大港南部難采油田整體壓裂技術(shù)研究與應(yīng)用

付大其 程運(yùn)甫 郝桂憲 石 瑾

中國(guó)石油大港油田石油工程研究院，天津 300280

0 前言

大港南部難采油田Y21 區(qū)塊儲(chǔ)層具有物性差、泥巖含量高、自然產(chǎn)能低等特點(diǎn)，需要通過壓裂改造才能獲得工業(yè)油流。 針對(duì)該類儲(chǔ)層，為提高儲(chǔ)層改造規(guī)模和施工成功率，開展了整體壓裂技術(shù)研究。 油藏整體壓裂的工作對(duì)象（工作單元）是從全油藏出發(fā)，將壓裂縫長(zhǎng)、縫寬、導(dǎo)流能力與一定延伸方位的水力裂縫置于給定的油藏地質(zhì)條件和注采井網(wǎng)之中，然后反饋到油藏工程和油田開發(fā)方案中，從而優(yōu)化井網(wǎng)、井距、井?dāng)?shù)及布井方位，以取得較好的開發(fā)效果和經(jīng)濟(jì)效益［1］。從該意義上來講，水力壓裂已從單純提高單井產(chǎn)量的戰(zhàn)術(shù)手段，發(fā)展成為經(jīng)濟(jì)有效地開采低滲透油藏不可或缺的戰(zhàn)略措施。制定低滲透油藏整體壓裂方案不僅是編制采油工程方案的需要［2-3］，也是油田開發(fā)（或開發(fā)調(diào)整）方案的重要組成部分［4-5］。

1 整體壓裂改造方案優(yōu)化

Y21 區(qū)塊儲(chǔ)層具有物性差、泥巖含量高、自然產(chǎn)能低等特點(diǎn)，需要壓裂才能投產(chǎn)，生產(chǎn)后產(chǎn)量遞減很快。 提高單井產(chǎn)能，減緩油井產(chǎn)量的自然遞減速率，切實(shí)有效的方法是壓裂注水開發(fā)。 為此，采用整體壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件，進(jìn)行了整體壓裂方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)。 通過對(duì)單井產(chǎn)能歷史擬合調(diào)整，以整體壓裂注水開發(fā)的采收率為主要目標(biāo)，確定該油藏實(shí)施壓裂注水開發(fā)的壓裂裂縫參數(shù)［6-7］。裂縫半徑對(duì)油井日產(chǎn)油量和累計(jì)產(chǎn)油量的影響見圖1，裂縫半徑對(duì)油井含水率的影響見圖2。

從圖1 可看出，隨著裂縫半徑的增加，油井的日產(chǎn)油量、累計(jì)產(chǎn)油量逐漸增加。 從圖2 可知，隨著裂縫半徑增加，見水時(shí)間變?cè)纾仙?，這是因?yàn)樵谏a(chǎn)初期，油井產(chǎn)量主要受井底附近地層的滲流條件所控制， 生產(chǎn)一段時(shí)間后，油井產(chǎn)量同時(shí)受裂縫和注水井等影響，產(chǎn)量增加幅度變小。 綜合考慮，取裂縫半徑90～95 m 為最佳。

圖1 裂縫半徑對(duì)油井日產(chǎn)油量和累計(jì)產(chǎn)油量的影響

圖2 裂縫半徑對(duì)油井含水率的影響

圖3 為含水90%的年平均采油程度與裂縫穿透比關(guān)系。 從油田壓裂成本的回收時(shí)間來考慮，應(yīng)保持油田一定的采油速度。 要獲得較高的采油速度，必須達(dá)到一定的壓裂規(guī)模。 分析圖3 穿透比為0.4 時(shí)出現(xiàn)明顯拐點(diǎn)，導(dǎo)流能力由25 μm2·cm 增加到70 μm2·cm， 采出程度變化不大，對(duì)于該區(qū)塊的低滲透油田，導(dǎo)流能力不是影響油井產(chǎn)量的主要因素。 因此綜合考慮裂縫導(dǎo)流能力取25μm2·cm，裂縫穿透比取0.4 左右。

圖3 含水90%時(shí)采出程度與裂縫穿透比關(guān)系曲線

2 壓裂材料的評(píng)價(jià)優(yōu)選

2.1 壓裂液體系優(yōu)選

根據(jù)Y21 區(qū)塊的儲(chǔ)層特征、流體性質(zhì)和整體壓裂技術(shù)要求，采用胍膠壓裂液體系，性能要求如下：體系必須為中高溫配方，耐溫120 ℃以上；液體造縫性能良好，基液黏度大于60 mPa·s； 交聯(lián)后凍膠具有良好的抗溫、抗剪切性能，能適應(yīng)長(zhǎng)時(shí)間（120 min）高砂比、大粒徑支撐劑壓裂施工的要求，120 ℃、170 s-1條件下剪切120 min壓裂液體系黏度不低于100 mPa·s；儲(chǔ)層低孔、低滲，要求壓裂液體系低傷害、易返排，常溫破膠液表面張力低于30 mN/m；原油膠質(zhì)、瀝青質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，壓裂工作液體與原油配伍性差，容易形成高黏W/O 型乳狀液導(dǎo)致乳化堵塞，需優(yōu)選破乳助排劑。

通過單劑優(yōu)選、配方體系性能評(píng)價(jià)，選出1 套低傷害配方體系：0.5%HPG+1%KCl+0.25%ZCY-15+1.0%DGZCY-07+0.06%DG-ZCY-11+1%ZCY-02+0.04%ZCY-04。

