低滲油藏壓裂改造工藝的研究與應(yīng)用

楊建華 楊蘇南

（1.中原油田分公司采油二廠；2.重慶大學(xué)城重慶科技學(xué)院石油與天然氣工程學(xué)院）

低滲油藏壓裂改造工藝的研究與應(yīng)用

楊建華1楊蘇南2

（1.中原油田分公司采油二廠；2.重慶大學(xué)城重慶科技學(xué)院石油與天然氣工程學(xué)院）

濮城油田W42、W43斷塊屬于典型的低孔、低滲、非均質(zhì)油藏，采取常規(guī)開(kāi)發(fā)方案無(wú)法對(duì)其進(jìn)行經(jīng)濟(jì)有效的開(kāi)采。通過(guò)油藏地質(zhì)特征、開(kāi)發(fā)歷程及現(xiàn)狀分析，區(qū)塊油井普遍存在“四低”現(xiàn)象（產(chǎn)能低、液面低、含水低、采出程度低）。從油藏壓裂改造工藝研究出發(fā)，對(duì)油藏油水井相繼實(shí)施壓裂改造，實(shí)施油水井均取得了良好的開(kāi)發(fā)效果，區(qū)塊油藏開(kāi)發(fā)指標(biāo)得到明顯改善。

濮城油田 低滲油藏 壓裂改造 效果

1 油藏概況及地質(zhì)特征

1.1 油藏概況

濮城油田W42、W43斷塊區(qū)油藏區(qū)域構(gòu)造位于東濮凹陷中央隆起帶北部，文、衛(wèi)、濮構(gòu)造的結(jié)合部。西以衛(wèi)東斷層為界，東部為濮衛(wèi)次洼。斷塊平面上呈北北東-南南西向延伸的長(zhǎng)條狀，含油面積5.4 km2，探明石油地質(zhì)儲(chǔ)量226×104t，油藏平均有效厚度13.5 m，平均孔隙度11.2%～14%。沙三中3油藏空氣滲透率為（0.56～1.7）×10-3μm2，沙三中4油藏空氣滲透率為（0.49～1.44）×10-3μm2，該區(qū)屬于低孔低滲型儲(chǔ)層。W42塊儲(chǔ)層縱向分布比較集中，含油井段僅60～90 m，這是該區(qū)儲(chǔ)層發(fā)育的最大特點(diǎn)。W43塊儲(chǔ)層平面上、縱向上都表現(xiàn)出較強(qiáng)的非均質(zhì)性，平面上儲(chǔ)層物性表現(xiàn)為由西向東、由北向南逐漸變差。

1.2 構(gòu)造特征

W42、W43斷塊區(qū)構(gòu)造處于衛(wèi)東斷層下降盤，主要表現(xiàn)為由衛(wèi)東斷層及其伴生的西傾斷層構(gòu)成反“Y”型結(jié)構(gòu)而形成的若干反向屋脊，構(gòu)造走向北北東。

1.3 儲(chǔ)層分布

W42、W43斷塊區(qū)儲(chǔ)層巖性為砂巖，油藏油層埋深3 150～3 600 m，儲(chǔ)集類型為孔隙型，該塊儲(chǔ)層處于衛(wèi)城上鹽與下鹽之間，油層縱向上分布比較集中，含油井段僅60 m，該區(qū)儲(chǔ)層在平面上由西向東發(fā)育變差，在構(gòu)造高部位發(fā)育較好，向低部位變差，砂巖連通狀況中等，砂層厚度連通率50.1%～83.2%，砂層層數(shù)連通率62.0%～77.1%。

W42塊主要含油層位于沙三中3-4砂組和沙三中8-10。沙三中3-4砂組儲(chǔ)層發(fā)育較好，物源來(lái)自北東方向，由北東向南西方向砂巖發(fā)育程度逐漸變差；沙三中8-10儲(chǔ)層主要分布在W42井附近，向南砂巖逐漸尖滅。

W43塊主要含油層位于沙三中3-4、沙三中8-10。沙三中3-4油藏為構(gòu)造油藏，沙三中8-10油藏屬于構(gòu)造-巖性油藏。

1.4 儲(chǔ)層物性

W42、W43斷塊區(qū)沙三中3－4砂層組平均孔隙度為14.0%，平均空氣滲透率為3.5×10-3μm2，碳酸鹽含量14.6%，泥質(zhì)含量10.2%，屬于低孔、低滲型儲(chǔ)層。

