的。

3.1.4 轉(zhuǎn)向壓裂暫堵時機優(yōu)化

前面已有提及:第一代暫堵劑(縫內(nèi)暫堵)由于暫堵劑加入劑量大，傷害較大，裂縫轉(zhuǎn)向的確定性不高，目前不建議采用，故采用第二代暫堵劑，加入暫堵劑前應(yīng)該先低排量注入部分前置液，使那些優(yōu)先進液的孔眼(老裂縫)暴露出來。然后再加入暫堵劑，開泵使暫堵劑堵塞到優(yōu)先進液的孔眼(老裂縫)。

3.1.5 轉(zhuǎn)向壓裂暫堵劑用量及加入速度優(yōu)化

對于第二代暫堵劑，用量根據(jù)射孔孔眼來決定，根據(jù)經(jīng)驗，要成功轉(zhuǎn)向，一般每個孔眼按照0.025 kg來配量，第2代暫堵劑由于粒徑大，只能通過井口一次性加入前置液中。

3.1.6 轉(zhuǎn)向壓裂泵注程序優(yōu)化

泵注程序主要考慮加砂階步和排量變化。為了保證平穩(wěn)加砂，砂比臺階不超過10%。排量方面:在前置液階段可適當(dāng)減小，加砂階段適當(dāng)提高。

3.2 重復(fù)壓裂工藝參數(shù)優(yōu)化

對于初產(chǎn)高的井，可以采取重復(fù)壓裂，前面已經(jīng)有論述。主要用來改造已經(jīng)堵塞的天然裂縫。可以采用多級充填的方式，主要適用于初產(chǎn)大于3.5－4.0m3/d的低產(chǎn)井。

3.2.1 重復(fù)壓裂裂縫長度及加砂規(guī)模優(yōu)化

根據(jù)前人模擬結(jié)果，對于新井而言，主向井的裂縫縫長為井距的20%左右。而側(cè)向井可以適當(dāng)增大，應(yīng)為在油井間井距的40%左右。油排井裂縫縫長應(yīng)該為300×0.4=120m，水排井裂縫長度為300×0.2=60m。假設(shè)裂縫高度為20m，則加砂規(guī)模分別為30m3、15m3。如果是多級充填壓裂，由于要形成支裂縫，加砂規(guī)模要縮小，一般為10－15 m3。

3.2.2 重復(fù)壓裂壓裂排量及砂比優(yōu)化

本次擬采用多級充填式重復(fù)壓裂改造老裂縫，為了促使縫內(nèi)壓力升高，必須采取排量、砂比對應(yīng)變化的方式，見(表2)，即最高砂比階段降低排量，使縫內(nèi)脫砂，形成砂堤，促使縫內(nèi)壓力升高，然后降低砂比，使支裂縫產(chǎn)生，形成一個復(fù)雜的裂縫系統(tǒng)。

表2 西區(qū)志丹區(qū)塊砂比－排量優(yōu)化對應(yīng)表

4 現(xiàn)場試驗效果

5439－2井、5439－4井，屬于二類邊井。初產(chǎn)量分別2.36 t/d、4.29 t/d，目前單井產(chǎn)能分別為0.56 t/d、0.60t/d，根據(jù)優(yōu)化設(shè)計進行施工(見表3)。

表3 西區(qū)志丹區(qū)塊兩口二次壓裂試驗井設(shè)計與實際情況對比表

從二次壓裂后初期產(chǎn)量，兩口井均取得了明顯的效果，其中轉(zhuǎn)向壓裂5439－2壓前平均日產(chǎn)油0.1 t/d，壓后三個月累計增油 76 t，平均日產(chǎn)油0.7 t/d，平均增產(chǎn)倍數(shù)7倍。重復(fù)壓裂井5439－4井壓后三個月累計增油52.5 t，平均日產(chǎn)油0.7 t/d，平均增產(chǎn)倍數(shù)2.3倍，均取得了顯著的效果。

5 認識與結(jié)論

1)通過影響二次壓裂效果的綜合因素分析，認為對于西區(qū):儲層厚度大于8 m，初期產(chǎn)能低于3.5～4 t/d，目前產(chǎn)能低于0.8～1.0t/d，長期注水不受效的低產(chǎn)井適合轉(zhuǎn)向壓裂。而對于其它類型含水較低的低產(chǎn)井可采取簡單的重復(fù)壓裂。

2)制定了轉(zhuǎn)向壓裂縫長優(yōu)化設(shè)計的兩項原則:

a、考慮注入水突進的影響;

b、考慮注采井間壓力驅(qū)替系統(tǒng)的建立。并以此為基礎(chǔ)優(yōu)化出了轉(zhuǎn)向壓裂的縫長及加砂規(guī)模:1、類側(cè)向井，優(yōu)化裂縫縫長60m左右，加砂量15 m3左右;2、類側(cè)向井，優(yōu)化裂縫縫長40m左右，加砂規(guī)模10m3左右，并優(yōu)化除了排量、砂比等參數(shù)。

3)優(yōu)化選井選層以及二次壓裂施工參數(shù)實現(xiàn)了二次壓裂技術(shù)的改進，實現(xiàn)了油井增產(chǎn)的目的。

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