2.2 支撐劑優(yōu)選

實(shí)驗(yàn)采用鋪砂濃度為10 kg/m2的16/30 目和20/40目組合陶粒進(jìn)行導(dǎo)流能力測(cè)試。 測(cè)試結(jié)果表明，在閉合壓力較小時(shí)組合粒徑支撐劑導(dǎo)流能力明顯高于20/40 目支撐劑導(dǎo)流能力； 當(dāng)中粒徑組分比例增加到一定值以后，導(dǎo)流能力有一定程度的降低；大粒徑支撐劑和小粒徑的導(dǎo)流能力差距逐漸縮小，但在一定閉合壓力下組合粒徑支撐劑仍然大于中等粒徑支撐劑導(dǎo)的導(dǎo)流能力。

在同等鋪砂濃度下，組合粒徑支撐劑能夠提供高于普通中等粒徑支撐劑的導(dǎo)流能力，與單一大粒徑支撐劑導(dǎo)流能力相差極小，施工過程中易進(jìn)一步提高砂比。 并且組合粒徑支撐劑有利于優(yōu)化鋪砂剖面，能提供裂縫最佳導(dǎo)流能力。

3 水力裂縫測(cè)試診斷和壓裂后評(píng)價(jià)

水力裂縫測(cè)試診斷旨在使用多種測(cè)試技術(shù)確認(rèn)方案實(shí)施后，實(shí)際產(chǎn)生的裂縫幾何尺寸、導(dǎo)流能力和裂縫延伸方位與設(shè)計(jì)方案的符合程度。 目的是評(píng)價(jià)壓裂效益，為完善方案設(shè)計(jì)提供依據(jù)。 需要注意的是，裂縫測(cè)試診斷技術(shù)雖有多種，但沒有一個(gè)是被公認(rèn)為最準(zhǔn)確可靠的技術(shù)。 因此，需在同一井層上，為同一目的進(jìn)行不同方法的測(cè)試，經(jīng)比較分析，確認(rèn)其一致性與可信度。 通過對(duì)Y24-36 和Y22-34L 井的壓裂前后井溫測(cè)試表明， 儲(chǔ)層所有射開井段全部壓開，優(yōu)選的壓裂工藝滿足區(qū)塊開發(fā)的需要。

由于使用了16/30 目大陶粒， 并將加砂強(qiáng)度提高到2.0 m3/m 以上， 有效地提高了裂縫導(dǎo)流能力。 特別是Y20-40 和Y20-38 井通過采用大陶粒和組合陶粒壓裂工藝及性能良好的壓裂液體系，在未使用粉砂降濾的情況下成功地進(jìn)行了壓裂施工，進(jìn)一步提高了裂縫導(dǎo)流能力，減小了對(duì)地層的傷害，這2 口井的平均壓裂后產(chǎn)量達(dá)到了37 t/d，增產(chǎn)效果顯著。

另外，Y21 區(qū)塊儲(chǔ)層巖石表現(xiàn)為弱-中等偏弱水敏、地層溫度120 ℃， 采用推薦的胍膠壓裂液體系可滿足加砂要求，但胍膠濃度應(yīng)根據(jù)實(shí)際井的滲透性和加砂規(guī)模進(jìn)行微調(diào)。Y21 區(qū)塊存在一定的支撐劑嵌入，采用大粒徑或組合粒徑支撐劑可有效提高裂縫導(dǎo)流能力。 為提高該區(qū)塊壓裂效果，應(yīng)采取不加粉砂降濾劑、在前置液之前加降黏液、強(qiáng)化壓裂后返排等技術(shù)措施。

4 壓裂后效果

2012 年6～8 月，Y21 區(qū)塊完成壓裂設(shè)計(jì)7 井次，現(xiàn)場(chǎng)施工7 井次，全部按設(shè)計(jì)施工，施工成功率100%，最大單井加砂量157.7 m3，平均單井加砂量88.2 m3，壓裂后試油平均單井日產(chǎn)油26.3 t，投產(chǎn)后平均單井日產(chǎn)油11.9 t，壓裂效果顯著。

5 結(jié)論

a）油藏整體壓裂經(jīng)十余年的發(fā)展應(yīng)用，至今已經(jīng)形成了一套較為完善的技術(shù)體系。 即：壓裂前油藏綜合評(píng)價(jià)、壓裂材料評(píng)價(jià)優(yōu)選、整體壓裂方案優(yōu)化設(shè)計(jì)、水力裂縫測(cè)試診斷、壓裂后效益評(píng)價(jià)。

b）整體壓裂技術(shù)結(jié)合油藏地質(zhì)條件和開發(fā)井網(wǎng)，借助水力裂縫、油藏和經(jīng)濟(jì)模型，使它們達(dá)到最佳優(yōu)化組合，以保證油藏經(jīng)整體壓裂后能夠獲得最大的開發(fā)效果和經(jīng)濟(jì)效益。

c） 前期綜合評(píng)價(jià)、整體壓裂設(shè)計(jì)、壓裂后效果評(píng)價(jià)應(yīng)該是一個(gè)循環(huán)往復(fù)、不斷優(yōu)化的過程，在這些環(huán)節(jié)的不斷循環(huán)深化過程中，油藏整體壓裂技術(shù)也在不斷地提高完善。

［1］ 羅英俊. 采油技術(shù)手冊(cè)（第3 版）［M］. 北京：石油工業(yè)出版社，2005.64-75.

［2］ 萬仁溥. 采油技術(shù)手冊(cè)（第9 分冊(cè)）壓裂酸化工藝技術(shù)［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1998.131-147.

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