儲(chǔ)層物性在平面上、縱向上都表現(xiàn)出非均質(zhì)性，物性的好壞與物源方向及埋深有關(guān)。平面上儲(chǔ)層物性表現(xiàn)為由西向東逐漸變差的特點(diǎn)?？v向上物性變化規(guī)律不明顯。該塊流體分布受斷層、構(gòu)造、地層、巖性等因素的控制。平面上油層富集于構(gòu)造高部位。剖面上衛(wèi)城上鹽形成良好的蓋層，油氣富集井段較為集中。

據(jù)試油資料分析，地面原油密度0.851 4 g/cm3，黏度9 mPa·s，含硫0.31%，凝固點(diǎn)33.7℃；地層水總礦化度27×104mg/L，氯離子16.7×104mg/L，水型CaCl2。

據(jù)RFT測(cè)壓資料，油藏原始地層壓力34.5～41.8 MPa，壓力系數(shù)一般在1.0～1.24之間，油藏溫度l14～128℃。

2 油藏開(kāi)發(fā)歷程及開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀

W42、W43塊的開(kāi)發(fā)經(jīng)過(guò)了試油、試采、試注和滾動(dòng)開(kāi)發(fā)等四個(gè)階段[1]。

2.1 試油

W42、W43塊從1984年就開(kāi)始了勘探工作，到1992年先后部署了3口探井，逐步落實(shí)了油藏構(gòu)造形態(tài)、油層分布及儲(chǔ)層物性。W42、W350井試油獲工業(yè)油流。W42井于1984年11月試油，射孔沙三中4，抽汲求產(chǎn)，日產(chǎn)油3.8 t，壓裂改造后，日產(chǎn)油12 t；W350井1992年4月試油，射孔沙三中4，井段3 575.5～3 585.5 m，砂層厚度4.5 m/2層，地層測(cè)試日產(chǎn)油1.84 t，通過(guò)壓裂改造后，抽汲求產(chǎn)，日產(chǎn)油9.77 t。

從試油試采資料表明，W42塊油層物性差，單井產(chǎn)能低，單井日產(chǎn)油均在4 t以下，要獲得工業(yè)油流必須通過(guò)壓裂改造。

2.2 試采

1991—2000年，W320、濮82井等相繼投產(chǎn)試采。W320井投產(chǎn)初期日產(chǎn)能力低，僅2～4 t，濮82井日產(chǎn)油為20 t，產(chǎn)能相對(duì)較高，但產(chǎn)量下降較快，僅3個(gè)月后日產(chǎn)油就下降到3 t。由于該塊井較少，資料缺乏，無(wú)法進(jìn)一步深入細(xì)致的研究，加上構(gòu)造和儲(chǔ)層分布不均。因此，W42、W43塊作為難采儲(chǔ)量長(zhǎng)期未能投入開(kāi)發(fā)。

2.3 試注

2000年，W42-5水井試注，初期油壓為38 MPa，日注水量44 m3，對(duì)應(yīng)油井W42-3、W 42-2。由于儲(chǔ)層物性差，井下虧空大，對(duì)應(yīng)油井沒(méi)有明顯的見(jiàn)效現(xiàn)象。W42-5井于2000年9月轉(zhuǎn)抽，階段累計(jì)注水量2 994 m3，從而了解了水井的注水情況，為以后水井的正式注水創(chuàng)造了條件。

2.4 滾動(dòng)開(kāi)發(fā)

隨著濮城油田老區(qū)采出程度越來(lái)越高，尋找新的產(chǎn)能接替區(qū)塊顯得越來(lái)越重要。文衛(wèi)濮結(jié)合部地震資料的錄取和地震數(shù)據(jù)處理工作的完成、三維地震資料解釋系統(tǒng)的引進(jìn)為結(jié)合部的滾動(dòng)勘探開(kāi)發(fā)創(chuàng)造了條件。多年來(lái)從地質(zhì)及油藏工程方面不斷深入研究，特別是油層大型壓裂改造工藝技術(shù)的進(jìn)步，給W42、W43塊油藏的開(kāi)發(fā)帶來(lái)了曙光。2007年在構(gòu)造的相對(duì)高部位部署了一口開(kāi)發(fā)井W42－1井，在鉆井和投產(chǎn)過(guò)程中，采用了大量的新技術(shù)、新工藝：降低鉆井泥漿密度，減少油層污染；改用新型射孔槍，提高對(duì)地層穿透能力；提高壓裂排量和規(guī)模，造寬縫長(zhǎng)縫；采用全陶粒充填，改進(jìn)支撐能力，有效提高了井的完善程度，增加了油層的導(dǎo)流能力，解放了生產(chǎn)層；同時(shí)加深泵掛，放大生產(chǎn)壓差，該井投產(chǎn)射開(kāi)沙三中3-4，18.4 m/12層壓裂，日產(chǎn)油20 t以上，比該塊日產(chǎn)水平有了很大程度的提高。

通過(guò)滾動(dòng)開(kāi)發(fā)，W42、W43塊難動(dòng)用儲(chǔ)量得到了動(dòng)用，動(dòng)用地質(zhì)儲(chǔ)量226×104t，動(dòng)用含油面積5.4 km2，為濮城油田的穩(wěn)產(chǎn)起到了積極的作用。

2.5 開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀

截至2009年12月，W42、W43斷塊共有油水井27口，其中油井19口、水井8口，注采井?dāng)?shù)比1∶2.38，油井實(shí)際開(kāi)井16口，日產(chǎn)液水平84 t，日產(chǎn)油水平59 t，綜合含水30%，平均單井日產(chǎn)液水平5.3 t，平均單井日產(chǎn)油水平3.7 t，折算年采油速度1.25%，折算年采液速度4.8%，地質(zhì)采出程度只有6.8%，水井開(kāi)井6口，單元日注水平522 m3，單井日注水平87 m3。

3 油藏壓裂改造的必要性

該油藏油井存在著“四低”現(xiàn)象，即產(chǎn)能低、液面低、含水低、采出程度低。針對(duì)這一狀況，有必要采取壓裂改造方法來(lái)滿足當(dāng)前該油藏開(kāi)發(fā)的需要，進(jìn)一步提高油藏開(kāi)發(fā)效果。

采取壓裂改造有以下理由：

◇油藏儲(chǔ)層物性差，只有進(jìn)行壓裂改造才能充分釋放油層潛力；

◇油井單井產(chǎn)能低，只有進(jìn)行壓裂改造才能提高油井產(chǎn)能；

◇油藏采油速度低，采出程度低，開(kāi)發(fā)效果差，只有進(jìn)行壓裂改造才能提高油藏整體開(kāi)發(fā)效果；

◇油藏注采井網(wǎng)基本完善且構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單，儲(chǔ)層縱向和平面上分布穩(wěn)定，油水井連通性好，能量供給充分，非常適合壓裂改造引效；

◇油藏儲(chǔ)量規(guī)模小，豐度高，油水井?dāng)?shù)少，壓裂規(guī)模小，投入少，見(jiàn)效快；

◇目前壓裂工藝技術(shù)得到了長(zhǎng)足發(fā)展和完善，能夠較好地滿足該油藏油水井壓裂改造的需要，并從以往的壓裂效果也得到了證實(shí)。

4 油藏壓裂改造研究

4.1 油藏壓裂改造設(shè)計(jì)原則[2]

1）針對(duì)油藏地質(zhì)條件，遵循少投入、多產(chǎn)出的經(jīng)濟(jì)原則，采用先進(jìn)可行的工藝技術(shù)。

2）最大限度地提高單井產(chǎn)量，并使壓后產(chǎn)量保持較長(zhǎng)時(shí)期的增產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)，以保證產(chǎn)能建設(shè)和配產(chǎn)任務(wù)的完成，并盡可能地減少井?dāng)?shù)，降低開(kāi)發(fā)費(fèi)用，增加效益。

3）與井網(wǎng)部署相結(jié)合，優(yōu)化裂縫方位和縫長(zhǎng)，最大限度地提高水驅(qū)效果，改善產(chǎn)油剖面，以提高最終采收率。

4）在對(duì)油藏整體壓裂后的一次采油和二次采油動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上，對(duì)油田注水和油藏壓力保持水平提出要求。

4.2 油藏壓裂改造工藝研究[3]

壓裂改造其直接對(duì)象是油藏，整體壓裂設(shè)計(jì)的首項(xiàng)工作便是全面了解油藏地質(zhì)特征，以使整體壓裂設(shè)計(jì)建立在較為可靠的地質(zhì)基礎(chǔ)之上。油藏地質(zhì)研究主要包括儲(chǔ)量（剩余儲(chǔ)量）分析、油層展布及連通和隔層情況等。

4.2.1 油藏地質(zhì)研究

該區(qū)塊含油面積5.4 km2，探明石油地質(zhì)儲(chǔ)量226×104t，標(biāo)定可采儲(chǔ)量47×104t。截至2009年12月底累計(jì)產(chǎn)油13.21×104t，地質(zhì)采出程度只有5.85%，剩余可采儲(chǔ)量達(dá)33.79×104t，占可采儲(chǔ)量的71.9%，平均單井（油井）剩余可采儲(chǔ)量達(dá)2.25×104t，而且油井平均含水只有33.8%，有很好的儲(chǔ)量挖潛基礎(chǔ)。從油水井連通狀況看，油水井砂層厚度連通率平均達(dá)70%以上，油水井對(duì)應(yīng)關(guān)系好，能量供給充分，隔層以泥巖為主，隔層厚度大，非常適合壓裂引效。

4.2.2 壓裂改造工藝研究

壓裂方式的選擇：要根據(jù)油層套管結(jié)構(gòu)、儲(chǔ)層縱向分布特點(diǎn)、固井質(zhì)量、井況以及施工壓力而確定。W42、W43塊套管為P110×139.7 mm×9.17 mm和N80×139.7 mm×9.17 mm，P110×139.7 mm×10.54 mm和N80×139.7 mm×10.54 mm，其內(nèi)徑為121.36 mm和118.62 mm。由于該塊破裂壓力一般大于60 MPa，所以主要采用油管注入合層壓裂和卡封壓裂方式。對(duì)于固井質(zhì)量不好的井以油管注入卡封壓裂方式；對(duì)油層跨度大、縱向非均質(zhì)而且隔層條件較好的井，則采用卡雙封分壓的方式；對(duì)于新井及壓裂層段跨度不大的井則采用油管注入合層壓裂的方式。

壓裂液選擇：由于該區(qū)塊高溫高鹽，深層低滲，建議壓裂液使用高溫低傷害羥丙基胍膠+有機(jī)硼膠聯(lián)劑+膠囊破膠劑的水基壓裂液體系，壓裂液耐溫130℃，破膠水化時(shí)間4 h，能夠滿足深層低滲油藏壓裂施工的需要，要求壓裂液黏度控制在140～170 mPa·s左右，破膠后水化液黏度低，壓裂液殘?jiān)?，壓裂液與地層配伍性好。

支撐劑選擇：由于該區(qū)塊閉合壓力在50 MPa以上，建議支撐劑使用粒徑0.45～0.90 mm高強(qiáng)度陶粒以及0.09～0.224 mm高強(qiáng)度陶粒，陶粒在69 MPa下破碎率5%。

5 壓裂改造工藝實(shí)施效果

5.1 油井壓裂

2010—2011年5月，濮城油田W42、W43塊共實(shí)施油水井壓裂18井次，完成計(jì)劃井次的100%。其中新井4井次，老井13井次，工藝成功率100%，見(jiàn)表1。4口新井壓后初期日產(chǎn)液92.7 t，日產(chǎn)油74.0 t，平均單井日產(chǎn)液23.2 t，平均單井日增油11.75 t，含水49.3%，截至目前已累計(jì)增油2 940 t。

表1 W42、W43塊油水井壓裂改造實(shí)施效果

13口老井壓后有效13口井，有效率100%，壓后日增液199.8 t，日增油133.3 t，平均單井日增液15.4 t，平均單井日增油10.25 t，含水下降了10個(gè)百分點(diǎn)，截至目前已累計(jì)增油10 548 t，平均單井累計(jì)增油811 t，平均單井有效期159 d。

13口老井共用前置液量1 597.9 m3，攜砂液量為1 509 m3，頂替液337.2 m3；支撐劑為0.45～0.90 mm的陶粒，總體積457.1 m3，平均單井加砂35.2 m3，平均砂比30.3%。4口新井共用前置液量425 m3，攜砂液量323 m3，頂替液152 m3；支撐劑為0.45～0.90 mm的陶粒，總體積98 m3，平均單井加砂24.5 m3，平均砂比30.3%。

5.2 水井壓裂

該塊共壓裂注水井1口，壓裂時(shí)采用卡雙封壓裂。第一層設(shè)計(jì)縫長(zhǎng)100 m，縫高24.3 m，加0.45～0.90 mm的陶粒20 m3，平均砂比30.1%；第二層設(shè)計(jì)縫長(zhǎng)90 m，縫高11.6 m，加0.45～0.90 mm的陶粒15 m3，平均砂比30.1%；施工時(shí)兩層的破裂壓力分別為74.5 MPa和73.3 MPa，攜砂壓力為63.5 MPa和64.9 MPa，施工順利。

壓前該井由于注水壓力偏高，注不進(jìn)水，壓后注水壓力降為40 MPa，配注60 m3，實(shí)際日注69 m3，日增注量69 m3，對(duì)應(yīng)油井42-1井日產(chǎn)油量也由最初的2.7 t上升到6.1 t，取得了較好的壓裂效果。

5.3 效果分析與經(jīng)濟(jì)效益

該塊壓裂增產(chǎn)效果好的原因除剩余油富集、地層能量充沛外，大量壓裂新工藝、新技術(shù)的推廣應(yīng)用是很重要的一個(gè)方面。

從區(qū)塊近兩年的開(kāi)發(fā)形勢(shì)看，W42、W43塊日產(chǎn)液量、日產(chǎn)油量穩(wěn)步上升，綜合遞減、自然遞減不斷下降。日產(chǎn)液水平由2009年12月份的84 t逐步上升到目前的148 t，上升了64 t，上升幅度達(dá)88.9%；日產(chǎn)油水平由2009年12月份的59 t逐步上升到目前的106 t，上升了47 t，上升幅度達(dá)85.5%；綜合含水由2009年12月份的30%下降到目前的23.08%，保持了穩(wěn)定并略有下降。

通過(guò)壓裂改造和治理，區(qū)塊開(kāi)發(fā)指標(biāo)明顯改善，年產(chǎn)液比2009年增加了0.47×104t，年產(chǎn)油比2009年增加了0.87×104t，年均含水下降了14個(gè)百分點(diǎn)，采油速度由2009年的0.98%提高到1.37%，提高了0.37百分點(diǎn)，綜合遞減由2009年的18.9%下降到2011年的-28.4%，下降了47.3個(gè)百分點(diǎn)，自然遞減由2002年的20.38%下降到2003年的12.7%，下降了7.68個(gè)百分點(diǎn)，同時(shí)，增加可采儲(chǔ)量8.99×104t。

區(qū)塊壓裂17口井，累計(jì)增油13 488 t，共投入壓裂費(fèi)用850×104元，若每噸原油價(jià)格按4 000元人民幣折算，則產(chǎn)出效益為5 395.2×104元，投入產(chǎn)出比為1∶6.35。

6 認(rèn)識(shí)

1）區(qū)塊壓裂改造是改善深層低滲油藏開(kāi)發(fā)效果的有效方法，尤其適用于小斷塊油藏。

2）區(qū)塊壓裂改造需要建立在注采較為完善的基礎(chǔ)上，以確保有充足的地層能量，延長(zhǎng)有效期。

3）搞清楚剩余油分布以及儲(chǔ)層能量情況是提高壓裂效果的重要技術(shù)前提。

[1]劉一江.壓裂工藝技術(shù)的發(fā)展和提高壓裂工藝效果的對(duì)策.中原油田采油新技術(shù)文集[C].北京:石油工業(yè)出版社,2000:234-240.

[2]徐樹(shù)漢.低滲透油藏提高開(kāi)發(fā)效果配套技術(shù)研究與應(yīng)用.濮城油田高含水期開(kāi)發(fā)技術(shù)論文集[C].北京:石油工業(yè)出版社,2002:63-68.

[3]劉月臣.濮城油田壓裂改造工藝配套技術(shù).中原油田科技論文集[C].北京:石油工業(yè)出版社,2002:285-288.

10.3969/j.issn.2095-1493.2011.08.006

楊建華，1987年畢業(yè)于重慶石油學(xué)校，工程師，從事采油技術(shù)研究管理工作，E-mail：Yangyang8058@sina.com，地址：河南省范縣中原油田分公司采油二廠工藝研究所，457532。

2011-08-04）